مدل شبیهسازی فرایند گازی سازی یی و تولید توان مهدی قندی فالیزانی کارشناس ارشد مهندسی سیستمهای انرژی Mehdi.palizan@gmail.com چکیده همگام با توسعه اقتصادی و اجتماعی کشورها جمعیت شهرها و به تبع آن تولید پسماند شهری روند رو به رشدی داشته است. مدیریت پسماند جامد به لحاظ ایجاد آلودگی و خطرات محیطزیستی پسماند حائز اهمیت بوده و از طرفی محتوای انرژی آن نگاهها را بهعنوان یک منبع تجدید پذیر که استفاده از آن عالوه بر تأمین انرژی و کاهش وابستگی به منابع فسیلی از خطرات محیط زیستی دفع و دفن پسماند نیز میکاهد به خود معطوف ساخته است. مطالعات سالهای اخیر نشان داده تبدیل انرژی پسماند با استفاده از فناوری گازی سازی بسیار مؤثر است. در مقاله پیش رو مدل شبیهسازی فرایند تولید گاز سنتز از پسماند جامد شهری توسط فناوری گازی ساز یی بر اساس روش مدلسازی تعادلی توسعه یافته و تبدیل انرژی در یک سیکل ترکیبی گازی ساز یی و تولید توان شبیهسازی شده است. نتایج مدل شبیهسازی بازده انرژی و اکسرژی 7.69 و 266.8 درصدی را برای فرایند گازی سازی و بازده تولید توان 68629 درصدی را برای سیکل پیوسته سیستم گازی سازی و سیکل ترکیبی تولید توان به همراه داشته است. همچنین گاز خروجی حاصل از احتراق گاز سنتز در سیکل تولید توان حاوی 8680 وزنی کربن دیاکسید است که به ازا هر مگاوات تولید الکتریسیته حدود..86 تن کربن دیاکسید منتشر میکند و نشان میدهد این فناوری بعد از گاز طبیعی دارای کمترین مقدار انتشار است. کلیدواژه شبیهسازی گازی سازی تولید توان پسماند
مقدمه زیاد باشد ]0[. 1 پسماند جامد شهری ازجمله منابع تجدید پذیر و مخلوطی از انواع زیستتوده مثل چوب و پالستیک با متوسط ارزش حرارتی هر کیلوگرم بین. تا 88 میلیون ژول )بین %08 تا %66 ارزش حرارتی نفت خام( است. پس از پایان جنگ جهانی دوم تولید سرانه پسماند خانگی و صنعتی در کشورهای توسعهیافته رشد و طبق آمار آژانس حفاظت از محیطزیست آمریکا تولید پسماند جامد شهری از سال 07.8 میالدی با ضریب.86 افزایش یافته است. فرضیه پاالیش پسماند جامد شهری توسط فناوری مشعل یی اولین بار در دسامبر سال 0791 توسط کاماچو ثبت شده است. گازی ساز ازجمله فناوریهای نوین در زمینه تبدیل انرژی زیستتوده بهویژه مواد پسماندی مثل پسماند جامد شهری خاکستر زبالهسوز پسماندهای بیمارستانی صنعتی پرتوزا و... است که نسبت به سایر فناوریهای حرارتی پاالیش پسماند محدودیتهای عملیاتی و محیطزیستی کمتری دارد. خوراک گازی ساز تقریبا هر نوع مادهای میتواند باشد و بنابراین خوراک اصلی استفاده شده برای آن موادی است که در سایر فرایندها نمیتوان استفاده کرد مانند پسماندهایی که جداسازی مواد آن سخت یا هزینهبر است. 2 فناوری گازی ساز یی گازی سازی یی معموال در غیاب اکسیدان گازی سازی همراه با کمی گاز )مثل هوا اکسیژن نیتروژن گازهای نجیب( که تنها برای تولید در مشعل حضور دارند انجام میشود. دمای بسیار باالی سبب می شود تا مواد ورودی کامال به اتمهای اکسیژن هیدروژن و کربن تجزیه شود. این اتمها سریع با هم پیوند یافته و گاز هیدروژن و کربن مونو اکسید با کیفیت بسیار باال در حضور مقدار بسیار کم متان هیدروکربن سبک و سنگین و قطران تولید میشود. سایر گازی سازهای یی که در دمای کمتری کار میکنند ) 0.88 تا 888.