بررسی انرژی و اگزرژی سیکل رنکین آلی تغذیه شده با حرارت بازیافتی کوره قوس الکتریکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مهندسی مکانیک، دانشکده مکانیک،دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم تحقیقات، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

3 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد واحد علوم تحقیقات، تهران، ایران

4 مدیر مهندسی و توسعه، شرکت فولاد بوتیای ایرانیان

چکیده

یکی از فرایندهای مورد توجه جهت تبدیل گرمای اتلافی به توان، استفاده از حرارت اتلافی گازهای خروجی از کوره قوس الکتریکی است، که نوسان‌های زیادی از دو جهت درجه حرارت و نرخ جریان دارند. در این مطالعه ترکیب سیکل رنکین آلی با سیستم بازیافت حرارت جهت بازیافت حرارت گازهای دما پایین کوره قوس الکتریکی مورد بررسی قرار گرفته است. اثر جمع کننده بخار بر روی کاهش نوسانات توان حرارتی خروجی از بویلر بازیافت حرارتی، نشان داده شده است. مدل ترمودینامیکی جمع کننده بخار، بر اساس مدل عدم تعادل حرارتی بین فاز مایع و بخار، شبیه ‌سازی شده است. تغییرات فشار داخل جمع کننده بخار با دبی‌های جرمی مختلف بخار خروجی از آن بررسی شده است. با دبی خروجی 2/84 کیلوگرم بر ثانیه از جمع کننده توان حرارتی ثابت و پیوسته‌ای در مدت چهار فرایند شبیه سازی شده از کوره قوس الکتریکی در دسترس است. سیستم بازیافت حرارت و سیکل رنکین آلی از دیدگاه انرژی و اگزرژی در حالت گذرا مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. بازده انرژی و اگزرژی کل سیستم با سه سیال عامل MM، Toluene و R245fa سیکل رنکین آلی محاسبه شده است. سیال Toluene با بازده حرارتی و اگزرژی به ترتیب 16/4 و 27/1 درصد نسبت به دوسیال عامل دیگر گزینه مناسبی جهت استفاده در سیکل رنکین آلی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Energy and exergy analysis of Organic Rankine cycle fed by Electric Arc furnace waste heat

نویسندگان [English]

  • Aida Orumiyeh-e 1
  • Mehran Ameri 2
  • mohammad hasan nobakhti 3
  • Masud Zareh 3
  • Saeed Edalati 4
1 Department of mechanical engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran
3 Faculty of Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
4 Director in department of Engineering and Research and Development at Butia Iranian Steel Co
چکیده [English]

In this study, the hybrid of Organic Ranking cycle with heat recovery system of low temperature gases in Electric Arc furnace has been investigated. Moreover, the effect of steam accumulator on stabilizing the mass and heat of exhaust gases of the heat recovery boiler is shown. Hence, constant thermal power has been achieved for a longer period of time for the Organic Ranking cycle. The steam accumulator thermodynamic model is simulated based on the non - equilibrium thermal model for the liquid and vapor phases. Furthermore, the steam accumulator pressure variations with different mass outflow rates have been investigated. Constant and continuous thermal power has been reached with an output mass flow rate of 2.84 kg/s during four processes of the electric arc furnace. The transient state of the aforementioned hybrid system has been studied from the energy and exergy point of view. The energy and exergy efficiencies of the whole system are calculated with three working fluids MM, Toluene and R245fa of the Organic Ranking cycle. Toluene with thermal and exergy efficiencies of 16.4% and 27.1%, respectively, is suitable for using in the Organic Ranking cycle compared with the other two fluids.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Waste heat recovery
  • Organic Rankine cycle
  • Electric Arc Furnace
  • steam accumulator
  • Exergy