Post on 05-Dec-2014
description
Termoenergetska analiza procesa
Mašinski fakultet TuzlaTermoenergetska analiza procesa
Projektni zadatak
Parno termoenergetsko postrojenje za istovremenu proizvodnju toplotne i električne energije-optimizacija radnih parametara i
elemenata pri kogeneraciji
Tuzla,april,2013 Selimovic Lejla
Mašinski fakultet Tuzla Page 1
Termoenergetska analiza procesa
a) Šema parnog termoenergetskog postrojenja sa kogeneracijom
Sl.1 Šema parnog termoenergetskog postrojenja sa kogeneracijom
Legenda za šemu termoenergetskog postrojenja:
VT – visokotlačni dio turbineST – srednjetlačni dio turbineNT – niskotlačni dio turbineVTZ – visokotlačni zagrijačSTZ – srednjetlačni zagrijačNTZ – niskotlačni zagrijačNP – napojna pumpaPP – pregrijač pareMPP – međupregrijač pareG – generatorK– kondenzator
Mašinski fakultet Tuzla Page 2
Termoenergetska analiza procesa
b) ciklus predstavljen u i-s dijagramu
Sl.2 ciklus predstavljen u i-s dijagramu
Napomena:
Na skici su prikazana samo stanja postrojenja, dok su prave vrijednosti temperatuta, pritisaka i entalpija prikazane u priloženom i-s dijagramu.
Mašinski fakultet Tuzla Page 3
Termoenergetska analiza procesa
c) Maseni bilans kotla, dijelova turbine, regeneretivnih zagrijača i toplotnih podstanica:
Maseni bilans kotla:
D=590th=163,89
kgs
Maseni bilans VT dijela turbine:
m1=D−Dmp=590−390=200th=55,56kg /s
Maseni bilans ST dijela turbine:
Dmp=390th=108,33
kgs
Dntul¿Dmp−m2
m2 je10 %od D=¿ m2=16,39kg /s
Dntul=91,94kgs
Maseni bilans NT dijela turbine:
Dntul=m3+m4+Dntiz=¿Dntiz=Dntul−m3−m4
m3 je 9 %od D=¿ m3=14,75 kg/ sm4 je 8 % od D=¿ m4=13,11 kg/ s
Dntiz=64,08kgs
Komentar :
U prethodnom postupku je proračunato koliko je od ukupne mase kotla predato na visokotlačnu, srednjetlačnu i niskotlačnu turbine, i proračunat je maseni bilans kotla. Vršimo optimizaciju oduzimanja, pri usvajanju vrijednosti masenih protoka moramo uzeti u obzir da toplotne podstanice služe svojoj svrsi(zadovoljavaju traženu toplotnu snagu), da imamo uravnotežen porast entalpija iza pojedinih regenerativnih zagrijača i da je napojna voda dovoljno zagrijana nakon zagrijača. Uvažavajući sve ovo i nakon iteriranja usvajamo da su maseni protoci svih oduzimanja navedeni pod tačkom d).
