تحقیق در طراحی و ساخت یک نمونه نیمه صنعتی مبدل حرارتی دما بالا با توجه به پتانسیل ساخت داخل برای CHP سیستم های تولید پراکنده

صاحب اثر: پژوهشگاه نیرو
نوع محتوی: گزارش
زبان: فارسی
DOI: 10.30503/nripress.2020.019
شناسه ملی سند علمی: R-1182428
تاریخ درج در سایت: 31 فروردین 1400
مشاهده: 540
تعداد صفحات: 450
سال انتشار: 1389

نسخه کامل گزارش منتشر نشده است و در دسترس نیست.

  • من نویسنده این مقاله هستم

استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:

لینک ثابت به این گزارش:

چکیده گزارش:

تولید مرسوم برق از طریق نیروگاه های بزرگ با رها کردن حرارت به اتمسفر بعنوان یک اتلاف جنبی تولید به حساب میاید. با بازیافت مقداری از حرارت هدر رفته از طریق مبدل های حرارتی و دارا بودن موقعیت نزدیک محل مصرف حرارت، می توان به مقدار قابل توجهی راندمان کلی سیستم را افزایش داد و حرارت لازم برای بخش های تجاری، صنعتی و عمومی هم زمان با تولید برق فراهم نمود. به سیستمی که همزمان در کنار تولید برق، حرارت را جهت مصارف مورد نظر بازیافت نماید، سیستم ترکیبی حرارت و قدرت (CHP)گفته می شود. هدف از اجرای این پروژه تحقیق در زمینه طراحی و ساخت یک نمونه نیمه صنعتی مبدل حرارتی دما بالا با توجه به پتانسیل ساخت داخل برای CHP نمودن سیستم های تولید پراکنده می باشد. هدف از این گزارش نیز جمع آوری اطلاعات در خصوص انواع مبدل حرارتی می باشد که بعنوان بازیافت حرارت در سیستم های CHP مورد استفاده قرار گرفته اند.باتوجه به تکیه اصلی در سیستم های CHP بر روی موتورهای احتراق داخلی و رنج دمایی گاز خروجی آنها که اکثرا جهت تامین آب گرم یا بخار کم فشار به کار برده می شوند، تمرکز اصلی پروژه بر روی مبدل های بازیافت گاز اگزوز جهت تامین آب گرم مصرفی قرار گرفته است. ضمنا با توجه به اینکه سهم آب خنک کننده موتور در بازیافت حرارتی نیز قابل توجه می باشد بنابراین این پروژه بر خلاف نام آن، تنها محدود به طراحی و ساخت مبدل نشده بلکه سیستم هیدرونیک لازم جهت تامین آب گرم مصرفی را نیز شامل می گردد. انواع مبدل های پوسته – لوله، لوله – پره و صفحه ای با مواد مناسب برای کار در محیط های خورنده در سیستم های CHP به کار برده می شوند که در یک سیستم هیدرونیک کامل مجموعه ای از مبدل ها در کنار بویلرها (اتصال های سری و موازی بین بویلر و سیستم CHP) جهت تامین بارهای حرارتی مورد استفاده قرار می گیرند. انتخاب مناسب یک نوع مبدل گاز خروجی با توجه به دامنه گسترده کاربرد آن توسط مجریان طرح های CHP و بر اساس توانمندی های داخل و هزینه ساخت انجام خواهد گردید.
این گزارش توسط آقای مهندس احمدرضا میثمی تهیه شده و توسط خانم مهندس زمانی نژاد داوری گردیده است.

پیش گفتار گزارش

انواع مبدل هاي حرارتي جهت بازيافت حرارت گاز اگزوز در اين گزارش مورد بررسي قرار مي گيرد.

در فصل اول سيستم هاي تركيبي حرارت و قدرت معرفي مي گردد و در حالت كلي تر بحث بازيافت حرارتي و تجهيزات اجراي آن به صورت مشروح بررسي مي گردد. در فصل دوم پس از تعيين انواع مبدل هاي حرارتي موجود جهت بازيافت حرارتي،انواع و نمونه هاي عملي اجرا شده توسط شركت هاي سازنده مبدل و شركت هاي مجري طرح هايCHP از مراجع مختلف خصوصا اينترنت بيان خواهد شد. در فصل سوم به انواع مواد بكار رفته و روش هاي ساخت مبدل هاي انتخابي اشاره شده و اين مبدل ها از نقطه نظرهاي مختلف با يكديگر مقايسه خواهد شد تا در نهايت يك سيستم CHP جهت اجرا انتخاب گردد و در انتها نيز نتيجه گزارش در مورد روش اجرا و ادامه كار ارائه خواهد شد.

