31737

احتراق حلقه‌اي شيميايي و چرخه توليد توان دي‌اكسيدكربن فوق بحراني آلام

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1400

1403/07/13

دكتر آيت قره قاني

دكتر مهدي بيدآبادي

مهندسي مكانيك

علم احتراق به دليل نياز روزافزون بشر به انرژي اهميت زيادي دارد. احتراق سوخت‌هاي فسيلي ‌به‌منظور تأمين انرژي، باعث آزاد شدن گازهاي گلخانه‌اي به‌ويژه دي‌اكسيدكربن به‌عنوان عامل اصلي گرمايش جهاني در پنجاه سال اخير شناخته شده است. با افزايش تقاضاي انرژي و استفاده از سوخت‌هاي فسيلي، نياز به اقداماتي براي كاهش سطح دي‌اكسيدكربن و بهبود بهره‌وري انرژي احساس مي‌شود. اين اقدامات شامل استفاده از آلاينده‌هاي آزاد‌شده، سوخت‌هاي جامد و انرژي‌هاي تجديدپذير مانند انرژي خورشيدي و باد است. در اين پايان‌نامه، از احتراق حلقه اي شيميايي به‌منظور كاهش انتشار دي‌اكسيدكربن و بهره‌وري بهتر از آن و همچنين استفاده از اين تكنولوژي به‌جاي واحد جداسازي هوا، براي اكسيژن‌رساني ارزان به محفظه احتراق چرخه توليد توان آلام استفاده مي‌شود. در سيستم پيشنهادي، دي‌اكسيدكربن به حالت فوق بحراني درآمده و به عنوان عامل خنك‌كننده در محفظه احتراق چرخه انرژي به كار مي‌رود. تحليل اقتصادي نشان مي‌دهد كه بهره‌گيري از چرخه احتراق حلقه‌اي شيميايي با صرفه‌تر است و 76/108 دلار بر ساعت اكسيژن نسبت به واحد جداسازي هوا كم‌هزينه‌تر است. همچنين نتايج تحليل عملكرد دو نوع چرخه آلام شامل چرخه آلام ساده و چرخه آلام – احتراق حلقه‌اي شيميايي با استفاده از دو نوع سوخت گاز طبيعي و زباله بررسي شده است. اين نتايج نشان مي‌دهند كه با افزايش دما و فشار ورودي توربين در هر دو چرخه، راندمان الكتريكي تا يك حد مشخص افزايش مي‌يابد، اما پس از آن به تدريج به دليل افزايش مصرف انرژي پمپ‌ها و كمپرسورها كاهش مي‌يابد. بالاترين راندمان الكتريكي براي چرخه آلام ساده با سوخت گاز طبيعي 27/58 درصد و با سوخت زباله 44/40 درصد به‌دست آمده است. همچنين، توان توليدي توربين با افزايش دما افزايش مي‌يابد و بالاترين توان براي چرخه آلام ساده با سوخت گاز طبيعي و زباله به ترتيب 069/515 مگاوات و 532/412 مگاوات ثبت شده است. به‌علاوه با افزايش راندمان ايزنتروپيك، توان توليدي نيز افزايش مي‌يابد و راندمان الكتريكي براي چرخه آلام ساده به 68/57 درصد و براي چرخه آلام – احتراق حلقه‌اي شيميايي به 52/52 درصد مي‌رسد.

1403/09/24

Supercritical Carbon Dioxide Power Cycle and Chemical Looping Combustion (Allam-CLC)

10/4/2025 12:00:00 AM

The science of combustion holds significant importance due to the increasing global demand for energy. The combustion of fossil fuels to meet energy needs has been identified as a primary contributor to global warming over the past five decades, primarily due to the release of greenhouse gases, particularly carbon dioxide. As energy demand and fossil fuel consumption continue to rise, the need for measures to reduce carbon dioxide levels and improve energy efficiency has become increasingly urgent. These measures include utilizing waste products, solid fuels, and renewable energy sources such as solar and wind power. This thesis explores the application of chemical looping combustion (CLC) to reduce carbon dioxide emissions and enhance energy efficiency. Additionally, it investigates the potential of replacing traditional air separation units with CLC technology to provide a cost-effective oxygen supply for the Allam power cycle combustion chamber. In the proposed system, carbon dioxide is supercritically compressed and employed as a coolant within the power cycle combustion chamber. Economic analysis indicates that the implementation of CLC is more cost-effective, resulting in savings of $108.76 per hour compared to traditional air separation units. Furthermore, the performance of two Allam cycle configurations a simple Allam cycle and an Allam-CLC cycle is analyzed using both natural gas and waste as fuels. The results demonstrate that increasing the inlet temperature and pressure of the turbine enhances the electrical efficiency of both cycles up to a certain point, beyond which efficiency gradually decreases due to increased energy consumption by pumps and compressors. The highest electrical efficiency achieved for the simple Allam cycle was 58.27% with natural gas and 40.44% with waste. Moreover, turbine power output increases with rising temperature, with the highest power outputs for the simple Allam cycle being 515.069 MW with natural gas and 412.532 MW with waste. Additionally, increasing the isentropic efficiency results in higher power output, with the electrical efficiency reaching 57.68% for the simple Allam cycle and 52.52% for the Allam-CLC cycle.

گاز‌سازي؛ احتراق حلقه‌اي شيميايي؛ واحد جداسازي هوا؛ چرخه دي‌اكسيدكربن فوق بحراني؛ چرخه آلام

Gasification; Chemical Looping Combustion; Air Separation Unit; Supercritical Carbon Dioxide Cycle; Allam Cycle

seyedreza hoseyni

Dr. jabraeil ahbabi