( کمی قطران و هیدروکربن تولید میکنند که فورا شکسته میشود. انرژی خروجی مشعل یی قابل تنظیم بوده و بنابراین دما و ترکیب گاز سنتز قابل کنترل است. به دلیل استفاده گازی ساز یی از پسماند مقدار کلراید میتواند در گاز سنتز مقایسه گازی ساز با سایر فناوریهای ساز گازی نشان میدهد این فناوری نسبت به متغیرهای ورودی نظیر اندازه رطوبت و ترکیب پسماند انعطاف بیشتری داشته و کیفیت گاز سنتز آن نیز بهتر است. گزارش ویژهای تاکنون مبنی بر ایجاد اشکال در کارکرد واحدهای تجاری پاالیش یی پسماند و همچنین بروز مشکالت محیطزیستی سالمتی و ایمنی در پاالیش موادی نظیر آزبست پسماند آلومینیوم کاتالیست بیمارستانی و مهمات ارائه نشده است ]8[. زبالههای شکل )0( نشان میدهد که این فناوری در تولید برق پس از گاز طبیعی کمترین مقدار انتشار کربن دیاکسید را دارد. 3 شکل گاز یونیزه ذرات خنثی و 0 انتشار کربن دیاکسید در روشهای مختلف ]1 6[ است. متشکل از یونهای مثبت منفی و تجزیه الکتریکی یک گاز در اثر ایجاد جریان در یک محیط نارسانا مثل هوا سبب )قوس الکتریکی( تولید میشود. میزان یونیزاسیون میتواند از %088 )گاز کامال یونیزه( تا مقادیر خیلی کم 6 08. 08 تا متغیر باشد. درجه یونیزاسیون وابسته به نسبت اتم های یونیزه )تعداد اتمهایی که الکترون یا داده دست از الکترون گرفتهاند( شده است. ی مصنوعی را میتوان به دو گروه اصلی ی ی دماباال تقسیم کرد ]..[. یا ی دماپای نی ( و.8888K( گداخت K(. ).888808 گاز یی را میتوان به دو دسته با تعادل ترمودینامیکی محلی و بدون تعادل ترمودینامیکی محلی تقسیم کرد. در فرایندهای صنعتی نیز از دو نوع حرارتی یا تعادلی و
مشعل به دست میآید ]2[. mgas * LHVsynthesis gas ηcg )0( mbiomass * LHVWaste Ptorch PSteam در رابطه )0( torch P توان مصرفی مشعل و P Steam توان مصرف شده برای تولید بخار در صورت تزریق بخار به از غیر تعادلی استفاده میشود جدول )0(. حرارتی ) تعادلی( غیرحرارتی ) غیر تعادلی( مشعلهای جدول 0 گروهبندی ].[ حالت دماپایین 4 Te Ti T g 210 K 20 3 ne 10 m 3 Te Ti Tg 30010 K 10 3 ne 10 m نمونه قوس مشعل جت یی با فشار اتمسفر امواج ماکروویو یی جریان مستقیم و دستگاههای القایی فرکانس رادیویی برای تولید جهت پاالیش پسماند استفاده میشود ].[. ی تولید شده و نمونه صنعتی مشعل در شکل )8( و )1( نمایش داده شده است. راکتور است. LHV Waste جرم پسماند ورودی m Biomass و LHV synthesis gas ارزش حرارتی کم و به ترتیب m gas و ارزش حرارتی و جرم گاز سنتز خروجی است. ارزش حرارتی گاز سنتز تولید شده با استفاده از رابطه )8( به دست میآید. در این رابطه n تعداد مول گاز تولید شده در فرایند گازی سازی و x x H به ترتیب 2 CO x CH4 کسر مولی متان کربن مونواکسید و هیدروژن در مخلوط گازی است. MJ LHV Syngas Kmol x H2* 242.4 x CO* 282.9 x CH * 800.8 4 )8( بازده قانون دوم )اکسرژی( با تقسیم اکسرژی گاز سنتز تولیدی )اکسرژی شیمیایی و فیزیکی( به مجموع اکسرژی شیمیایی پسماند و الکتریسیته مصرف شده توسط رابطه )1( به دست میآید ]7[. exergysynthesis gas = exergy Waste +Electricity+exergy heat )1( رابطه آماری شکل 8 تصویر دقیق حرارتی تولید شده ]9[ پرینس برای محاسبه اکسرژی شیمیایی پسماند پیشنهاد شده است ]7[. e 0 kj 2442.. kg LHV w H 1.0412 0.2160 C O 1 0.3035 C O H N 0.2499 1 0.7884 0.0450 C C C O 1 0.3035 C O 2.67 C )6( ).