فهرست مطالب گزارش

فهرست مطالب

۱ - ۱ - معرفی سیستم‌های ترکیبی حرارت و قدرت

۱ - ۲ - بازیافت حرارتی

۱ - ۳ - انواع تجهیزات جهت بازیافت حرارت

۱ - ۳ - ۱ - ریکوپراتورها

۱ - ۳ - ۲ - ریکوپراتور تابشی فلزی

۱ - ۳ - ۳ - ریکوپراتور جابجایی

۱ - ۳ - ۴ - ریکوپراتور هیبریدی

۱ - ۳ - ۵ - ریکوپراتور سرامیکی

۱ - ۳ - ۶ - ریژنراتورها

۱ - ۳ - ۷ - چرخ‌های گرمایی

۱ - ۳ - ۸ - لوله گرمایی

۱ - ۳ - ۹ - اکونومایزر

۱ - ۳ - ۱۰ - مبدل پوسته - لوله

۱ - ۳ - ۱۱ - مبدل صفحه ای

۱ - ۳ - ۱۲ - مبدل Run around coil

۱ - ۳ - ۱۳ - بویلر بازیافت حرارت

۱ - ۳ - ۱۴ - پمپ گرمایی

۱ - ۴ - طریقه اتصال سیستم CHP

۱ - ۴ - ۱ - اتصال سری

۱ - ۴ - ۲ - اتصال موازی

۲ - ۱ - انواع مبدل‌های حرارتی جهت بازیافت حرارتی

۲ - ۲ - انواع مبدل‌های حرارتی در سیستم‌های CHP طبق جستجو های انجام گرفته

۲ - ۲ - ۱ - مبدل حرارتی گاز خروجی محصول شرکت BOWMAN

۲ - ۲ - ۲ - سیستم CHP شرکت FG Wilson

۲ - ۲ - ۳ - مبدل بازیافت حرارت شرکت SCHMITT ENERTEC

۲ - ۲ - ۴ - مبدل بازیافت حرارت شرکت مهندسی VOLVOX

۲ - ۲ - ۵ - بویلر بازیافت حرارت شرکت Johnston Boiler

۲ - ۲ - ۶ - بویلر بازیافت حرارت شرکت VAPORPHASE

۲ - ۲ - ۷ - مبدل بازیافت حرارت شرکت Clayton

۲ - ۲ - ۸ - مبدل بازیافت حرارت شرکت Cain

۲ - ۲ - ۹ - مبدل خنک کننده گاز اگزوز

۲ - ۲ - ۱۰ - پروژه اجرای سیستم CHP برای برج مسکونی

۲ - ۲ - ۱۱ - پروژه اجرای سیستم CHP برای بیمارستان

۲ - ۲ - ۱۲ - پروژه اجرای سیستم CHP برای کارخانه

۲ - ۲ - ۱۳ - پکیج سیستم CHP

۲ - ۲ - ۱۴ - مبدل بازیافت حرارتی شرکت GEA

۲ - ۲ - ۱۵ - سیستم CHP شرکت Sokratherm

۳ - ۱ - شناسایی جنس انواع مدل‌های سیستم CHP

۳ - ۱ - ۱ - فولادهای کرینی

۳ - ۱ - ۲ - فولادهای کروم - مولیبدنی

۳ - ۱ - ۳ - فولادهای ضدزنگ فریتی

۳ - ۱ - ۴ - فولادهای ضدزنگ آستنیتی

۳ - ۲ - شناسایی روش ساخت انواع مبدل های حرارتی سیستم CHP

۳ - ۲ - ۱ - روش ساخت مبدل های پوسته - لوله

۳ - ۲ - ۲ - روش ساخت مبدل های لوله – پره دار

۳ - ۲ - ۳ - روش ساخت مبدل های صفحه ای

۳ - ۳ - مقایسه انواع مبدل های دسته بندی شده

۳ - ۴ - انتخاب یک نمونه با توجه به کاربرد در صنعت تولید پراکنده و امکان ساخت داخل

۳ - ۵ - نتیجه گیری

مراجع


فهرست اشکال

شکل (۱-۱) : نمودار روش سایز نمودن CHP[۱۱]

شکل (۱-۲) : ریکوپراتور بازیافت حرارت [۸]

شکل (۱-۳) : ریکوپراتور تابشی

شکل (۱-۴) : ریکوپراتور جابجایی (پوسته - لوله) [۸]

شکل (۱-۵) : ریکوپراتور هیبریدی [۸]

شکل (۱-۶) : لوله گرمایی [۸]

شکل (۱-۷) : مبدل حرارتی لوله گرمایی [۸]

شکل (۱-۸) : اکونومایزر [۸]

شکل (۱-۹) : مبدل پوسته - لوله [۸]

شکل (۱-۱۰) : مبدل صفحه ای [۸]

شکل (۱-۱۱) : مبدل Run around coil [۸]

شکل (۱-۱۲) : بویلر بازیافت حرارتی [۸]

شکل (۱-۱۳) : شماتیک عملکرد پمپ گرمایی [۸]

