تحليل ترموديناميك يك سيستم نوين تركيبي چرخه‌هاي دي‌اكسيد كربن گذر بحراني و كالينا 11 ازچاه‌هاي زمين‌گرمايي سبلان

The thermodynamic analysis of a novel integrated transcritical CO2 with Kalina 11 cycles from Sabalan geothermal wells

در شمال غرب ايران در منطقه سبلان دو چاه با شرايط دمايي و فشاري متفاوت مورد بهره‌برداري قرار گرفته است. با توجه به مشخصات ترموديناميك چاه‌ها، چرخه‌ تركيبي جديد (چرخه تركيبي تبخير آني با چرخه دي‌اكسيد كربن گذر بحراني و كالينا11) براي زمين‌گرمايي سبلان پيشنهاد شده است. در چرخه‌هاي كالينا 11 و گذر بحراني دي‌اكسيد كربن داخل مبدل‌هاي حرارتي كه سيال در حال افزايش دما است شيب تغيير دمايي متفاوتي دارد، بنابراين يك روش جديد براي پيداكردن محل نقطه تنگش و ساير مشخصات ترموديناميك مبدل پيشنهاد شده است. تاثير نسبت به فشار بالاي كالينا، غلظت آمونياك، نسبت فشار چرخه گذر بحراني دي‌اكسيد كربن، اختلاف دماي نقاط تنگش و فشار جداسازها روي بازده حرارتي و اگزرژي چرخه تركيبي پيشنهادي مورد مطالعه قرار گرفت، سپس چرخه‌ تركيبي پيشنهادي مورد بهينه‌سازي ترموديناميك با استفاده از نرم‌افزار اي‌اي‌اس (حل معادلات مهندسي) قرار گرفت. براساس شرايط عملكرد بهينه، توان خالص چرخه تركيبي 20046كيلووات، بازده حرارتي 17/15%، تخريب اگزرژي 8259كيلووات و بازده اگزرژي 65/74% محاسبه شده است. مشخص شده كه براي چرخه‌ پيشنهادي در اين مقاله توان خالص توليدي 17/55%، بازده حرارتي 17/55% و بازده اگزرژي براي چرخه تركيبي 20/04% نسبت به چرخه‌هاي پيشنهادي قبلي ارتقا يافته است.

In northwestern Iran, two wells with different temperature and pressure conditions have been exploited in Sabalan region. According to the thermodynamic properties of wells, the combined cycle (flash combined cycle with transcritical CO2 and Kalina 11) is proposed for Sabalan geothermal. In the Kalina 11 and transcritical CO2 heat exchangers, in which the fluid temperature is rising, there is a different temperature variation gradient, therefore, a new method is proposed for the determination of pinch point and other thermodynamic properties. The effects of the Kalina high pressure, amoina concentration, transcritical CO2 cycle pressure ratio, pinch points temperature difference and separators’ pressure on the thermal and exergy efficiencies of the proposed combined cycle were studied, Finally the proposed combined cycle was optimized thermodynamically using the EES (Engineering Equation Solver) software. Based on identical operation conditions, the net power of the combined cycle is 20046 kW, the thermal efficiency is 17.15%, the rate of exergy destructions is 8259 kW and the exergy efficiency is 65.74%. It was found that the net power output, the thermal and exergy efficiencies of combined cycle are about 17.55%, 17.55% and 18.35% higher than the previously proposed system.