یکی از این صنایع، صنایع فولادی می­باشد که در واحد احیاء بخش مهمی از انرژی به محیط هدر می‌رود که می‌توان با استفاده از سامانه­های تولید همزمان توان/برودت از این اتلاف حرارتی حداکثر استفاده شده و بخشی از این حرارت را صرف تولید توان و تامین نیاز سرمایشی نمود [۲].

توصیف سامانه

تولید آهن اسفنجی ((DRI به روش میدرکس به‌ عنوان پر استفاده‌­ترین روش­های تولید آهن اسفنجی در ایران و جهان شناخته شده است. در این روش، گاز طبیعی وارد واحد شکست گاز می‌­شود، سپس بر اثر حرارت وارد شده و کاتالیست‌ های مخصوص، به هیدروژن و کربن تبدیل می‌­شود.

در ادامه هیدروژن و کربن، در کوره­ای که کوره احیا نام دارد، وارد شده و با اکسیژن گندله سنگ آهن ترکیب می­شود و باعث احیای سنگ آهن خواهد شد. این روش به عنوان کم مصرف‌ ترین و پر بازده‌ ترین روش­ها در ایران و جهان شناخته می­شود.

حدود ۸۰ درصد از آهن اسفنجی ایران، به این روش تولید شده است. محصول­های احتراق خروجی رکوپراتور دارای ظرفیت بسیار مناسبی برای بازیابی انرژی هستند که در مقاله حاضر از انرژی این محصول­ها جهت تامین نیاز سامانه انرژی استفاده می‌شود.

در شکل ۱ شماتیک سیکل تبرید اجکتوری آبشاری با سیکل رانکین آلی پایه نشان داده شده که با تلفیق سه سیکل ذکر شده علاوه بر تولید توان در دو سطح فشاری برودت تولید می‌شود که یکی برای تهویه مطبوع و دیگری برای سرمایش مورد استفاده قرار می‌گیرد.

معادلات حاکم :

معادلات ترمودینامیکی

موازنه کلی جرم را می­توان به‌صورت زیر بیان کرد [۳] :

موازنه کلی انرژی را با صرف‌نظر کردن از انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل می­توان به‌صورت زیر بیان کرد [۳]:

روابط فوق قایل تعمیم به تمام زیرمجموعه‌های سیستم است که به دلیل اجتناب از طولانی‌شدن از ذکر آن صرف نظر گردیده است.

شکل ۱- تلفیق سیکل تبرید اجکتوری آبشاری با سیکل رانکین آلی

شکل ۱- تلفیق سیکل تبرید اجکتوری آبشاری با سیکل رانکین آلی

نتایج کلی:

در این مقاله با استفاده از حرارت اتلافی یک واحد احیای آهن اسفنجی به روش میدرکس به عنوان منبع انرژی، به بررسی سامانه تولید همزمان توان و برودت به منظور تولید همزمان توان و برودت در دو سطح فشاری پرداخته می‌شود. اساس تلفیق این سیکل‌ها بر اساس گرمای اتلافی کندانسور سیکل بالادستی به منظور مولد سیکل پایین‌دستی است که ترکیبی ابتکاری محسوب می‌شود.

اهم نتایج بدست آمده به قرار زیر است:

مقدار توان خالص خروجی سامانه و مقدار برودت تولیدی اواپراتورهای ۱ و ۲ به ترتیب ۸۵/۴۷، ۱۹/۵۳ و ۳۴/۴۸ کیلووات محاسبه گردید.

ضریب عملکرد سیکل تبرید، بازده سیکل رانکین آلی و سیکل تولید همزمان به ترتیب ۴۵۲/۰، ۲۷/۱۷ درصد و ۲۹/۵۰ درصد گزارش گردید.

با افزایش دمای کندانسور و افزایش اتلاف حرارتی به محیط بازده کلی سیکل کاهش پیدا می‌کند.

افزایش فشار ژنراتور موجب افزایش بازده سیکل‌ه خواهد شد.

با افزایش دمای اواپراتور، مقدار بازده انرژی کل سیکل به مقدار کمی کاهش می‌یابد.