( 4 شکل 1 نمای درونی مشعل ]9[ تحلیل ترمودینامیکی فرایند گازی ساز یی بازده گاز سرد با تقسیم ارزش حرارتی گاز سنتز به ارزش حرارتی پایین پسماند و انرژی الکتریکی مصرف شده در
در رابطه )6( و 0 و ).( e H, O, N, C, w اکسیژن و هیدروژن پسماند است. 5 مدل شبیهسازی فرایند اکسرژی شیمیایی استاندارد پسماند کسر جرمی رطوبت کربن نیتروژن برای مدلسازی راکتور به چهار بخش مختلف تقسیم شده و فرایندی که در هر بخش صورت میگیرد جدا بهصورت بررسی شده است. شکل )6( حرکت فرضی پسماند گاز و تبادل جرم و حرارت را در راکتور گازی ساز نشان میدهد. در این روش رطوبت مواد فرار کربن ثابت و خاکستر پسماند ورودی در مراحل مختلف از پسماند جدا شده و واکنشهای گازی سازی و ذوب خاکستر صورت می گیرد. 15 شکل 6 تبادل جرم و حرارت در راکتور خشک شدن اولین فرایندی که در راکتور گازی ساز رخ میدهد خشک شدن خوراک ورودی است. در این فرایند پسماند مرطوب ورودی به راکتور در تماس با گاز سنتز داغ خروجی در باالی راکتور رطوبت خود را از دست داده و خشک میشود. خشک شدن پسماند از سه مرحله تشکیل شده است: با توجه به گرادیان دمایی درون ذرات پسماند ورودی فرض میشود در فشار یک اتمسفر رطوبت پسماند در دمای 088 تبخیر شود. موازنه انرژی خشک شدن پسماند به صورت زیر تعریف میشود. 120 m C dt L 25 steam p, steam steam 120 syngas in m C dt m C dt wastedry p, wastedry i p, i 25 i T T syngas out ).( در رابطه ).( m steam جرم آب تبخیر شده جرم m wastedry پسماند خشک شده m i جرم عناصر گازی موجود در گاز سنتز L steam گرمای نهان تبخیر آب C p,steam گرمای ویژه آب C p,i ظرفیت گرمایی ویژه عنصر T syngasout i دمای گاز سنتز خروجی از راکتور و T syngasin دمای گاز سنتز پیش از تماس با پسماند تر و خروج از راکتور است. در رابطه فرض شده پسماند ورودی به گازی ساز با محیط همدما باشد و در 088 خشک شود. 25 پیرولیز فرایند پیرولیز.88 زیستتوده در دمای 888 شروع و در کامل میشود. با افزایش دما به بیش از 88. قطران اولیه تغییر آرایش داده و به گاز و قطران ثانویه تبدیل میشود. گاز تولید شده در مقداری قطران است. پیرولیز پسماند حاوی قطران عبارت است از مخلوطی پیچیده از هیدروکربنهای چگال پذیر که شامل ترکیبات آروماتیک تک حلقوی تا پنج حلقوی همراه با سایر هیدروکربنهای حاوی اکسیژن و هیدروکربنهای پلی آروماتیک است که در فرایندهای پای نی دستی و فناوریهای تبدیلی چگال میشود. در گازی سازی فرایند باید در دمای 988788 قرار بگیرد تا قطران اولیه به مقدار کمتری از قطران ثانویه تبدیل و گاز بیشتری تولید شود. گاز معموال حاوی.%%0 قطران ثانویه است ]00 08[. واکنش کلی پیرولیز نمایش داد. زیستتوده را میتوان به صورت زیر Biomass Gas Tar Char )9( 0( تبخیر آب آزاد 8( تبخیر آب جذب شده در پسماند 1( جداسازی و تبخیر آب شیمیایی مقید شده ]08[.
