تحلیل ترمودینامیکی (انرژی و اگزرژی) یک سیستم پیشنهادی مبتنی بر ترموالکتریک جهت بازیافت گرما از سرباره مذاب در صنعت فولاد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

استادیار، گروه مهندسی مکانیک، مجتمع آموزش عالی فنی و مهندسی اسفراین، اسفراین، ایران

چکیده

امروزه استفاده از ترموالکتریک به عنوان یکی از روش‌های بازیافت انرژی گرمایی اتلافی، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق ضمن ارائه یک سیستم جدید بازیافت انرژی گرمایی موجود در سرباره مذاب صنعت فولاد، آنالیز ترمودینامیکی سیستم پیشنهادی از دیدگاه انرژی و اگزرژی نیز ارائه گردیده است. سپس تاثیر پارامتر‌های مختلف از جمله ضریب سیبک بر عملکرد سیستم پیشنهادی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج مدل‌سازی در دو حوزه چرخه توان و ترموالکتریک، با تحقیقات پیشین اعتبار‌سنجی گردیده‌اند. نتایج تحلیل ترمودینامیکی نشان می‌دهد که بیشترین سهم در نابودی اگزرژی سیستم پیشنهادی، مربوط به سیستم بازیافت گرما می‌باشد. مطابق نتایج، سهم توان تولیدی سیستم بازیافت گرما از توان تولیدی کل حدود 49% می‌باشد و راندمان قانون اول ترمودینامیک برای سیستم پیشنهادی 7/24% و راندمان قانون دوم ترمودینامیک برابر با 88/32% می‌باشند. ارزیابی اقتصادی نشان می‌دهد که به ازای قیمت ترموالکتریک $/W 1 زمان بازگشت سرمایه کمتر از 2 سال می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Zhu, X., H. Zhang, Y. Tan, H. Wang and Q. Liao, Analogue experimental study on centrifugal-air blast granulation for molten slag. Applied Thermal Engineering. Vol. 88, pp. 157-164, 2015.
  • Barati, M., S. Esfahani and T.A. Utigard, Energy recovery from high temperature slags. Energy. Vol. 36, 9 pp. 5440-5449, 2011.
  • Dai, X.T., Y.H. Qi and C.X. Zhang, Development of molten slag dry granulation and heat recovery in steel industry. Journal of Iron and Steel Research. Vol. 20, pp. 1-6, 2008.
  • Mizuochi, T., J. Yagi and T. Akiyama. Granulation of molten slag for heat recovery. in IECEC '02. 2002 37th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, 2002.
  • Bisio, G., Energy recovery from molten slag and exploitation of the recovered energy. Energy. Vol. 22, 5 pp. 501-509, 1997.
  • Mizuochi, T., T. Akiyama, T. Shimada, E. Kasai and J.-I. Yagi, Feasibility of Rotary Cup Atomizer for Slag Granulation. Isij International - ISIJ INT. Vol. 41, 1423-1428, 2001.
  • Kashiwaya, Y., In-Nami and T. Akiyama, Development of a Rotary Cylinder Atomizing Method of Slag for the Production of Amorphous Slag Particles. ISIJ International. Vol. 50, pp. 1245-1251, 2010.
  • Kashiwaya, Y., Y. In-Nami and T. Akiyama, Mechanism of the Formation of Slag Particles by the Rotary Cylinder Atomization. ISIJ International. Vol. 50, 1252-1258, 2010.
  • Goupil, C., W. Seifert, K. Zabrocki, E. Müller and G.J. Snyder, Thermodynamics of Thermoelectric Phenomena and Applications. Entropy. Vo. 13, 8 pp. 1481-1517, 2011.
  • Champier, D., Thermoelectric generators: A review of applications. Energy Conversion and Management. Vol. 140, pp. 167-181, 2017.
  • Luo, D., Z. Sun and R. Wang, Performance investigation of a thermoelectric generator system applied in automobile exhaust waste heat recovery. Energy. Vol. 238, pp. 121816, 2022.
  • Singh, B., W.A.N.W. Mohamed, M.N.F. Hamani and K.Z.N.A. Sofiya, Enhancement of low grade waste heat recovery from a fuel cell using a thermoelectric generator module with swirl flows. Energy. Vol. 236, 121521, 2021.