Mašinski fakultet Tuzla Page 4
Termoenergetska analiza procesa
Stepeni iskorištenja na turbinama:
ηVT=0,92 - stepen iskorištenja na visokotlačnom dijelu turbine
ηST=0,94 - stepen iskorištenja na srednjetlačnom dijelu turbine
ηNT=0,93 - stepen iskorištenja na niskotlačnom dijelu turbine
Određivanje parametara pare u turbinskom kolu
Tabela 1 Padovi na visokotlačnoj turbini
Pritisak na
ulazu Temperatura Entalpija
Redni broj radnog kola adijabatski adijabatski
VT (bar ) (°C) (kJ/kg)
turbina 116 535 3480
I stupanj 3360
II stupanj 3240-odvajanje za TP3
- III stupanj 3120
Tabela 2 Padovi na srednjotlačnoj turbini
Pritisak na
ulazu Temperatura Entalpija
Redni broj radnog kola adijabatski adijabatski
ST (bar ) (°C) (kJ/kg)
turbina 30 535 3540
I stupanj 3420-odvajanje za TP2
II stupanj 3330
Mašinski fakultet Tuzla Page 5
Termoenergetska analiza procesa
Tabela 3 Padovi na niskotlačnoj turbini
Pritisak na
ulazu Temperatura Entalpija
Redni broj radnog kola (adijabatski) adijabatski
(bar ) (°C) (kJ/kg)
I 7 240 2945
NT
akcioni II 3 220 2905
turbina
reakcioni I 1 200 2914
II 0,5 2310-za TP1
III 0,13 2190
IV 0,08 2140
Mašinski fakultet Tuzla Page 6
TP3
TP2
'
Termoenergetska analiza procesa
Maseni bilas toplotnih podstanica
Toplotna podstanica TP3:
Snagu od 28 MW smo podijeli na 3 podstanice:
Toplotna podstanica TP2:
Mašinski fakultet Tuzla Page 7
NTp3=(m3+m4 ) (i3−i'3 )=10MW
mwTp 3=NTp1
4200 ∙(twiz−twul)=63,64
th
(twiz−twul )=30 °C
i3i3
NTp2=(m2 )( i2−i'2 )=10MW
mwTp 2=NT p2
4200 ∙(twiz−twul)=79,55kg /s
TP1
'
Termoenergetska analiza procesa
Toplotna podstanica TP1:
Mašinski fakultet Tuzla Page 8
NTp1=(m2 )( i2−i'2 )=8MW
mwTp 1=N Tp1
4200 ∙(twiz−twul)=79,55kg /s
'
NTZ1
Termoenergetska analiza procesa
Određivanje nepoznatih parametara na NTZ i VTZ:
Određivanje nepoznatih parametara na NTZ1:
Radi se o niskootlačnom zagrijaču, izmjenjivaču toplote mješajućeg tipa, pa se postavlja bilans mase i energije prema šemi:
Bilans mase:
m5=m1+mk+m4=132,75kgs
Bilans energije:
m5i 4 ,=m1,i1 ' '+mk ik'+m3i 4'
i4=m1 ,i1 ' '+mk ik'+m3i4 '
m5
i4=469,63kJkg
Mašinski fakultet Tuzla Page 9
mk=64,08kgs
ik' =121,38
kJkg
za Pk=0,04b i
tz=28,97° C
m5=m1+mk+m4=132,75kgs
i1 ' '=924,05kJkg
, za Pnv=125b,
t=210°C,zadato
'
NTZ2
Termoenergetska analiza procesa
Određivanje nepoznatih parametara na NTZ2:
Radi se o niskootlačnom zagrijaču, izmjenjivaču toplote mješajućeg tipa, pa se postavlja bilans mase i energije prema šemi:
Bilans mase:
D=m5 + m4 +m2=162,25 kgs
Bilans energije:
D,i5 ,=m2,i2 ' '+m4 i3' + i4 ,m5
i5=m2 , i2 ' '+m4i3
' +i4 , m5
D
i5=526,15kJkg
Mašinski fakultet Tuzla Page 10
m5=132,75kgs
i4=469,63kJkg
m4=13,11kgs
i3 '=490,7kJkg
m2=16,39kgs
i ' ' 2=769,3kJkg
-za Pnv=125b,
t=180°C,usvojili smo da temp raste za 30 °C u zagrijacima
,
NTZ3
,
Termoenergetska analiza procesa
Određivanje nepoznatih parametara na NTZ3:
Radi se o niskotlačnom zagrijaču, izmjenjivaču toplote površinskog tipa, pa se postavlja bilans mase i energije prema šemi:
Bilans energije:
D(i6−i5)=¿=m2,¿¿)
i6=m2 ,( i¿¿2'−i2
' ')+D i5D
¿
i5=728,08kJkg
Mašinski fakultet Tuzla Page 11
m2=16,39kgs
i2 '=2003kJkg
D=162,25 kgs
i5=526,15kJkg
i2' '=769,3
kJkg
,
VTZ1
,
Termoenergetska analiza procesa
Određivanje nepoznatih parametara na VTZ1:
Radi se o visokotlačnom zagrijaču, izmjenjivaču toplote površinskog tipa, pa se postavlja bilans mase i energije prema šemi:
Bilans energije:
D(i7−i6)=¿=m1,¿¿)
i7=m1 ,(i¿¿1'−i1
' ')+D i6D
¿
i5=1096,5kJkg
Mašinski fakultet Tuzla Page 12
m1=55,56kgs
i1 '=2003kJkg
D=162,25 kgs
i6=728,08kJkg
i1' '=924,05
kJkg
Termoenergetska analiza procesa
Analiza porasta entalpije za pojedine zagrijače:
U idealnom slučaju porast entalpije u svakom izmjenjivaču,za naš slučaj, trebao bi iznositi:
Δi=i7−i 'kn
≈243 ,78kJkg
n – broj izmjenjivača
U našem slučaju porast entalpije će biti:
ΔiNTZ 1=i4−ik '=378 ,25kJkg
ΔiNTZ 2= i5−i4=26 ,52kJkg
ΔiNTZ 3=i6−i5=201 ,93kJkg
ΔiVTZ 1=i7−i6=368 ,42kJkg
Komentar
Iz analize porasta entalpije za svaki pojedini zagrijač vidimo da nemamo uravnotežen porast entalpije po pojedinom regenerativnim zagrijačima.
Optimizacijom postrojenja se teži da se entalpija nakon posljednjeg regenerativnog zagrijača
približi entalpiji napojne vode zadate projektnim zadatkom i1 ' '=924,05kJkg
, u tom smislu je
bilo potrebno sniziti entalpije oduzimanja na ulasku u regenerativne zagrijače. To se postiglo postavljanjem toplotnih podstanica na svako oduzimanja sa pojedinih dijelova turbine. Rezulatat toga se dobila entalpija koja je približno jednaka entalpiji zadatoj u projektnom zadatku, posljedica toga su tri toplotne podstanice, ukupne snage NTP= 28 MW. Prva i druga toplotna podstanica su veće snage i mogu se koristiti za zagrijavanje naselja blizu ovog TE postrojenja, dok se treca toplotna podstanica može koristiti za vlastite potrebe.
Mašinski fakultet Tuzla Page 13
Termoenergetska analiza procesa
d) Optimiranje termoenergetskog postrojenja, definiranje nepoznatih parametara:
Parametri i karakteristike bloka su:
- Svježa para: D=340 t/h, ps=116 bar, ts=535 ˚C, is=3403 kJ/kg
- Para nakon ekspanzije u VT dijelu turbine:p1=30 bar, t1=350˚C, m1=200 t/h,
- Međupregrijana para: Dmp=390t /h , pmp=30bar, tmp=535ºC
- Para na izlazu iz ST dijela turbine: pNT= 8bar, m2=¿16,39 kg/s, tNT=350˚C
- Maseni protok oduzimanja:p3= p4= 0,5 bar , m3 + m4=27,86 kg/s, t3= t4= 150˚C
- Para na izlazu iz NT dijela turbine (ulaz u kondenzator): pk=0.08 bar, (1-x)=0,13
Komentar:
Na osnovu poznatih parametara radnog medija za određeno stanje se iz i-s dijagrama za vodenu paru i tablica za vodu određuju entalpije, zatim vršimo optimiziranje odnosno definisanje nepoznatih parametara oduzimanja sa turbine, parametre radnih medija na toplotnoj podstanici računamo tako što postavljamo maseni bilans i time računamo snagu toplotnih podstanica, u obzir smo uzimali ulazne podatke iz Tabele 1, i pomoću iteriranja došli smo do masenih protoka na regenerativnim zagrijačima.
Mašinski fakultet Tuzla Page 14
Termoenergetska analiza procesa
e) Određivanje ukupne bruto i neto snage bloka N=N e+N t ako je vlastita potrošnja bloka 7,5%, dovedene Qdov i odvedene Qodv toplote u ciklusu
Ukupna ostvarena el. snaga na vratilu turbini je:
N=N VT+NST+N NT ;[MW ]
Snaga na visokotlačnom dijelu turbine NVT :
NVT=D (is−i1 )=59000kW
NVT=59 MW
Snaga na srednjetlačnom dijelu turbine NST:
NST=Dmp (impiz−iNT )=64456,35kW
NST= 64,46 MW
Snaga na niskotlačnom dijelu turbine N NT:
N NT=¿¿ kW
N NT= 59,9 MW
Ukupna ostvarena el. snaga na vratilu turbine je :
N el=Ng ¿NVT+N ST+N NT=183,36 MW
Ukupna dovedena toplota u ciklusu je:
Qdov=D (is−i8 )+Dmp(imp−i2❑)
Qdov=432274,32 kW=432,22 MW
Ukupna odvedena toplotaQodv u ciklusu je:
Qodv=mk (ik−ik' )= 129353,17kW
Qodv =129,35 MW
Mašinski fakultet Tuzla Page 15
Termoenergetska analiza procesa
Bruto i neto snage bloka:
N el=Ng ¿NVT+N ST+N NT=183,36 MW
N el−vl=0,075∙ N el=13,75MW
Nbln=Nblb−N el−vl=169,61MW
f) Određivanje bruto i neto stepena korisnosti postrojenja, potrošnje goriva na pragu kotla i specifičnu potrošnju pare:
Bruto stepen korisnosti:
ηthb=Nd
QdoV
=0,42=42 %
Neto stepen korisnosti:
ηthb=N bln
QdoV
=0,4=40 %
Ovo je visoka vrijednost stepena korisnosti za kondenzaciono-toplifikaciono parno termoenergetsko postrojenje, iako smo sve procese u dijelovim postrojenja smatrali realnim, ipak u obzir nisu uzeti razni faktori koji bi znatno uticali ovo stepena iskorištenja, zaprljane površina, dotrajalost opreme, osobine fluida, izolaciona svojstva.
Potrošnja uglja na pragu kotla B1:
B1=Qdov
ηk H d
=40,2kgs
=144th
ηk=0,885 , H d=12500 kJ / kg-zadano
S obzirom na ostvarenu snagu na turbini potrošnja goriva je mala, ali ako uzmemo u obzir gore navedena uprošćenja, stvarna potrošnja bi se povećala.
Specifična potrošnja pare:
l=(i¿¿ s−i1) ∙ ηVT+(i¿¿mp−i2)∙ ηST+(i¿¿NT−ik) ∙ ηNT ¿¿¿
l=1305,45kJkg
m p=1l= 1
1305=0,00076
kgkJ
Mašinski fakultet Tuzla Page 16
Termoenergetska analiza procesa
Komentar:
Ovo je visoka vrijednost što se tiče neto stepena korisnosti za parno termoenergetsko postrojenje, iako smo sve procese u dijelovim postrojenja smatrali realnim, ipak u obzir nisu uzeti razni faktori koji bi znatno uticali ovo stepena iskorištenja, zaprljane površina, dotrajalost opreme, osobine fluida, izolaciona svojstva. S obzirom na ostvarenu snagu na turbini potrošnja goriva je mala, ali ako uzmemo u obzir gore navedena uproštenja, stvarna potrošnja bi se znatno povećala.
g) Cijena toplotne energije KM/MWht:
NST−NT=N ST+N NT¿ m1 (imp−ik )+m2 (iNT−ik )+ ˙(m¿¿3 ˙+m4) (i3−ik )=95,77 kW ¿¿
N τ=NST−NT ∙ τ ∙30=4,3GWh
τ=15h -ako se pretpostavi da se grijanje tokom dana koristi 15 sati, ujutro od 6 do 21 sat uveče.
Cijena te el. energije je:
A=N τ ∙C e=430000KM odnosno 15%
B=0,5 ∙ A=0,5∙ N τ ∙C e=215000KM
h) Određivanje masenog i toplotnog bilansa hladnog kraja bloka (kondezatora-K) :
Prema priloženoj shemi urađen je bilans mase i energije
mk=64,08kgs
ik=2140kJkg, ik' =121,38
kJkg,∆ tw=30 °C
Bilans enrgije:
Qdov=mk ik
Qodv=mw ·cw (twizl−twul )
mw=1029,06kgs
Komentar:
Mašinski fakultet Tuzla Page 17
Termoenergetska analiza procesa
Količina rashladne vode koja mora da protiče kroz kondenzator da bi dobili tečnu fazu
odgovarajuće temperature iza kondenzatora je izuzetno velika, što za posljedicu ima velike
dimenzije samog kondenzatora.
Mašinski fakultet Tuzla Page 18