تولید قطران به دمای پیرولیز بسیار حساس است و حد نهایی پیرولیز ثانویه به وسیله دمای پیرولیز کنترل میشود. درنتیجه شکست حرارتی چهار گروه محصول قطران تعریف میشود. مطابق شکل ).( محصوالت اولیه و ثالثیه قطران در فرایند گازی سازی منحصر به فرد هستند و محصوالت اولیه پیش از تشکیل محصوالت ثالثیه ناپدید میشوند. از راکتور خارج میشود. در این بخش هیچ واکنش شیمیایی رخ نمیدهد. فرایند ذوب بسیار گرماگیر بوده و از افزایش زیاد دمای مواد جامد باید جلوگیری کرد. نتایج تجربی نشان میدهد خاکستر در دمای 8..0 ذوب و از راکتور خارج میشود ]01 06[. ظرفیت گرمایی ( p,ash )C و گرمای نهان ذوب ( Ash ) L خاکستر به شکل زیر قابل محاسبه است. در روابط )2( و )7( است. i کسر جرمی هر یک از عناصر غیر آلی در خاکستر C C p,ash i p,i i )2( L L Ash i i i )7( با شکل. توزیع چهار گروه عناصر قطران تولیدی برحسب دما در زمان اینکه فرض ماند 861 ثانیه فاز گازی ]00[ فرایند پیرولیز در دمای 788 رخ دهد محصوالت پیرولیز شامل قطران زغال و ترکیب گاز سنتز تعریف و توزیع وزنی آنها با استفاده از کمینهسازی انرژی آزاد گیبس شبیهسازی شده است. 35 گازی سازی و احتراق در این بخش زغال تولید شده در فرایند پیرولیز با عامل گازی سازی وارد واکنش میشود. زغال ورودی به این بخش حاوی کربن و خاکستر بوده و ترکیب شیمیایی آن با توجه به آنالیز تقریبی پسماند مشخص میشود. ترکیب گاز سنتز تعریف شده برای یی در جدول )8( شرح داده شده است. فرایند گازی سازی با توجه به نتایج آنالیزهای تجربی سایر مقاالت فرض شده خاکستر ورودی به بخش ذوب یی دارای توزیع وزنی %.8 اکسید سیلیسیوم اکسید کلسیم باشد ].0[. %18 اکسید آلومینیوم و %88 6 مدل شبیهسازی گازی سازی یی برای مدلسازی فرایند گازی سازی یی پسماند جامد شهری در راکتور بستر ثابت از مدل صفر بعدی سینتیک نرمافزار و آزاد اسپن استفاده شده است. نمودار مفهومی فرایند شبیهسازی شده در شکل ).( نشان داده شده است. برای اعتبار سنجی مدل شبیهسازی شده مدل تحت شرایط عملیاتی جدول )1( و استفاده از پسماندی با آنالیز عنصری جدول )6( اجرا و با نتایج مقاله مرجع مقایسه شده است. جدول 8 ترکیب عنصری گاز تعریف شده در مدل شبیهسازی جدول 1 پارامترهای عملیا یت گازی سازی ]2[ فشار دبی )kg/s( هوا بخار دبی ورودی پسماند )kg/s( دمای )0888 ( )atm( CH 2 2 CH 2 2 O 2 HCl HO 2 CH 2 6 N 2 COS CO C16 H10 Cl 2 HS 2 CO 2 C10 H8 NO SO 2 CH 4 C14 H10 NO 2 C (Solid) 6888 0 86880..860.26 0 45 ذوب یی بخش غیر آلی پسماند بعد از واکنشهای پیرولیز و گازی سازی وارد بخش ذوب یی شده و پس از ذوب شدن
