Download - Semestralni rad (1).doc
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
1/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
UNIVERZITET U TUZLIMašinski fakultetOdrživa energija i okolinaEnergetski sistemi i planiranje
SEMINARSKI RADENERGETSKI SISTEMI I !"NIR"N#E
I$ra%im &uri'&umanji' (uadOsman )ašim$egovi'*uji+i' Stevo
)alil ,mi%ani' - I./.OE011
2
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
2/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
. Sadržaj
3adatak 4a seminarski rad i4 predmeta Energetski sistemi i planiranje5555555555555555555555555555555555555555555555615 OIS &"NOG !INSKOG OSTRO#EN#" 7
. S%ema plinskog postrojenja5555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555558. T.S &ijagram5555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555/95 !INSKE T,R:INE ;
9515 ,*O& I OSNO*N" S)EM" !INSKE TERMOE!EKTR"NE5555555555555555555555555555555555;Slika 951 Moderna plinska tur$ina 4a proi4vodnju elektri+ne energije5 Ovo je General Ele snage sa 6/22 rpm ;Slika 959 Stepen korisnosti ovisno o tipu postrojenja ?
951515 linska TE sa otvorenim pro
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
3/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
- Popis slika
Slika 2.1. Moderna plinska tur$ina 4a proi4vodnju elektri+ne energije5 Ovo je General Ele snage sa 6/22 rpmSlika22 Stepen korisnosti ovisno o tipu postrojenjaSlika2! Osnovna s%ema postrojenja s plinskom tur$inomSlika2" kom$inirani
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
4/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
Uni*er+itet , T,+li
Ma-inski .ak,ltetMaster st,dij/dsjek0/drži*a energija i 1k1linaredmet0Energetski sistemi i planiranje
Zadatak za seminarski rad iz predmeta Energetskisistemi i planiranje
3r,pa I0 D,manji4 5,ad6Umi7ani4 8alil6/sman 8a-im9eg1*i46 V,ji:i4 Ste*16 I9ra7imD,ri4
otre$no je predstaviti plinski
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
5/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
( /IS DAN/3 LINSK/3 /STR/=EN=A
Naš 4adatak je da damo prora+un 4a plinsko postrojenje +iji je
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
6/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
, nastavku
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
7/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
. S7ema plinsk1g p1str1jenja
hK92=??K 99=8
hK12=??K 1?
hT2=@9
*R"TI!O
Tw11=283[K] mw=60[kg/s]
T w12=288[K]
T w21=283[K] mw=16,3[kg/s]
Tw22=313[K]
T 6 =700[K] p6 =1,5[bar]
T 1=293[K] p1=1[bar]; m =5[kg/s]
T 2=630[K] p2=8[bar]
T 3=380[K] p3=p2=8[bar]m =5[kg/s]
T !=57![K] p!=20[bar] T 5 =1350[K]
p5=20[bar] m =5[kg/s]
T "1=293[K] !" #
$$ @=2≈
K#m#ra asag#ri$%&a'$%
[ ] %& ' K( @=6=
"agri$a( raka[ ] %& ' )) @/=9= )m$%'$i&a( *#pli'%
[ ] %& ' !T ?@@/=6=
+%kp%ra*#r [ ] %& ' * ;/1=1=
-%la'$ak [ ] %& ' %+ 988=1=
#rig=0,08[kg/s]4
T "2=7!0[K]
T )1=1500[K] m ) =5,7[kg/s]
TI32?&&)@K
TIG9682 JKL
/
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
8/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
. TBS Dijagram
;
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
9/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
95 LINSKE TURCINE
2.1. ) S: S)SK< T
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
10/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
postrojenja sa gasnim tur$inama imaju takve te%nologije da pove'avaju stepen korisnosti naC/2 - /8D 5 Otprilike re
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
11/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
i to sa jednostavnim kružnim = dok je termi+ki stepen korisnosti i4nosio 6@=8
2(( linska TE sa 1t*1renim pr1es1m
, takvim termoelektranama pogonski strojevi generatora su plinske tur$ine5 Isprva suse plinske tur$ine gradile kao tur$ine s otvorenim pro
