بررسی انرژی و اگزرژی ریکوپراتور در کاربرد میکروتوربین برای سیستم‌های تولید همزمان گرما و توان

Abstract

میکروتوربین‌‌ها توربین‌‌های گاز کوچکی (25 الی 300 کیلووات) با بازیاب حرارتی یا ریکوپراتور برای بهینه‌‌سازی مصرف انرژی هستند. در طرح‌‌های موجود، هوا به کمک ریکوپراتور و با استفاده از حرارت گازهای خروجی از توربین پیش گرم می‌شود تا سوخت کمتری در محفظه‌ احتراق مصرف گردد. کارآیی ریکوپراتور نقش کلیدی در کارکرد بهینه میکروتوربین دارد. برای بازیافت حرارت در صنعت توربین گاز از انواع بازیاب‌ها استفاده می‌شود. در حالت کلی بازیاب‌ها به دو دسته ریژنراتورهای و ریکوپراتورها تقسیم می‌شوند. ریژنراتورها به صورت دوره‌ای عمل نموده و در یک دوره زمانی گرمای گازهای داغ خروجی از توربین را در ماتریس مبدل ذخیره نموده و در دوره زمانی بعدی ضمن تماس، با هوای سرد متراکم شده خروجی از کمپرسورها آنرا منتقل می‌کنند. ریکوپرراتورها، مبادله‌کن گرما گاز به گاز فشرده‌ای هستند که به صورت پیوسته عمل انتقال حرارت را از گازهای گرم خروجی از توربین به هوای سرد خروجی از کمپرسور انجام می‌دهند و مورد بحث این مقاله می‌باشند. هدف اصلی در این مقاله فقط بررسی ترمودینامیکی بوده و نتایج نشان می‌دهد که افزودن ریکوپراتور باعث افزایش قابل ملاحظه در بازده گرمایی چرخه می شود. همچنین مقاله حاضر به بررسی تأثیر جنس مواد ریکوپراتور بر عملکرد میکروتوربین، بازده و دمای ورودی توربین که از عوامل موثر بر افزایش بازده می‌باشند، پرداخته است. حل معادلات ترمودینامیکی توسط نرم افزار EES2013 انجام گرفته و بررسی نتایج نشان می‌دهد که در نسبت فشار P_R=4.29 راندمان حرارتی بیشینه بوده و افزودن ریکوپراتور باعث کاهش سوخت مصرفی به میزان 45 درصد در محفظه احتراق می‌گردد.