  • Aliahmadi, M., A. Moosavi and H. Sadrhosseini, Multi-objective optimization of regenerative ORC system integrated with thermoelectric generators for low-temperature waste heat recovery. Energy Reports. Vol. 7, 300-313, 2021.
  • قریشی ژ., خلیل آریا ش.، جعفرمدار ص., آنالیز انرژی و اگزرژی سطح مدول مولد ترموالکتریک جهت بازیافت حرارت هدر رفته گازهای احتراقی. مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز.
  • نوربخش سعداباد, آ., رادمان س., رنجبر س.ف.، نامی خلیله ده م.، تحلیل ترمواکونومیک و بهینه‎ سازی چندهدفه یک سیستم راندمان بالا برمبنای چرخه‎ های توربین گاز و رانکین مجهز به ژنراتور ترموالکتریک. مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 1400.
  • Abdolalipouradl, M., Mohammadkhani, S. Khalilarya and M. Yari, Thermodynamic and exergoeconomic analysis of two novel tri-generation cycles for power, hydrogen and freshwater production from geothermal energy. Energy Conversion and Management. Vol. 226, pp. 113544, 2020.
  • Abdolalipouradl, M., F. Mohammadkhani and S. Khalilarya, A comparative analysis of novel combined flash-binary cycles for Sabalan geothermal wells: Thermodynamic and exergoeconomic viewpoints. Energy. Vol. 209, 118235, 2020.
  • Meng, F., L. Chen, F. Sun and B. Yang, Thermoelectric power generation driven by blast furnace slag flushing water. Energy. Vol. 66, 965-972, 2014.
  • Xiong, B., L. Chen, F. Meng and F. Sun, Modeling and performance analysis of a two-stage thermoelectric energy harvesting system from blast furnace slag water waste heat. Energy. Vol. 77, 562-569, 2014.
  • Van Wylen, G.J. and R.E. Sonntag, Fundamentals of Classical Thermodynamics. Wiley, 1986.
  • Incropera, F.P. and D.P. DeWitt, Fundamentals of Heat Transfer. Wiley, 1981.
  • khanmohammadi, S. and M. Saadat-Targhi, Performance enhancement of an integrated system with solar flat plate collector for hydrogen production using waste heat recovery. Energy. Vol. 171, 1066-1076, 2019.
  • Yari, M., Exergetic analysis of various types of geothermal power plants. Renewable Energy. Vol. 35 1, pp. 112-121, 2010.
  • Soltani, S., A. Kasaeian, H. Sarrafha and D. Wen, An experimental investigation of a hybrid photovoltaic/thermoelectric system with nanofluid application. Solar Energy. Vol. 155, 1033-1043, 2017.
  • Liu, J., Q. Yu, J. Peng, X. Hu and W. Duan, Thermal energy recovery from high-temperature blast furnace slag particles. International Communications in Heat and Mass Transfer. Vol.69, 23-28, 2015.
  • HZ-20 Thermoelectric Generator. <http://hi-z.com/products/>.
  • Siddique, A.R.M., S. Mahmud and B.V. Heyst, A review of the state of the science on wearable thermoelectric power generators (TEGs) and their existing challenges. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Vol. 73, 730-744, 2017.
  • Khanmohammadi, S. and M. Saadat-Targhi, Thermodynamic and economic assessment of an integrated thermoelectric generator and the liquefied natural gas production process. Energy Conversion and Management. Vol. 185, 603-610, 2019.
  • Shahsavar, A., S. Khanmohammadi, M. Khaki and M. Salmanzadeh, Performance assessment of an innovative exhaust air energy recovery system based on the PV/T-assisted thermal wheel. Energy. Vol. 162, 682-696, 2018.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار