علي پركان

Technical an‎d Economical Analysis of Power Generation through Waste Heat Recovery

در صنايع سنگين مانند صنعت سيمان، بخش قابل توجهي از انرژي ورودي به صورت گرماي هدر رفته از طريق گازهاي خروجي دودكش از سيستم خارج مي‌شود. بازيافت اين گرما و تبديل آن به انرژي الكتريكي نه تنها بازده انرژي كلي فرآيند را افزايش مي‌دهد، بلكه از نظر اقتصادي و زيست‌محيطي نيز توجيه پذير است. در اين پژوهش، به تحليل فني و اقتصادي توليد برق از طريق بازيافت حرارتي گازهاي خروجي از دودكش كارخانه سيمان ساوه پرداخته شده است. ابتدا روش‌هاي مختلف بازيافت حرارتي از جمله چرخه رانكين آلي ، چرخه كالينا ، چرخه دي‌اكسيد كربن فوق بحراني ، ژنراتورهاي ترموالكتريكي و چرخه رانكين با بخار مورد بررسي قرار گرفتند. پس از مقايسه معيارهاي فني و عملكردي، چرخه رانكين آلي به دليل تطابق بالاي آن با منابع حرارتي با دماي متوسط (حدود 300 درجه سانتي‌گراد)، سادگي طراحي، قابليت استفاده از سيالات عامل مختلف و كاربرد گسترده در صنايع مشابه، به عنوان روش مناسب انتخاب شد. در ادامه، چهار سيال عامل شامل سيكلوپنتان، پنتان، R245fa و R123 در دو حالت چرخه پايه و چرخه با بازياب حرارتي مورد تحليل قرار گرفتند. هدف اصلي بهينه‌سازي، ماكزيمم كردن توان خالص توليدي چرخه بود. شبيه‌سازي و بهينه‌سازي سيستم در نرم‌افزار Aspen Plus انجام شد. دماي گاز ورودي به اواپراتور 300 درجه سانتي‌گراد و دبي جرمي آن 20 كيلوگرم بر ثانيه در نظر گرفته شد كه با توجه به ظرفيت توليد روزانه 1000 تن سيمان در كارخانه ساوه، مقداري واقع‌بينانه است. محدوديت‌هاي طراحي شامل حداقل دماي بازگشت گاز به دودكش (150 درجه سانتي‌گراد به منظور جلوگيري از خوردگي و تهويه مناسب)، حداقل دماي كندانسور (50 درجه سانتي‌گراد با توجه به شرايط آب‌وهوايي ساوه و نوع خنك‌كننده)، و حداقل اختلاف دماي نقطه پينچ (20 درجه سانتي‌گراد) در نظر گرفته شدند. نتايج نشان داد كه چرخه رانكين آلي با سيكلوپنتان در پيكربندي با بازياب بهترين عملكرد فني و اقتصادي را دارد كه شامل بازده حرارتي 17 %، بازده اگزرژي 83/41 %، و NPV مثبت حدود 1304 ميليارد ريال است. همچنين قيمت تمام‌شده برق توليدي (LCOE) براي اين پيكربندي حدود 33630 ريال بر كيلووات‌ساعت و دوره بازگشت سرمايه (PB) 4 سال محاسبه شد كه از نظر اقتصادي قابل رقابت با ساير منابع توليد پراكنده است.