مدل سازي و بهينه سازي فني و اقتصادي يك سيكل يكپارچه استحصال انرژي از زيست توده بر پايه پيل سوختي اكسيد جامد

كارشناسي ارشد

تصفيه خانه هاي فاضلاب شهري جزء صنايع پرمصرف انرژي هستند. تأمين انرژي الكتريكي و حرارتي مورد نياز تجهيزات مختلف تصفيه خانه، به شكلي پايدار و با بازدهي مناسب ضروري است. بدين منظور مي توان از بيوگاز توليد شده از هضم بي هوازي لجن فاضلاب، به عنوان منبع انرژي تجديدپذير بهره برد. در اين پايان نامه، براي طراحي بهينه يك سيستم يكپارچه هاضم بي هوازي و پيل سوختي اكسيد جامد با مصرف لجن فاضلاب، جهت تأمين انرژي الكتريكي و آب گرم تصفيه خانه فاضلاب تهران در ايران، يك روش جديد دو مرحله اي پيشنهاد شده است. در مرحله اول، مدل سازي ترموديناميكي و بهينه سازي چندهدفه سيستم يكپارچه پيشنهادي انجام مي گردد. در مرحله دوم، به كمك نتايج بهينه سازي و استفاده از ديناميك سيالات محاسباتي، ابعاد (طول و عرض) كانال جريان هوا و بيوگاز ورودي به پيل سوختي محاسبه مي شود. نتايج نشان داد كه با ورود (m3/day) 3100 مخلوط لجن اوليه و لجن ثانويه به هاضم هاي بي هوازي مزوفيليك، (MW) 95/7 توان الكتريكي و (MW) 2/1 توان حرارتي (آب گرم) توليد شد كه در اين صورت، بازده كلي انرژي و اگزرژي سيستم يكپارچه به ترتيب 25 و 19 درصد بدست آمد. مدل سازي سيستم، توسط آناليز چهارگانه انرژي (انرژي، اگزرژي، اقتصادي، زيست محيطي) و بهينه سازي سيستم توسط دو تابع هدف سود سالانه نسبي و تخريب اگزرژي كل سيستم و با شش متغير طراحي صورت پذيرفت. علاوه بر اين، در مقايسه با يك سيستم سنتي تأمين انرژي در تصفيه خانه ها (خريد برق از شبكه و توليد آب گرم با مصرف گاز بدون استفاده از بيوگاز توليد شده)، سود نسبي ساليانه و دوره بازگشت سرمايه سيستم يكپارچه، به ترتيب ($/year)107×02/1 و ((year 81/0 محاسبه گرديد. در نهايت، با توجه به مقادير بهينه متغيرهاي طراحي از جمله چگالي جريان SOFC ( A/m23533)، به كمك تحليل CFD، ابعاد كانال جريان هوا و بيوگاز ورودي به SOFC، (mm2) 1×7/1 تعيين گرديد.

208136

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مكانيك

سپهر صنايع