شکل (۱-۱۴) : انواع اتصال سیستم CHP

شکل (۱-۱۵) : اتصال سری CHP و بویلر موجود

شکل (۱-۱۶) : اتصال موازی CHP و بویلر

شکل (۲-۱) : مبدل کویل مارپیچی جهت تولید بخار

شکل (۲-۲) : مبدل لوله – پره

شکل (۲-۳) : مبدل لوله ای جهت شرایط سخت کاری

شکل (۲-۴) : مبدل حرارتی گاز به گاز

شکل (۲-۵) : مبدل گاز خروجی شرکت BOWMAN [۶]

شکل (۲-۶) : مدار سیستم بازیافت حرارت شرکت Bowman [۶]

شکل (۲-۷) : جوشکاری توسط روبات و یک نمونه کندانسور اگزاست

شکل (۲-۸) : مبدل حرارتی گاز خروجی

شکل (۲-۹) : مبدل حرارتی گاز خروجی

شکل (۲-۱۰) : لوله بکار رفته در بویلر بازیافت حرارت شرکت جانسون

شکل (۲-۱۱) : طرح بویلر بازیافت حرارت یک گذره

شکل (۲-۱۲) : طرح دو گذره شرکت جانسون

شکل (۲-۱۳)‌ : طرح های بویلر بازیافت حرارت از نوع فایر تیوب

شکل (۲-۱۴) : بویلر بازیافت حرارت

شکل (۲-۱۵) : سیستم بازیافت حرارت

شکل (۲-۱۶) : بویلر بازیافت حرارت

شکل (۲-۱۷) : سیستم بازیافت حرارت مولد بخار

شکل (۲-۱۸) : مبدل بازیافت حرارت از نوع U شکل

شکل (۲-۱۹) : مبدل پوسته - لوله جهت خنک کننده گاز اگزوز

شکل (۲-۲۰) : تولید همزمان برق و حرارت برای یک برج مسکونی

شکل (۲-۲۱) : پکیج کامل جهت بیمارستان

شکل (۲-۲۲) : طریقه نصب سیستم تولید همزمان برق و حرارت در سیستم موجود

شکل (۲-۲۳) : سیستم بازیافت حرارت جهت پیش گرم نمودن آب گرم برگشتی به بویلر

شکل (۲-۲۴) : مبدل حرارتی

شکل (۲-۲۵) : پکیج تولید همزمان شرکت ENER. G

شکل (۲-۲۶) : شماتیک سیکل داخلی پکیج CHP

شکل (۲-۲۷) : مبدل بازیافت حرارت شرکت GEA

شکل (۳-۱) : عملیات پهن نمودن انتهای لوله

شکل (۳-۲) : نحوه نشستن پره روی لوله

شکل (۳-۳) : ماشین جوشکاری پره روی لوله

شکل (۳-۴) : دو نوع اصلی پره لوله جوشی

شکل (۳-۵) : مکانیزم بریزینگ

شکل (۳-۶) : مکانیزم تشکیل لایه اکسید و عدم نفوذ فیلر

شکل (۳-۷) : کوره تحت خلا جهت عملیات بریزینگ

شکل (۳-۸) : رابطه کاهش هزینه سرمایه گذاری CHP با افزایش ظرفیت تولید الکتریکی آن


فهرست جداول

جدول (۱-۱) : مقایسه انواع CHP با محرک‌های اصلی مختلف

جدول (۱-۲) : منابع حرارت بازیافتی به همراه کیفیت آنها [۱۲]

جدول (۱-۳) : دمای خروجی فرآیندهای مختلف [۱۲]

جدول (۲-۱) : مبدل حرارتی بازیافت حرارتی [۱۲]

جدول (۲-۲) : مقایسه انواع مبدل‌های حرارتی از نظر ماکزیمم فشار و دمای کاری [۱]

جدول (۲-۳) : مدل مبدل اگزوز خروجی شرکت Bowman [۶]

جدول (۲-۴) : مشخصات سیستم‌های CHP شرکت FG Wilson

جدول (۲-۵) : مشخصات عملکردی [۱۳]

جدول (۲-۶) : مشخصات موتور با تجهیزات جانبی [۱۳]

جدول (۲-۷) : مبدل حرارتی آب خنک کننده [۱۳]

جدول (۲-۸) : مبدل حرارتی اگزوز [۱۳]

جدول (۳-۱) : مواد سازنده مبدل برای کاربردهای غیر خورنده [۱]

جدول (۳-۲) : مشخصات دما و فشار psi

جدول (۳-۳) : مواد بکار رفته برای مبدل‌های صفحه ای [۱]

جدول (۳-۴) : مقایسه مبدل‌های انتخاب شده

جدول (۳-۵) : نتایج دوره بازگشت سرمایه [۴]

جدول (۳-۶) : هزینه تبدیل و تولید به تفکیک هزینه تمام شده برق و حرارت برای ژنراتور گاز سوز [۳]

جدول (۳-۷) : قراردادهای منعقد شده در راه اندازی نیروگاه‌های تولید پراکنده [۵]

نمایش کامل متن

کلیدواژه ها:

گروه پژوهشی تجهیزات دوار مکانیکی

نویسندگان