مطابق نمودار شکل )9( ترکیب عناصر اصلی گاز سنتز فرایند )هیدروژن کربن مونواکسید( مدل شبیهسازی شده و مدل مرجع انتخابی بسیار به هم نزدیک است. شکل 9 مقایسه نتایج مدلسازی و مدل مرجع 7 تراز انرژی گازی ساز یی هنگامی که از پسماندی با آنالیز عنصری مشابه جدول )6( و شرایط عملیاتی جدول ).( استفاده شود ترکیب گاز سنتز در مراحل مختلف فرایند مطابق جدول ).( بدست میآید. نمودار جریان انرژی گازی ساز در بخشهای مختلف فرض شده در مدلسازی در شکل )2( ارائه شده است. در شبیهسازی بازده تبدیل انرژی مشعل.%9 و اتالف انرژی فرایند %18 انرژی مصرفی مشعل فرض شده است. جدول. پارامترهای عملیا یت گازی ساز شکل. مدل مفهومی سیستم شبیهسازی شده جدول 6 آنالیز عنصری پسماند ورودی ]2[ فشار دبی )kg/s( هوا بخار دبی ورودی پسماند )kg/s( دمای )0888 ( )atm( 6888 0 86880..860.26 0 عنصر آنالیز تقریبی )درصد وزنی( آنالیز نهایی )درصد وزنی( رطوبت 8961 969 کربن ثابت (FC) 8862 خاکستر 8862 906. مواد فرار (VM) 6.6. کربن. هیدروژن 862 نیتروژن 8 کلر 861 گوگرد 8.6. اکسیژن
29262 072666 MJ/kmol 788 1..668 MJ/kmol 0.8967 976.1 MJ/kmol دمای گاز ) ( ارزش حرارتی گاز سنتز 8 تحلیل حساسیت 18 تزریق کربن دیاکسید برای بررسی تأثیر تزریق کربن دیاکسید روی ترکیب گاز سنتز با ثابت نگاه داشتن سایر پارامترها مقدار تزریق کربن دیاکسید با دمای 888 از صفر تا 261 کیلو مول تغییر کرده است. حد باالی مقدار تزریق کربن دیاکسید برابر با مقداری فرض شده که در صورت احتراق کامل گاز سنتز تولید میشود. شکل )7( و )08( اثر تغییر مقدار کربن دیاکسید را بر مقدار کربن مونواکسید و هیدروژن در ترکیب گاز سنتز نشان میدهد. شکل 2 جریان انرژی در راکتور گازی ساز یی جدول. ترکیب گاز سنتز تولید شده در مراحل مختلف فرایند کسر مولی گاز سنتز )%( گاز سنتز گازی سازی گاز پیرولیز خروجی زغال 686.2 1.682 0.6.0 0.66. 86882 1.69. 116.8 666.. 06 868. 86882 2681 86889 096.. ناچیز ناچیز 8689. 8 ناچیز 8688. 8 86881 8680 8 8682 868 8.672 86.6 8.690 ناچیز 8 ناچیز 8 8 ناچیز 8 86886 8 8 86.1 8 8 86881 8 86666 76.2.617 عنصر H2 H2O CO CO2 CH4 C2H4 C2H6 COS H2S N2 NO NO2 C10H8 شکل 7 تأثیر تزریق کربن دیاکسید بر تولید کربن مونواکسید شکل 08 اثر تزریق کربن دیاکسید بر تولید هیدروژن تزریق کربن دیاکسید به راکتور سبب میشود تا در شرایط دمایی ثابت با افزایش غلظت این عنصر واکنش تعادلی شیفت آبگاز )رابطه )08(( به سمت چپ جابجا درنتیجه شده و از غلظت هیدروژن کاسته و مقدار آب و کربن مونواکسید افزایش یابد. افزایش غلظت این عنصر همچنین سبب جابجایی واکنش تعادلی رفورمینگ خشک )رابطه )00(( به سمت راست و تولید کربن مونو اکسید و PYRE N PHEN AN مقدار گاز )kmol(
28 هیدروژن میشود. این واکنشها گرماگیر بوده و باعث کاهش دما میشود بنابراین افزایش بیشتر این عنصر سبب میگردد تا واکنش بودوآرد )رابطه )08(( رفورکینگ بخار هیدروکربنهای سبک و متان )روابط )01( و )06(( در جهت چپ که گرماده است جابجا شده و از میزان هیدروژن و کربن مونواکسید کاسته و کمی به غلظت متان افزوده گردد. 2 2 2 ( MJ CO+H O CO + H 41 ) )08( kmol m CnH m +n CO2 H 2 +2n CO )00( 2 MJ C+CO2 2 CO (+172 ) )08( kmol m CnH m +n H2O n+ H 2+n CO )01( 2 4 2 2 ( MJ CH +H O CO+3H + 206 ) )06( kmol در شرایط پایا تزریق کربن دیاکسید به راکتور سبب بروز