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
12/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
Slika2" kom$inirani
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
13/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
Taj 4rak preu4ima toplinu u i4mjenjiva
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
14/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
2.2. ST
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
15/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
Slika2& S%ema postrojenja s plinskom tur$inom i 4agrija+em 4raka K . kompresor= KI .komora 4a i4garanje= T .plinska tur$ina= 3 - 4agrija+ 4raka
Meutim= nije mogu'e iskoristiti svu toplinu i4la4ni% plinova= jer se i4la4ni plinovimogu koristiti 4a 4agrijavanje 4raka samo do temperature T 9 komprimiranog 4raka5 S drugestrane= stoga što je 4agrijan 4rak= potre$no je dovesti samo onu koli+inu goriva koja je
potre$na 4a 4agrijavanje 4raka od temperature T7 do T6 Cslika 95@5D5
Slika2' ro
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
16/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
stupnjeva5 Sniženjem temperature 4raka smanjuje se spe
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
17/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
Slika2(2 S%ema postrojenja s plinskom tur$inom s trostupanjskom kompresijom i strostupanjskom ekspan4ijom te sa 4agrijavanjem 4raka K1= K9= K6 . kompresori= KI1= KI9=
KI6 . komore 4a i4garanje= T1= T9= T6 . plinske tur$ine= 3 - 4agrija+ 4raka
Slika2(! ro
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
18/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
&ispo4i
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
19/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
9D i4gradnja parni% termoelektrana je skuplja CV91D i duže traje=6D troškovi goriva po jedini)SKB:+< T
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
20/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
Slika2($ Multi.s%aft
Slika2(% Single.s%aft
Kon
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
21/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
! TERM/DINAMIKI R/RAUN LINSK/3 /STR/=EN=A
3.1. T
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
22/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
Sve što vrijedi 4a prvi stupanj kompresije= jedna+ine C651D=C659D i C656D= istommetodologijom možemo odrediti temperaturu na i4la4u i4 kompresora dva CK 9D= pa vrijedi
( ) ( )756 555555555555555555555555555 IT1
967 κ
κ −
= K T
Te slijedi da je temperatura na i4la4u i4 kompresora dva CK 9D jednaka[ ] K T ;2=7@7I7 =
ritisak na i4la4u i4 kompresora dva CK 9D
[ ]bar p K p p
p K 2=92I
I697
6
79 =⋅=⇒
=
,svajamo da je pritisak konstantan na ula4u i i4la4u i4 i4mijenjiva+a topline[ ]bar p p 2=92I 87 ==
Temperatura na i4la4u i4 i4mijenjiva+a topline je dana 4adatkomT 5=150 [K]
ritisak na i4la4u i4 tur$ine= usvajamo P 3 =1,5 [bar]
Istom metodologijom do$ivamo temperaturu na i4la4u i4 tur$ine= jedna+ina C658D
( )856 555555555555555555555555555 T
1
8
I/8/I
κ
κ −
=
p
pT
Temperatura na i4la4u i4 tur$ine je[ ] K 28=/77T/I =
!(2 r1ra:,n ,tr1-en1g rada na k1mpres1r, +a adija9atsk1 sa9ijanje
3a kompresor K 1 utrošeni rad 4a adija$atsku kompresiju je
( ) ( )/56 555555555555555555555555555 .9
1
p
p
9.t1 ∫ = dp1l p
91
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
23/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
( ) ( );56 555555555555555555555555555 11
1
1
κ
κ
p
1 p1 p
⋅=
"ko uvrstimo jedna+inu C65;D u C65/D do$ivamo jedna+inu C15?D
⋅⋅
−⋅⋅
=−−
⋅⋅=
−+
⋅⋅=⋅=
−−
−−
−+−
∫ 1.1.11
..
1
1
I9
1
11
1
1
1
1
1
I91
1
1
11
1
1
1
p
p
1
1
1
19I.t1
9
1
9
1
κ
κ
κ
κ κ κ
κ
κ
κ
κ
κ
κ κ κ
κ
κ
κ
κ
κ
p
p p
1 p p p1 p
p1 pdp p1 pl
p
p
( )?56 555555555555555555555555555 11
.
11
.
