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


2/40


. 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


3/40


- 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


4/40


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


5/40


( /IS DAN/3 LINSK/3 /STR/=EN=A

Naš 4adatak je da damo prora+un 4a plinsko postrojenje +iji je


6/40


, nastavku


7/40


. 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

/


8/40


. TBS Dijagram

;


9/40


95 LINSKE TURCINE

2.1. ) S: S)SK< T


10/40


postrojenja sa gasnim tur$inama imaju takve te%nologije da pove'avaju stepen korisnosti naC/2 - /8D 5 Otprilike re


11/40


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


12/40


Slika2" kom$inirani


13/40


Taj 4rak preu4ima toplinu u i4mjenjiva


14/40


2.2. ST


15/40


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


16/40


stupnjeva5 Sniženjem temperature 4raka smanjuje se spe


17/40


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


18/40


&ispo4i


19/40


9D i4gradnja parni% termoelektrana je skuplja CV91D i duže traje=6D troškovi goriva po jedini)SKB:+< T


20/40


Slika2($ Multi.s%aft

Slika2(% Single.s%aft

Kon


21/40


! TERM/DINAMIKI R/RAUN LINSK/3 /STR/=EN=A

3.1. T


22/40


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


23/40


( ) ( );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


24/40


[ ] %& 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


25/40


( ) 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


26/40


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


27/40


!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


28/40


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;


29/40


[ ]

[ ] %& 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?


30/40


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


31/40


!#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


32/40


!#! 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


33/40


!#" 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


34/40


!## 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


35/40


"ko eksponent poitropske ekspan4ije se mijenja pri konstantnom pritisku do$ivamoslede'u funk


36/40


romjenom stepena kompresije= do$ivamo slede'u funk nije u funk


37/40


"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


38/40


Na narednom dijagramu vidimo pove'anje termodinamskog stepena iskorištenja postrrojenja u funk


39/40


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


40/40


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/

Documents

Semestralni rad (1).doc