مقایسهی چرخه آلی رانکین (ORC) و چرخه بخار رانکین (SRC) در سیستمهای WHR
مقایسهی چرخهی آلی رانکین (ORC) و چرخهی بخار رانکین (SRC) در سیستمهای بازیافت حرارت هدررفته (WHR)
بازیافت حرارت هدررفته (WHR) بهعنوان یکی از راهکارهای کلیدی در بهبود بازدهی انرژی و کاهش آلایندههای زیستمحیطی شناخته میشود. در این حوزه، دو فناوری پرکاربرد عبارتاند از چرخهی رانکین آلی (ORC) و چرخهی رانکین بخار (SRC). مقاله حاضر به بررسی اصول عملکرد، مزایا، محدودیتها و زمینههای کاربرد هر یک از این دو روش پرداخته و مقایسهای جامع میان آنها ارائه میدهد.
در صنایع مختلف (نیروگاهها، پالایشگاهها، صنایع سیمان و فولاد)، مقادیر عظیمی از حرارت بهصورت گازهای خروجی یا انرژی اتلافی آزاد میشود. استفاده از سیستمهای WHR امکان تبدیل این انرژی اتلافی به برق یا حرارت مفید را فراهم میسازد. دو فناوری غالب در این زمینه ORC و SRC هستند که با وجود شباهت در ساختار کلی، تفاوتهای اساسی در سیال کاری، شرایط عملیاتی و کارایی دارند.
اصول عملکرد دو چرخه
چرخهی بخار رانکین (SRC)
سیال کاری: آب/بخار
محدودهی دما: دماهای بالا (معمولاً بالاتر از ۳۰۰°C)
مکانیزم: آب در بویلر تبخیر شده، وارد توربین بخار میشود و پس از انبساط، در کندانسور به آب تبدیل شده و چرخه تکرار میشود.
ویژگیها: تکنولوژی جاافتاده، کارایی بالا در بار کامل، مناسب برای صنایع با دمای بالای گاز خروجی.
چرخهی رانکین آلی (ORC)
سیال کاری: سیالات آلی (هیدروکربنها، سیلیکونها یا مبردهای خاص)
محدودهی دما: مناسب برای منابع حرارتی با دمای پایین تا متوسط (۸۰–۳۰۰°C)
مکانیزم: مشابه چرخهی رانکین، با این تفاوت که بهجای آب از سیالات آلی با نقطه جوش پایین استفاده میشود که امکان بازیافت انرژی از منابع کمدما را فراهم میکند.
ویژگیها: قابلیت کار در بار جزئی، کاهش پیچیدگی سیستم، نیاز کمتر به تجهیزات جانبی.
مقایسه ی (ORC) و (SRC)
| ویژگی | چرخه بخار رانکین (SRC) | چرخه آلی رانکین (ORC) |
|---|---|---|
| سیال کاری | آب/بخار | سیالات آلی (ایزوپنتان، تولوئن، R245fa و غیره) |
| راندمان در دما پایین | ضعیف | بسیار خوب |
| محدوده دمای منبع حرارتی | بالاتر از ۳۰۰°C | ۸۰–۳۰۰°C |
| هزینه سرمایهگذاری اولیه | معمولاً کمتر (در دماهای بالا) | بیشتر (بهدلیل سیالات و تجهیزات خاص) |
| پیچیدگی عملیاتی | نیاز به دیگ بخار و سیستمهای کمکی | سادهتر و فشردهتر |
| کاربردها | نیروگاههای حرارتی، صنایع فولاد و سیمان، پتروشیمی | نیروگاههای زمینگرمایی، صنایع با حرارت اتلافی متوسط و پایین، موتورهای احتراقی و توربینهای گاز کوچک |
| دوام و ایمنی | شناختهشده و پایدار | وابسته به نوع سیال، حساسیت زیستمحیطی ممکن است مطرح شود |
کاربردهای صنعتی
SRC: در نیروگاههای حرارتی بزرگ و صنایعی با گازهای خروجی بسیار داغ (فولاد، سیمان، پالایشگاهها).
ORC: در منابع زمینگرمایی کمدما، نیروگاههای زیستتوده، و WHR موتورهای احتراقی و توربینهای گازی کوچک.
نتیجهگیری
انتخاب میان ORC و SRC وابسته به دمای منبع حرارتی، شرایط عملیاتی، هزینه سرمایهگذاری و اهداف بهرهبردار است. بهطور کلی:
برای منابع حرارتی با دمای بالا → SRC گزینه بهینه است.
برای منابع حرارتی با دمای پایین تا متوسط → ORC بهصرفهتر و کاراتر خواهد بود.