تحليل و بررسي ترمواقتصادي بازيابي گرماي اتلافي حاصل از به‌كارگيري گازهاي خروجي در كنار آب خنك‌كن محفظه موتور كشتي

Thermo-economic Analysis of Waste Heat Recovery by the Use of Engine Exhaust Gases beside the Jacket Cooling Water of the Marine Engine

سيستم‌هاي بازياب كه از منابع اتلافي به‌عنوان ورودي خود استفاده مي‌كنند، از اهميت فراواني در صنعت برخوردارند، چرا كه اين‌گونه سيستم‌ها از جريان‌هايي بهره مي‌گيرند كه در صورت عدم استفاده به هدر خواهند رفت. موتور كشتي‌ها يكي از مكان‌هايي است كه مقدار قابل توجهي از انرژي به صورت‌هاي مختلف به هدر مي‌رود. در پژوهش حاضر ايده استفاده از اين مسيرهاي اتلافي و توليد توان مفيد در قالب دو سيستم ارايه شده است. در سيستم نخست، تنها از گرماي گازهاي خروجي موتور كشتي استفاده شده است؛ در حالي كه در سيستم دوم به‌طور تلفيقي از آب خنك‌كن محفظه در كنار مسير گازهاي خروجي بهره گرفته شده است. به‌منظور انتخاب سيال كاري مناسب، پايشي در ميان سيال‌هاي ارگانيك موجود انجام يافته و پنج سيال كاري به‌عنوان مبردهايي كه از نظر شاخص‌هاي فيزيكي، ايمني و زيست‌محيطي در نظر گرفته شده از مطلوبيت بالاتري برخوردار هستند، انتخاب شده است. تحليل‌ها نشان مي‌دهند كه استفاده از مبرد R600a بالاترين توان خروجي را حاصل مي‌كند كه در بهترين حالت به حدود 575kW مي‌رسد. مقايسه دو سيستم بررسي‌شده نيز نشان مي‌دهد كه پيش‌گرم‌كردن سيال كاري توسط آب خنك‌كن محفظه سبب بهبود عملكرد سيستم مي‌شود و توان خروجي در حدود 58-31% در سيال‌هاي كاري مختلف افزايش مي‌يابد. بررسي نرخ بازگشت سرمايه در دو سيستم بررسي‌شده و سيال‌هاي كاري گوناگون نيز نشان مي‌دهد كه پايين‌ترين مقدار بازگشت سرمايه با استفاده از سيال كاري R600a در سيستم دوم به‌ دست مي‌آيد كه برابر با 3/48سال است.

Waste heat recovery systems, which make use of waste sources for their input energy, have considerable importance in industry since they utilize streams, which will be disposed to nature if not employed. Ship’s engines are one of the places, where a large amount of energy is wasted in different forms. In the present article, the idea of making use of these loss streams and consequently producing useful power in the outlet is proposed in the form of two systems. In the first system, the only stream of exhaust gases is utilized, while in the second system, the jacket cooling water is used together with the engine exhaust gases. Screening in the working fluids is conducted in order to select appropriate fluids, which have suitable characteristics in the physical, safety, and environmental aspects. The analyses indicate that using R600a presents the highest net power output, which reaches to the value of about 575 kW at the most. Comparison of the two introduced systems shows that preheating the working fluid by the jacket cooling water makes the better operation of the system and the power output is increased up to about 31-58% in different fluids. The lowest payback period in the systems is achieved through the use of R600a as the working fluid, which is about 3.48 year in the second system.