تحلیل ترمواقتصادی و بهینه‌سازی چندهدفه چرخه‌های بازیافت تلفات حرارتی یک موتور ژنراتور گازسوز

در این تحقیق یک موتور ژنراتور گازسوز با توان 34.3 کیلووات به عنوان محرک اولیه برای چرخه‌های ترمودینامیکی پایین‌دست در نظر گرفته شده است که شامل چرخه رانکین آلی با منبع تغذیه باز برای بازیافت تلفات حرارت گازهای اگزوز خروجی موتور و چرخه مثلثی برای بازیافت حرارت اتلافی آب خنک‌کاری موتور می‌باشد. عملکرد چرخه‌های تحتانی از نظر ترمودینامیکی و ترمو-اقتصادی بررسی شده و سپس آنالیز حساسیت و بهینه‌سازی چندهدفه با در نظر گرفتن توابع هدف بازده اگزرژی و هزینه سرمایه‌گذاری ویژه بر روی چرخه‌ها انجام گرفته است. همچنین، نقطه بهینه بر روی نمودار جبهه پرتو بر اساس معیار linmap انتخاب شده است. نتایج نشان می‌دهد تخریب اگزرژی در گرمکن و چگالنده چرخه مثلثی و تبخیرکن  چرخه رانکین آلی نسبت به سایر اجزا بیشتر است. در بین متغیرهای تصمیم‌گیری، بازده آیزنتروپیک توربین‌ها و دمای چگالنده چرخه مثلثی تاثیر قابل‌توجهی در توابع هدف دارند. استفاده از سیستم بازیافت تلفات گرمایی در حالت بهینه منجر به افزایش %6.09 بازده اگزرژی سیستم کلی شامل موتور ژنراتور و چرخه‌های پایین‌دستی می‌شود.

Thermo-economic analysis and multi-objective optimization of waste heat recovery cycles of a gas engine

In this work, Organic Rankine cycle with open feed heater and Trilateral Flash cycle are used for waste heat recovery of exhaust gas and cooling water of a 34.3 kW stationary gas engine. The thermodynamic and thermoeconomic performance of the bottoming cycles have been investigated, and then sensitivity analysis and multiobjective optimization have been done considering the objective functions of exergy efficiency and the special investment cost of the cycles. The optimal point is selected based on the LINMAP method on the Pareto Front. The results show that the exergy destruction rates in the heater and condenser of the Trilateral Flash cycle and the evaporator of the organic Rankin cycle are more than those of other components. Among the decision variables, the turbines isentropic efficiency and the condenser temperature of Trilateral Flash cycle have a significant effect on the objective functions. Employing waste heat recovery system on a gas engine results in an increase of 6.09% of the exergy efficiency of the overall system, including gas engine and bottoming cycles in the optimized state.