تحلیل قانون اول و دوم ترمودینامیک در یک سیستم تولید همزمان توان و هیدروژن با محرک گاز‌سازی زباله جامد شهری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی، دانشگاه امام علی (ع)، تهران، ایران

2 دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

3 دانشگاه امام علی

4 دانشگاه امام علی (ع)،تهران، ایران

چکیده

امروزه با توجه به کاربرد وسیع سیستم‌های تولید همزمان با منابع انرژی تجدیدپذیر و همچنین نیاز دنیا از نظر اقتصادی و محیط زیستی به این سیستم‌ها، طراحی و تحلیل ترمودینامیکی آن‌ها مورد توجه بسیاری از دانشمندان قرار گرفته است. از این رو در کار حاضر، یک سیستم تولید همزمان دو‌گانه توان و هیدروژن با طرحی نوین، ساده و در عین حال کاربردی ارائه شده است که شامل چرخه ﺗﻮرﺑﯿﻦﮔﺎزی، گازساز، چرخه‏ گذربحرانی کربن‌دی‌اکسید و الکترولیزر غشاء پروتونی است. طرح مذکور از دیدگاه‌های قانون اول و دوم ترمودینامیک با نرم‌افزار حلگر معادلات مهندسی EES شبیه-سازی شده است. سیستم طراحی شده در کنار تولید توان از بیشترین ظرفیت ممکن خود استفاده کرده و سوخت پاک هیدروژن را نیز برای مصرف‌کننده تامین می‌کند. در حالت پایه سیستم به‌ترتیب دارای ظرفیت الکتریکی 92/3 مگاوات بوده و توانایی تولید گاز هیدروژن به میزان 8/608 مترمکعب در ساعت را داراست. میزان سوخت مصرفی چرخه 155/1 کیلوگرم بر ثانیه است. ضریب بهره‌وری انرژی و بازده اگزرژی سیستم به‌ترتیب %71/34 و %44/29 است. میزان نابودی اگزرژی کل سیستم نیز برابر 11854 کیلووات است. همچنین محفظه احتراق، توربین‌گازی و گازساز بیشترین میزان نابودی اگزرژی را به خود اختصاص داده‌اند. طبق مطالعات پارامتری، مشخص گردید که افزایش دمای ورودی به توربین تاثیر مثبت و افزایش فشار حداکثری چرخه کربن دی اکسید تاثیر منفی بر روی ضریب بهره‌وری انرژی و بازده اگزرژی کل سیستم دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Analysis of the first and second laws of thermodynamics in the system of simultaneous production of power and hydrogen with the excitatory gasification of municipal solid waste

نویسندگان [English]

  • amirhamzeh farajollahi 1
  • amirhossein hejazi 2
  • heshmat gazori 3
  • Mohsen Rostami 4
1 Department of Engineering, Imam Ali University, Tehran, Iran
2 Babol Noshirvani University of Technology
3 Imam Ali university
4 ]ئشئ َمه دهرثقسهفغuniversity,Tehran,Iran
چکیده [English]

Nowadays, due to the extensive application of renewable-based co-generation systems and also the economic and the environmental necessities, their design and thermodynamic analysis has been conducted by many scientists.In this way, a novel, simple, and practical combined power and hydrogen cogeneration unit has been designed in the present study in which there are gas turbine, gasifier, trans critical Rankine cycle, and proton exchange membrane electrolyzer.This system has been analyzed from first and second laws of thermodynamics by engineering equation solver(EES).The proposed system is able to generate power and hydrogen simultaneously for users.The power and hydrogen production capacities of the system are 3.92 MW and 608.8 cubic meter per hour, respectively which consumes biomass about 1.155 kg/s. The energy utilization factor and second law efficiency ofthe system are 34.71 % and 29.44 %, respectively. It can be seen that the overall exergy destruction of the system is 11854 kW in which gasifier, gas turbine, and combustion chamber have the highest irreversibilities. In addition, it can be concluded that the exergy efficiency of condenser and heat exchanger 3 are the lowest ones among other equipments.According to the parametric studies,it was found that the increasing the inlet temperature ofthe gas turbine has a positive effect and the increasing the maximum pressure ofthe TCO2 cycle has a negative effect on the EUF and the second law efficiency ofthe system.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Firest and Second laws of thermodynamics analysis
  • MSW gasification
  • Hydrogen Production
  • Gas turbine
  • Trans critical Rankine cycle