1
1
I91
9I.t1
1
1
I911
9I.t1
−
⋅
−⋅⋅
=
−
⋅
−⋅⋅
=
−
−
κ
κ
κ
κ
κ
κ
κ
κ
p
pT *l
p
p1 pl
Te na osnovu jedna+ine C65?D= a so$4irom da je 4a 4rak R9?;J#0kgKL= slijedi da je
uloženi rad 4a sa$ijanje 4raka= 4a adija$atsku kompresiju 1.9
−=
k4
k5 l ?97=96?9I.t1
" re4ultat je negativan 4$og toga sto se radi o uloženom radu5 Na osnovu usvojenog
masenog protoka 8=2Jkg0sL do$ivamo
[ ] %5 6 1@7=19I.t1 −=
3a kompresor K 9 možemo istom analogijom= na osnovu i4ra4a C65@D možemo
i4ra+unati uloženi rad 4a adija$atsku kompresiju 6.7
( )@56 555555555555555555555555555 11
.
1
6
I76
7I.t6
−
⋅
−⋅⋅
=
−κ
κ
κ
κ
p
pT *l
−=
k4
k5 l 78?=1177I.t6
Na osnovu usvojenog masenog protoka 8=2 Jkg0sL do$ivamo[ ]k& 6 9@9=8;97I.t6 −=
!(! r1ra:,n d19i*en1g rada na t,r9ini +a adija9atsk, ekspan+ij,
Na osnovu gore i4vedene jedna+ine 4a adija$atski rad kompresora= možemo odrediti
do$iveni rad na tur$ini 4a adija$atsku ekspan4iju od 8./
( )1256 555555555555555555555555555 11
.
1
8
I/8/I.t8
−
⋅
−⋅⋅=
−κ
κ
κ
κ
p
pT *l
=
k4
k5 l 19=;2@/It8.
Na osnovu usvojenog masenog protoka 8=2 Jkg0sL do$iveni rad na tur$ini je
99
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
24/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
[ ] %& 6 6=878/1/I.t8 =
Re4ultat je po4itivan 4$og toga što je rije+ o korisnom Cdo$ivenomD radu uslijedekspan4ije na tur$ini5
3.2. T
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
25/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
( ) 555555555555555555555555555
p
p.1R n.
1.n
1
1 1
9
1K1
91K1
9
⋅=
−−
K
K
/
/
t l T
ritisak na i4la4u i4 kompresora 7K 1 ) je isti i 4a adija$atsko i 4a politropsko sa$ijanjeradnog medija C4rakaD= odnosno
[ ]bar p K p p
p
p
p K 2=?
I119
1
9
1
91 =⋅=⇒
=
=
Te je temperatura na i4la4u i4 kompersora 7K 1 )
[ ] K T 71=/629 =
Nakon prvog stupnja kompresije= radni medij odla4i u meu%ladnjak gdje se vršiu
odvoenje topline5 3$og pojednostavljenja prora+una usvoja se da je pritisak na ula4u i i4la4u
i4 meu%ladnjaka konstantan Ciako u stvarnim pro
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
26/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
ritisak na i4la4u i4 tur$ine= usvajamo
P =1,5[bar]
3$og gu$itaka u i4mijenjiva+u toplote= usvajamo pritisak 1,5[bar]= u4 pretpostavku da
je pad pritiska u i4mijenjiva+u 0,5[bar]= dok kro4 ostale i4mjenjiva+e topline usvajamo= radi jednostavnosti prora+una= da nema nikakvi% gu$itaka pritiska5
Temperatura na i4la4u i4 tur$ine se može odrediti analogno i4ra4u C1511D= i to naslede'i na+in
( ) 555555555555555555555555555
p
p.1R n.
