به منظور تحلیل بهتر اگزرژی در بویلر ، در ابتدا به تشریح مفهوم اگزرژی می پردازیم.
مفهوم اگزرژی
در ترمودینامیک، اگزرژی سیستم، ماکسیمم کار مفید ممکن در طول یک فرآیند است که در طی آن، سیستم به تعادل با چشمه گرمایی می رسد. اگزرژی به معنای بیشترین کار مفیدی است که از یک جریان ماده و یا انرژی، قابل حصول بوده و بر اساس قانون دوم ترمودینامیک ارزیابی می شود.
مفهوم اگزرژی، هم در بررسی راندمان سیستم و هم در تحلیل اقتصادی و ارزیابی مالی سیستم‌ها دارای اهمیت می باشد. هزینه‌ها، شامل ارزش انرژی هستند. با تحلیل اگزرژی در بویلر سیکل حرارتی نیروگاه ها، این نتیجه حاصل می‌شود که فرآیندهای احتراق و انتقال حرارت در دیگ بخار عوامل اصلی از بین رفتن اگزرژی هستند. پس در تحلیل اگزرژی، دیگ بخار بعنوان مهم‌ترین نابودکننده اگزرژی معرفی می‌شود، چون انتقال انرژی دیگ بخار به سیال چرخه همراه با تولید آنتروپی زیادی است که باعث کاهش کیفیت انرژی دیگ بخار می‌شود و با استفاده از تحلیل اگزرژی در بویلر، مشخص شد که با کاهش ضریب هوای اضافی درمجموع، بازده انرژی و اگزرژی افزایش می‌یابد.
افزایش راندمان چرخه نیروگاه
در چرخه ترکیبی محور اصلی همه فعالیت‌های نیروگاه، تلاش برای کمینه شدن مقدار تولید آنتروپی و برگشت‌ناپذیری‌های چرخه ترمودینامیکی است که با هدف افزایش راندمان نیروگاه انجام می‌شود. راندمان، معیاری است برای ارزیابی اقتصادی نیروگاه ازجمله سرمایه اولیه، هزینه سوخت و هزینه کارکرد. برای رسیدن به این هدف، روش‌های مختلفی بر اساس عملکرد سیکل نیروگاه اتخاذ شده است. ازجمله این روش‌ها در نیروگاه‌های بخار پیشرفته، به کار بردن مبدل‌های حرارتی سوپر هیت و گرم‌کن مجدد، ایجاد خلأ زیاد در کندانسور و استفاده از بازیاب های مختلف به‌عنوان گرم‌کن آب تغذیه می باشد.
توربین‌های گازی کاربرد وسیعی در حوزه های تولید انرژی الکتریکی، افزایش فشار در ایستگاه‌های انتقال گاز و تولید قدرت لازم در کمپرسورهای افزاینده فشار خط و غیره را دارند. از معایب این توربین‌ها می توان به تاثیر شرایط جوی و محیطی بر راندمان و توان خروجی آن، نام برد. همچنین توان خروجی توربین گازی، تابع دما و شرایط محیط هست. توربین‌های معمولی به ازای هر یک درجه سانتی‌گراد افزایش دما .۵% – ۹% کاهش قدرت خواهند داشت.
ایراد اصلی در چرخه توربین گاز ساده
عیب اساسی یک چرخه در توربین گاز ساده، بازده حرارتی نسبتاً پایین آن است. با استفاده مجدد از انرژی‌های حرارتی حاصل از گاز خروجی توربین گاز و تولید بخار در یک بویلر بازیاب، می‌توان بازده سیکل ساده را بهبود داد. اگر بخار تولیدشده برای مصارف صنعتی به کار رود، سیستم مولد قدرت سیکل ترکیبی نامیده می‌شود. از مزایای سیکل ترکیبی بازده حرارتی آن است که در شرایط کارکرد بهینه می‌تواند ماکزیمم شود. سیستم‌های سیکل ترکیبی به خاطر مزایایشان به‌طور فزاینده‌ای در نیروگاه‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرند. ترکیب دو یا بیشتر چرخه ترمودینامیکی، بهبود در بازده کلی و کاهش مصرف سوخت را به همراه دارد. بویلر بازیاب، گرما را از گاز خروجی از توربین گاز استخراج می‌کند و آن را برای تولید بخار بکار می گیرد که این بخار، در بکار اندازی توربین بخار پایین‌دست مورد استفاده قرار می‌گیرد.
همچنین اگزرژی برای مهندسی عملکرد و طراحی و بهینه‌سازی مفید است. پس تحلیل اگزرژی در بویلر را می‌توان روش منطقی برای بررسی راندمان، سوخت‌ها و منابع فرایند، هزینه‌ها، اتلاف‌ها و ارزش و قیمت خروجی سیستم‌ها در نظر گرفت.
ویژگی‌های اگزرژی
- سیستمی که با محیط در تعادل است، اگزرژی آن صفر است.
- وقتی انرژی کیفیت خود را از دست دهد، اگزرژی آن از بین می‌رود.
- با انحراف بیشتر سیستم از محیط، اگزرژی آن افزایش می‌یابد. برای مثال اگزرژی ظرف آب گرم در هوای سرد، بیشتر از اگزرژی همان ظرف در هوای گرم است.
- برخلاف بازده انرژی که پر از گمراهی است، بازده اگزرژی معیاری برای رسیدن به ایده آل است.
منبع : پیشگامان تاسیسات
