Energy, exergy and exergoeconomic assessment of a cogeneration system in food industry

Abstract

Bu araştırmada, Adana'da bulunan 14.25 MW kojenerasyon sistemine uygulanan birinci ve ikinci termodinamik kanunların kapsamlı analizi yapılmıştır. Kabul edilen kojenerasyon sistemi türbin, kazan, ekonomizer, havalandırma fanı, iki pompa ve bir bacadan oluşmaktadır. Fabrikanın kendi enerji ihtiyacı yaklaşık 10.5 MW iken kojenerasyon sisteminde ihtiyacın neredeyse 1.35 katı üretilmektedir. Enerji ve ekserji verimliliği üzerine her bir sistem unsurunun görevi ve etkisi, her bileşenin tekil performansı hakkında bilgi edinmek için analiz yapılmıştır. Çalışma sonuçları, maksimum tersinmezliğin kazanda gerçekleştiğini ve bunun da sistemin tamamının tersinmezliğinin % 36'sı olduğunu ve bu tersinmezliğin sadece kazanın doğasından kaynaklandığını belirtmek için önemlidir. Buna ek olarak, ekonomizer ve baca, sırasıyla,% 34 ve% 25 olan daha belirgin tersinmezliğe sahiptir. Bu tezde kazanın çıkışındaki buhar basıncı ile enerji ve ekserji verimi arasındaki ilişki de araştırılmıştır. Kazan çıkışındaki buhar basıncı yükseldiğinde, kazanın ekserji tahribatının azaldığı vurgulanmaktadır; bu sebeple kazanın verimliliği artmektadır. Buna ek olarak, bu kojenerasyon sisteminde baca çıkışında yüksek molar fraksiyon değeri bulunduğu için tatmin edici bir yanma verimi olduğu ortaya çıkmaktadır.

The study carries out a comprehensive analysis of the first and second law of thermodynamic through their application to 14.25 - MW cogeneration system at the city of Adana, in Turkey. The cogeneration structure comprised a turbine, a boiler, an economizer, a ventilation fan, a pair of pumps, and a chimney. Although the energy requirement for customer was established to be around 10.5 MW, the cogeneration system exceeded the amount requested by the customer and generated roughly 1.35-fold of the originally requested energy. The way the energy and exergy efficiency values are influenced by the members of the system and the functions of the components were analyzed separately to obtain information about the performance of every component individually. The findings showed that boiler had the highest irreversibility with an irreversibility value equaling to 36% of the irreversibility of the entire system, which is attributable to the structure of a boiler. In addition, with a 34% and 25% contribution to the irreversibility of the entire system, respectively, the irreversibility values of the economizer and chimney were notably high. In addition, the study focused on the relations between the steam pressure at the boiler output and energy and exergy efficiency. The investigation of hereby relationship revealed that exergy destruction of the boiler decreased with increasing steam pressure at the boiler output, which leads to increased boiler efficiency. Furthermore, the results showed that combustion efficiencies of the cogeneration structure reached satisfactory levels due to the high molar fraction of the CO2 at the chimney output.