طراحی و ارزیابی یک سیستم نوین تولید چندگانه بر پایه سوخت بیوگاز با بازیابی حرارتی هوشمند

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 محقق اردبیلی-فنی و مهندسی- مهندسی مکانیک

2 دانشگاه محقق اردبیلی

3 گروه مکانیک دانشگاه محقق اردبیلی

چکیده

استفاده از چرخه توربین گاز با سوخت بیوگاز به دلیل کاهش انتشار گاز‌های گلخانه‌ای و کاهش هزینه استفاده از سوخت‌های تجدیدپذیر نقش اساسی در سیستم‌های تولید چندگانه دارد. با توجه به دمای بالای گاز‌های منبسط شده، با انتخاب هوشمندانه زیر سیستم‌های مختلف می‌توان به محصولات متنوعی دست یافت که نقش حیاتی در جوامع امروزی دارند. در این مقاله، یک سیستم تولید چندگانه بر پایه سوخت بیوگاز به منظور تولید همزمان محصولاتی نظیر توان الکتریکی، تبرید، آب شیرین و هیدروژن با استفاده از زیر سیستم‌های موتور استرلینگ، آب شیرین‌کن اسمز معکوس، چرخه رانکین مجهز به گرم‌کن آب تغذیه باز، چرخه تبرید جذبی و الکترولایزر غشاء پروتونی با بازیابی دمای گاز‌های حاصل از احتراق ارائه شده است. به این منظور ابتدا عملکرد سیستم از دیدگاه قانون اول ترمودینامیک شبیه سازی شده و در ادامه به منظور مشخص کردن کارآیی هر زیر سیستم و میزان تلفات و هدررفت انرژی، عملکرد سیستم از دیدگاه قانون دوم مورد بررسی قرار گرفته و همچنین آنالیز اقتصادی اگزرژواکونومویک به کار رفته است. در ادامه به منظور نشان‌دادن تاثیر استفاده از موتور استرلینگ، عملکرد سیستم در دو حالت مختلف با موتور استرلینگ و بدون آن بررسی شده و در نهایت مطالعه پارامتری جامعی به منظور پی بردن به رفتار معیارهای عملکردی سیستم با پارامتر‌های طراحی انجام شده است. نت

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Development and analysis of a novel multi-generation system fueled by biogas with smart heat recovery

نویسندگان [English]

  • Hadi Ghaebi 1
  • Maryam Hassanzadeh 2
  • Milad Fili 3
1 محقق اردبیلی-فنی و مهندسی- مهندسی مکانیک
2 UMA
3 Mechanical Engineering Department
چکیده [English]

Due to rising fuel prices and declining renewable sources and environmental concerns of fossil fuels, the usage of the gas turbine cycle fueled by biogas has an essential role in multi-generation systems. Concerning the high temperature of expanded gases, by intelligently selecting different subsystems, a variety of commodities can be produced and converted to different shapes. In this paper, a novel multi-generation system based on biogas fuel is presented for simultaneous production of goods such as electricity, cooling, freshwater, and hydrogen using smart heat recovery of combustion gases. The performance of the proposed system is investigated in terms of the first and second laws of thermodynamics. Also to acquire a comprehensive evaluation of operation costs Exergoeconomic analysis has been performed. Furthermore, a comprehensive parametric study has been conducted to understand the behavior of the system performance parameters with the design parameters. In the following, to show the superiority of using a Stirling engine the investigation of the present study is performed under two different scenarios. The proposed system could produce 986 kW, 137.5 kW, 8.39 m3/h, and 2.96 kg/h respectively, net output electricity, cooling load, distilled water, and hydrogen while working with the Stirling engine. In this case, the energy and exergy efficiencies of the proposed system are obtained at 37.3% and 32.08%, which are improved by about 2.96% and 7.89% respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Gas turbine
  • Biogas
  • west heat recovery
  • multi-generation
  • Stirling Engine