علي رستگار

Simulation an‎d Thermodynamic-Economic Analysis of the Allam Cycle Using Single-Column an‎d Double-Column Air Separation Units for Natural Gas Power Plants in Aspen Plus Software

فشار جهاني براي كاهش انتشار گازهاي گلخانه‌اي و دستيابي به توليد برق كم‌كربن، توجه پژوهش‌ها را به سمت فناوري‌هاي نوين مانند چرخه آلام جلب كرده است. اين چرخه، بر پايه احتراق اكسي‌سوخت در محيط فوق‌بحراني CO₂ عمل مي‌كند و توان بالقوه‌اي براي دستيابي به بازده بالا همراه با حذف كامل انتشار CO₂ دارد. با اين حال، يكي از چالش‌هاي اصلي در پياده‌سازي آن، وابستگي به واحد جداسازي هوا براي تأمين اكسيژن با خلوص بالا است كه سهم قابل‌توجهي از توان مصرفي كل نيروگاه را تشكيل مي‌دهد. در اين پژوهش، به‌منظور بررسي اثر طراحي واحد ASU بر عملكرد سيكل آلام، دو پيكربندي تك‌ستونه و دو‌ستونه مدل‌سازي و شبيه‌سازي شدند. تمامي شبيه‌سازي‌ها با استفاده از نرم‌افزار اسپن پلاس و با در نظر گرفتن شرايط عملياتي صنعتي انجام گرفت. در طراحي‌ها، از معادله حالت SRK براي بخش آلام و از معادله Peng–Robinson براي فرآيند جداسازي هوا استفاده شد. اعتبارسنجي مدل‌ها با داده‌هاي مقالات معتبر انجام گرفت و نتايج تطابق مناسبي با داده‌هاي مرجع نشان داد. نتايج نشان داد كه نوع طراحي ASU تأثير مستقيم بر بازده و توان خالص سيكل دارد. در حالت دو‌ستونه، به‌دليل بازيافت بالاتر اكسيژن و كاهش مصرف ويژه انرژي، بازده حرارتي و توان خالص به‌ترتيب 59/55 % و 433 مگاوات به‌دست آمد، در حالي كه در طراحي تك‌ستونه اين مقادير به‌ترتيب 68/52 ٪ و 408 مگاوات بود. مصرف توان واحد ASU در حالت دو‌ستونه 53 مگاوات و در حالت تك‌ستونه 80 مگاوات اندازه‌گيري شد. همچنين، استفاده از تزريق بخشي از CO₂ به‌عنوان سيال خنك‌كننده توربين، موجب كاهش دماي خروجي توربين و افزايش بازده كلي گرديد. در جمع‌بندي، نتايج اين تحقيق نشان داد كه طراحي دو‌ستونه با وجود هزينه سرمايه‌اي بيشتر، از نظر كارايي انرژي و اقتصادي براي كاربردهاي صنعتي مناسب‌تر است. در مقابل، طراحي تك‌ستونه به‌دليل سادگي، هزينه سرمايه‌اي كمتر و راه‌اندازي سريع‌تر، گزينه‌اي مطلوب براي نيروگاه‌هاي انعطاف‌پذير كوچك‌مقياس محسوب مي‌شود. يافته‌هاي اين پژوهش مي‌تواند مبنايي براي بهينه‌سازي آتي در يكپارچه‌سازي واحدهاي توليد توان و فناوري‌هاي جذب و ذخيره كربن فراهم آورد.

چرخه آلام , واحد جداسازي هوا , شبيه‌سازي ترموديناميكي , دي‌اكسيدكربن فوق‌بحراني , مدلسازي در اسپن پلاس