Exergy and exergoeconomic analyses of a fluidized bed coal combustion steam plant in textile industry

Abstract

Bu çalışmada, termodinamiğin birinci ve ikinci kanunlarının analizi, Adana'da bulunan 6.5 MW'lık bir santral için sunulmuştur. Bu çalışmada incelenen sistem bileşenleri, akışkan yataklı kömür kazanı, bir ısı geri kazanımlı buhar jeneratörü, ekonomizer, fanlar, pompalar, siklon ve baca olarak sayılır. Tüm sistem bileşenleri tek tek incelenmiş olup tüm sistem bileşenleri için enerji ve ekserji analizleri gerçekleştirilmiştir. Analiz sonucunda, tersinmezliğin en yüksek değeri %93 ile akışkan yataklı kömür kazanında ve %3 ve %1 ile sırasıyla ısı geri kazanımlı buhar jeneratöründe ve ekonomizerde gözlemlenmiştir. Tersinmezliğin başlıca kaynağı olan aşırı hava değeri, yanma gazının kütle akış hızındaki artış nedeniyle akışkan yataklı kömür kazanındaki ısı kayıplarına neden olur. Ayrıca, aşırı hava değeri, akışkan yataklı kömür kazanında düşük yanma verimliliğine neden olur ki bu aşırı hava değeri havanın akış hızını azaltarak azaltılabilir. Buna ek olarak, her bir bileşenin eksergoekonomik performansını ortaya koymak için, ekserji dengesinin nicel maliyeti göz önüne alınmıştır. Sermaye yatırım maliyeti, işletme ve bakım maliyeti ve buhar santralinin toplam maliyeti sırasıyla 6.30, 5.35 ve 11.65 US$/h olarak elde edilmiştir. Buhar santraline giren birim ekserji maliyeti ve yakıt ekserji maliyeti sırasıyla 3.33 US$/GJ ve 112.44 US$/h olarak bulunmuştur. Isı geri kazanımlı buhar jeneratöründe üretilen buharın birim ekserji maliyeti ve ekserji maliyeti, sırasıyla 16.59 US$/GJ ve 91.87 US$/h olarak hesaplanmıştır. Bu çalışma, eksergoekonomik analizin ekserji analizinden elde edilen sonuçlarla bağlantılı olarak önemini vurgulamaktadır.

In this thesis, the examinations of first and second laws of thermodynamics are performed on a 6.5 MW power plant located in Adana, Turkey. The investigated plant equipment for the thesis can be listed as a fluidized bed coal combustor (FBCC), a heat recovery steam generator (HRSG), an economizer (ECO), fans, pumps, a cyclone and a chimney. Whole parts of equipment are investigated one by one and the energetic and exergetic inspections are enforced for whole parts of the plant. The maximum exergy destruction rates in the plant are obtained for the FBCC, HRSG and ECO with 93%, 3% and 1% of the whole system, respectively. Higher excess air in the system induces heat losses, especially in the FBCC component by virtue of the rising in mass flow rate of the flue gas. This situation can be considered as one of the primary reasons of irreversibility. Additionally, higher excess air induces the decrement of combustion efficiency in FBCC. Therefore, this value and adverse effects on combustion efficiency can be decreased by reducing the flow rate of air. In addition, the quantitative cost of exergy balance for each part is paid attention to remark the exergoeconomic effectiveness. The cost of capital investment, operating and maintenance costs and total cost of fluidized bed coal combustion steam plant (FBCCSP) are reckoned as 6.30, 5.35 and 11.65 US$/h, respectively. The cost of unit exergy and cost of fuel exergy are reckoned as 3.33 US$/GJ and 112.44 US$/h, respectively. The cost of unit exergy and cost of exergy of the steam are figured out as 16.59 US$/GJ and 91.87 US$/h, respectively. The presented thesis emphasizes the significance of the exergoeconomic inspection associated with the outcomes ensured from the exergetic inspection.