واکنشهایی میشود که غلظت دو عنصر اصلی گاز سنتز )هیدروژن و کربن مونواکسید( و درنتیجه ارزش حرارتی گاز کاهش یابد شکل ) 00 ( بنابراین باید انرژی بیشتری از طریق وارد سیستم شود تا واکنشها به سمت مطلوب جابجا گردد. تزریق بخار و شکل 08 مقدار تبدیل کربن دیاکسید تزریق شده تزریق بخار به راکتور سبب باال دما میشود واکنشهای رفورمینگ متان و سایر هیدروکربنهای سبک )رابطه )01( ))06( و آبگاز ناهمگن ).0(( )رابطه که گرماگیر هستند با افزایش غلظت بخار و حرارت همراه آن به سمت تولید بیشتر کربن مونواکسید و هیدروژن جابجا شده و بازده گازی سازی بهبود یابد. مقدار بهینه توصیه شده برای تزریق بخار حدود %80 جرم پسماند ورودی است. شکلهای )01( و )06( نشان میدهد هنگامی که جرم پسماند ورودی 188 کیلوگرم است مقدار بهینه بخار برای آمدن به دست بیشترین کسر مولی کربن مونو اکسید و هیدروژن در گاز سنتز 1. کیلوگرم )بین 1 تا.16 کیلو مول( است. 2 2 (+ MJ C+H O CO+H 131 ) kmol )0.( شکل 01 اثر تزریق بخار با دمای باال بر تولید کربن مونواکسید شکل 00 اثر تزریق کربن دیاکسید بر ارزش حرارتی گاز سنتز در حالت کلی در اثر تزریق کربن دیاکسید به راکتور %79 تا.%726 از مقدار کربن دیاکسید تزریق شده به راکتور در فرایند گازی سازی وارد واکنش و تبدیل شده و از مقدار آن در خروجی کم میشود شکل )08(. شکل 06 اثر تزریق بخار با دمای باال بر تولید هیدروژن
در صورت ثابت بودن تمام پارامترهای ورودی مدل تزریق مقدار مناسب بخار به دلیل فراهم کردن حرارت الزم سبب شرکت رطوبت پسماند در واکنشهای گازی سازی )رفورمینگ بخار متان و آبگاز( شده و از مقدار رطوبت گاز سنتز خروجی خواهد کاست شکل ).0(. همانطور که در شکل ).0( دیده میشود با افزایش بخار به بیش از مقدار بهینه انرژی ی ورودی به راکتور برای حفظ مشارکت بخار در واکنشهای گازی سازی و جلوگیری از افزایش رطوبت گاز سنتز باید افزایش یابد. شکل 09 تأثیر دمای پیرولیز بر شکلگیری پیرن شکل 02 تأثیر دمای پیرولیز بر شکلگیری نفتالن 9 مدل تولید همزمان شکل.0 اثر تزریق بخار با دمای باال بر محتوای رطوبت گاز سنتز 38 دمای پیرولیز برای بررسی تأثیر دمای پیرولیز بر مقدار قطران شکل گرفته در گاز پیرولیز دمای پیرولیز از 88. تا 0888 تغییر داده شد. نتایج حاصل شده در شکلهای )0.( )09( و )02( نمایش داده شده است. مشاهده میشود با افزایش دمای پیرولیز مقدار نفتالن پیرن و فنانترن در گاز پیرولیز افزایش یافته و روند آن کامال مطابق با نمودار محصوالت ثالثیه در شکل ).( است. شکل.0 تأثیر دمای پیرولیز بر شکلگیری فنانترن در شبیهسازی مدل تولید توان هم زمان و گازی سازی یی گاز سنتز بعد از خروج از راکتور ابتدا وارد واحد بازیافت حرارت شده و حرارت الزم را برای تولید بخار جهت تزریق به راکتور گازی ساز تأمین میکند. سپس گاز با عبور از مبدل حرارتی بعدی خنک شده و برای ورود به واحد پاالیش آماده میشود. حرارت تولید شده در این مرحله برای پیش گرم کردن هوای تزریقی به محفظه احتراق توربین گاز استفاده میشود. در