1.n1
/
8T
/8T/
⋅=
−−
T
T
/
/
t l T
Temperatura na i4la4u i4 tur$ine= na osnovu jedna+ine C6516D= te na osnovu usvojenog
stepena politropske ekspan4ije CnT1=9D je
[ ] K T ;6=;21/ =
!2" r1ra:,n p1tre9ne k1li:ine t1pline , i+mjenji*a:, t1pline
otre$na koli+ina topline u i4mjenjiva+u je
78−
•
∆⋅⋅= T C $' P*% *% !T
Spe7/65?@@58/?=@;=8;616822=12282=8
=
=−⋅
⋅
=
otre$na koli+ina topline se do$iva i4 komore 4a sagorijevanje5 ,svajamo da jetemperatura produkata sagorijevanja na i4la4u i4 komore TIG11822 JKL5 Temperatura
produkata sagorijevanja na i4la4u i4 i4mjenjiva+a topline TIG9??2JKL5 Te na osnovu ovogamožemo prora+unati maseni protok i4duvni% gasova i on i4nosi
$ !"=5,[k9s]
98
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
27/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
!2# r1ra:,n ra+mijenjene k1li:ine t1pline , rek,perat1r,
Rekuperator nam služi da o%ladi radni medij do temperature T1= tj5 do temperatur ula4au kompresor K 15 Radni medij C4rakD se %ladi od temperature radnog fluida na i4la4u i4 tur$ine=tj T/ do temperature na ula4u u kompresor T15 Koli+ina toplote koju radni medij C4rakD predagrejanom fluidu CvodaD je
1/−
•
∆⋅⋅= T C $' P*% *% *
Temperaturu na ula4u= odnosno na i4la4u i4 rekuperatora smo ve' ranije odredili= paslijedi da je
( )[ ] [ ]
[ ] %& '
K k4K
5
s
k4 '
*
*
;/1=1
>;@;15;/15291=9@678=/762=12282=8
=
=−⋅
⋅
=
Na raspologanju imamo koliL koju mo4emo iskoristi 4a4agrijavanje tople vode5otroša+ topline odnosno medij CvodaD koji prima toplinu usvajamotako da je DT62JFL i na osnovu toga do$ijamo maseni protok vode kro4 dati rekuperator5arametri Temeperaturna ra4lika vode na ula4u i i4la4u i4 i4mjenjiva+a DT62JFL=spe
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
28/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
rodukti sagorijevanja nakon i4laska i4 i4mjenjva+a topline odla4e u 4agrija+ 4raka5Temperatura produkata sagorijevanja na ula4u u 4agrija+ 4raka je TIG9??2JKL5 Temperatura4raka na ula4u u 4agrija+ je T319@6JKL5 rodukti sagorijevanja napuštaju 4agrija+ 4raka satemperaturom TIG9682 JKL5 3$og mogu'e konden4a./82=6699 = K P
Nakon što smo odredili snagu koja se troši na kompresoru= potre$no je odrediti snagudo$ivenu na tur$ini= i to na osnovu po4nate temperature na ula4u u tur$inu= i4la4u i4 tur$ine=
po4natog masenog protoka radnog medija5 Stepen iskorištenja tur$ine je @9=2=T η = te slijedi[ ] %& P T 6=9/1@/=
,kupna utrošena snaga na kompresorima C K 1 i K 2D je
9;
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
29/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
[ ]
[ ] %& P
P P P
K
K K K
22;=9
>[email protected];59?/91
−==+=
Te je stepen iskorištenje danog postrojenja
==T
K
P
P η 2=/187
Odnosno 4a pogon kompresora se koristi 6?=7/ snage koja se do$iva na tur$ini5
3.4. r#ra(' s*%p%'a isk#riE*%'$a pli'sk#g p#s*r#$%'$a
Stepen iskorištenja plinskog iskorištenja se može odrediti
do:
od1T>PP
?
?−=1η
Koli+ina topline odvedena u rekuperatoru je
( )
=
=−⋅=
k4
k5 ?
T T C ?
od1
P*% od1
;;=712
kg
#@7125;;6=?//1
Koli+ina topline dovedena u i4mjenjiva+u topline
( )
=
=−⋅=
k4
k5 ?
T T C ?
do1
P*% do1
@1=;;@
kg
#;;@5@16=/@78
Te je termodinamski stupanj korisnosti
[ ]N66=7;
2=7;66
N =
=
T>PP
T>PP
η
η
9?