فرایند پاالیش ذرات جامد گازهای اسیدی و بخار آب از گاز جدا شده تا برای استفاده در توربین گاز آماده شود. در مرحله بعد گاز وارد محفظه احتراق میشود گاز حاصل از احتراق ابتدا وارد توربین گاز شده و پس از خروج از آن وارد واحد بازیافت حرارت میشود تا بخار فوق گرم را برای تزریق به توربین بخار فراهم میکند. بخار فوق گرم بعد از خروج از توربین بخار فشار برگشتی در پایان وارد توربین چگالشی میشود. مدل مفهومی سیکل تولید توان در شکل )07( نشان داده شده است.
سازی فرایند %7.69 است. با در نظر گرفتن مرز حول راکتور گازی ساز یی بازده قانون دوم فرایند گازی سازی با تقسیم اکسرژی محصول اصلی بهدستآمده در فرایند گازی سازی گاز سنتز ).006688. میلیون ژول( بر مجموع اکسرژی ورودی )عوامل گازی سازی( به راکتور گازی ساز شامل پسماند بخار و الکتریسیته )8616.97. میلیون ژول( برابر با %266.8 خواهد بود. نتیجه نشان میدهد که بیشترین اکسرژی ورودی شامل اکسرژی شیمیایی پسماند است و اکسرژی بخار و الکتریسیته در برابر آن خیلی کم بوده و تأثیر قابل توجهی در بازده اکسرژی گازی سازی ندارد. 11 نتیجهگیری شکل 07 مدل مفهومی سیکل ترکیبی تولید توان نتایج مدل نشان میدهد با تزریق کیلوگرم پسماند 188 جامد شهری 8. کیلوگرم هوا بهعنوان گاز و تزریق 1. کیلوگرم بخارآب با دمای 0888 به راکتور گازی ساز یی 1996.6 کیلوگرم گاز سنتز با دمای 22869 به دست خواهد آمد. برای محاسبه بازده انرژی گازی سازی مرز سیستم را حول راکتور گازی ساز تعریف کرده و جریانهای انرژی ورودی و خروجی از آن را در نظر میگیریم. ارزش حرارتی پسماند ورودی به راکتور پسماند معادل 0961. 066.62 میلیون ژول به ازا هر کیلوگرم کیلووات است. انرژی مصرفی مشعل 08269 کیلووات و انرژی مصرفی برای تولید بخار.6868 کیلووات است. نتیجه محاسبه بازده سرد گازی مجموع توان کیلووات با آمده در بدست در سیکل توربین گاز و واحد تولید توان.1261( 022628 در کیلووات سیکل بخار( مدل شبیهسازی شده 989608 کیلووات است. %78 بازده فرض برای ژنراتور و مصرف کیلووات 086 ساعت انرژی در واحد پاکسازی و کندانسور گاز سنتز توان خالص تولیدی 8660.. کیلووات خواهد بود. ارزش حرارتی گاز سنتز تولید شده در راکتور گازی ساز یی که به سیستم تولید توان وارد میشود میلیون ژول یا 6262.016.6 کیلووات است. با تقسیم مجموع توان تولید شده در سیکل توربین بازده سیکل %68629 خواهد شد. گاز و بخار بر ارزش حرارتی گاز سنتز نتایج مدلسازی نشان میدهد فناوری گازی ساز یی از جمله فناوریهای پاک در زمینه تولید انرژی بوده و گاز سنتز عاری از قطرانی است که در فرایندهای پای نی سبب مشکل میشود. همچنین گاز خروجی دستی حاصل از احتراق گاز سنتز تولید در سیکل تولید توان حاوی 8680 وزنی کربن دیاکسید یا به ازا هر مگاوات تولید الکتریسیته تن است..86 حدود که با نتایج تجربی و آمارهای ارائه شده نزدیک است. این امر سبب شده تا این فناوری بعد از گاز طبیعی مقدار انتشار کربن باشد. مراجع کمتری داشته دیاکسید [1] "Review of Technologies for Gasification of Biomass and Wastes". (June 2009). A project funded by DECC, project managed by NNFCC and conducted by E4Tech.