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
30/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
3.5. -#gF'#s*i p#&%Fa'$a s*%p%'a isk#riE*%'$a plis'k#g p#s*r#$%'$a
!#( r1mjena i+la+ne temperat,re k1mpres1ra ; K 1; K 2 4 , 1dn1s, na st,pnjk1mpresije
osmatramo promjenu i4la4ne temperature i4 kompresora C K 2D= ako ukupnikompresioni odnos držimo konstantan= a promjenom kompresionog odnosa C K 1 i K 2D= naosnvu po4natog eksponenta 4a politropsku kompresiju n1n91=8 imamo
( )
( ) 991
9
1
1
1
9
1
6
7
6
7
1
1
1
1
9
1
9
/
//
/
/
//
/
K p
p
T
T
K p
p
T
T
−−
−−
=
=
=
=
Te na osnovu ovi% jednadž$i do$ivamo slede'e dijagrame= slika 651
Slika !( romjena temperatur u funk
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
31/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
!#2 r1mjena i+la+ne temperat,re k1mpres1ra ; K 1; K 2 4 , 1dn1s, na eksp1nentp1litr1pe
"ko je kopresioni odnos C K=K 1 K 2=20D= te ako je K 1? i K 99=8= te promjenomeksponenta politropske kompresije od n1 i n9 i ako predpostavimo da kompresori imaju iste
eksponente poltropseke kompresije n1n91=1 - 1=;= tada do$ivamo slede' dijegrame 4ai4la4nu temperaturu= slika 6595
Slika !2 romjena temperature u funk
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
32/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
!#! r1mjena d1*edena k1li:ine t1pl1te i+ k1m1re +a sag1rije*anje ,i+mijenji*a:, t1pline , 1dn1s, na pr1mjen, k1mpresi1n1g 1dn1sa K ( i K 2
"ko je kompresioni odnos K92= ta ako se kompresioni odnos K 1 i K 9 mijenjamo= tadado$ivmo slede'i dijagram= slika 6565
Slika !! romjena koli+ine dovedene toplote u funk
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
33/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
!#" r1mjena d1*edena k1li:ine t1pl1te i+ k1m1re +a sag1rije*anje ,i+mijenji*a:, t1pline 1dn1s, na eksp1nent p1litr1pske ekspan+ije
Mijnjanjem eksponenta politropske kompresije do$ivamo slede'i dijagram promjenedovedene koli+ine topline u i4mjenjiva+u topline= slika 65755
Slika !" romjena koli+ine dovedene toplote u funk
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
34/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
!## r1mjena i+la+ne temperat,re i+ t,r9ine , .,nkiji 1d i+la+n1g pritiska
romjena i4la4ne temperature T/ možemo do$iti na osnovu ranije 4apisane jedna+ine
T
1
8
/8/
T
T
/
/
p
pT
−
=
Te u odnosu na i4la4ni pritisak do$ivamo slede'u funk
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
35/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
"ko eksponent poitropske ekspan4ije se mijenja pri konstantnom pritisku do$ivamoslede'u funk
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
36/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
romjenom stepena kompresije= do$ivamo slede'u funk nije u funk
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
37/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
"ko je kopresioni odnos C K=K 1 K 2=20D= te ako je K 1? i K 99=8= te promjenomeksponenta politropske kompresije od n1 i n9 i ako predpostavimo da kompresori imaju isteeksponente poltropseke kompresije n1n91=1 - 1=;= tada do$ivamo slede' dijegrame 4atermodinamski stepen iskorištenja datog postrojenja= slika 65?55
Slika !& romjena termodinamskog stepena iskorištenja u odnosu na eksponent politropskekompresije
3a ra4liku od stepena kompresije= sa dijagrama Cslika 65?D se vidi da eksponent politropske kompresije nema 4na+ajn uti
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
38/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
Na narednom dijagramu vidimo pove'anje termodinamskog stepena iskorištenja postrrojenja u funk
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
39/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
uvedena neka pojednostavljenja= kao što je 4anemarivanje pada pritiska u i4mijnjiva+utopline= te samim time $i i termodinamski stepen korisnosti $io još manji od onoga koga smomi do$ili [ ]N66=7;N =T>PP η 5 ošto se u našem slu+aju radilo od 4raku kao radnom mediju +ija
je spe
-
8/17/2019 Semestralni rad (1).doc
40/40
Seminarski rad Energetski sistemi i planiranje
5 DttpE99:::@sb./iDr9
DttpE99:::-/rBco$9prod.ctsFa/dFsrics9
($i/arski rad i T.rbo$aGi/a !!, H$iDa/iI +ali 2010 odi/a
http://www.fsb.unizg.hr/http://www.ge-energy.com/products_and_services/http://www.fsb.unizg.hr/http://www.ge-energy.com/products_and_services/