[2] "Plasma Gasification: an Examination of the Health, Safety and Environmental Records of Established Facilities". (June 7, 2010). Prepared by Dovetail Partners, INC. [3] Westinghouse Plasma Corp. "Complete Conversion of Carbon to CO2, MSW Material and Heat Balance". [4] EPA Document: www.epa.gov/cleanenergy/emissions.htm [5] E. Gom ez, D. Amutha Rani, C.R. Cheeseman, D.Deegan, M.Wise, A.R. Boccaccini. (2009). "Thermal plasma technology for the treatment of wastes: A critical review". Journal of Hazardous Materials 161,614 626. [6] Vitas Valinčius, Viktorija Grigaitienė, Andrius Tamoši ūnas. (2012). "Report on the different Plasma Modules for Pollution Removal". Prepared by PlasTEP partner 8, Lithuanian Energy Institute, Lithuania. [7] Youngchul Byun, Moohyun Cho, SoonMo Hwang and Jaewoo Chung. "Thermal Plasma Gasification of Municipal Solid Waste (MSW)". http://dx.doi.org/10.5772/48537 [8] Isam Janajreh, Syed Shabbar Raza, Arnar Snaer Valmundsson. (2012). "Plasma gasification process: Modeling, simulation and comparison with conventional air gasification". Energy Conversion and Management. [9] A. Mountouris, E. Voutsas, Tassios. (2006). "Solid waste plasma gasification: Equil ibrium model development and exergy analysis". Energy Conversion and Management 47, p1723 1737. [10] Qinglin Zhang.(2011). "Mathematical modeling of municipal solid waste plasma gasification in a fixed bed melting reactor". Royal Institute of Technology School of Industrial Engineering and Management, Department of Material Science and Engineering Division of Energy and Furnace Technology, Sweden; Stockholm. [11] T.A. Milne, R.J. Evans, N.Abatzoglou. (1998). "Biomass Gasifier Tars : Their Nature, Formation and Conversion". National Renewable Energy Laboratory, NREL/TP 570 25357. [12] Arena, U. (2012). "Process and technological aspects of municipal solid waste gasification. A review". Waste Management 32, p. 625 639 [13] Qinglin Zhang, Liran Dor, Weihong Yang, Wlodzimierz Blasiak. "Properties and optimizing of a plasma gasification & melting process of municipal solid waste". [14] "the Alter NRG/Westinghouse Plasma Gasification process". (2008). Independent Waste Technology Report [15] Qinglin Zhang, Yueshi Wu, Liran Dor, Weihong Yang, Wlodzimierz Blasiak. (2013). "A thermodynamic analysis of solid waste gasification in the Plasma Gasification Melting". Applied Energy 112, 405 413.