Energetski sustavi 2 kolokvij.pdf

SVEUILITE U RIJECI

TEHNIKI FAKULTET

ENERGETSKI SUSTAVI

SKRIPTA ZA 2. KOLOKVIJ

RIJEKA, 17. travanj 2009

ES skripta za 2. kolokvij verzija 1.00 2

1. NACRTATI SHEMU KOGENERACIJSKOG SUSTAVA S KONDENZACIJSKOM

PARNOM TURBINOM UZ ODUZIMANJE PARE

2. NACRTATI SHEMU KOGENERACIJSKOG SUSTAVA S PLINSKOM TURBINOM

UZ DODATNO LOENJE


3. NACRTATI SHEMU KOGENERACIJSKOG SUSTAVA S DIZELSKIM MOTOROM

UZ DODATNO LOENJE.

4. NACRTATI OSNOVNU SHEMU UTILIZACIJSKOG SUSTAVA.


5. NACRTATI SHEMU ENERGETSKOG SUSTAVA S MHD GENERATOROM

6. OPISATI OSNOVNE TEHNIKE OSOBINE ENERGETSKOG SUSTAVA S MHD

GENERATOROM. Osnovni principi rada sustava s MHD generatorom Direktna pretvorba toplinske energije

plina u elektrinu djelovanjem magnetskoga polja na strujni tok ionizirana plina (plazme) pod

visokim temperaturama;

Teoretski je proces slian Joule/Brayton-ovom procesu u plinskoj turbini. Stlaeni ionizirani

plin (plazma) adijabatski ekspandira kroz MHD kanal (difuzor) gdje se usporava djelovanjem

elektromagnetske sile (kod plinske turbine se unutar lopatica kinetika energija plina

pretvara u mehaniku);

Iskoristivost procesa proizvodnje el. energije je oko 50 %;

Zbog visoke izlazne temperature plinova potrebna je rekuperacija toplinske energije

(kogeneracija ili kombinirani proces s parnim ciklusom), ime se dodatno povedava ukupna

energetska iskoristivost;

Tehniki problemi MHD generatora

Vrlo visoke radne temperature, te uslijed toga problem tehniko/komercijalne izvedivosti;

MHD generator proizvodi istosmjernu struju pa je potreban pretvara (invertor), to

povedava sloenost i trokove;

Za postizanje visokih temperatura izgaranja potreban je kisik ili zrak obogaden s kisikom;

potreban je sustav za proizvodnju kisika;


Potrebno je koristiti materijal za pospjeivanje ionizacije plina (soli cezija ili natrija) to

povedava pogonske trokove;

Potrebno je magnetsko polje vrlo visoke gustode koje ima velike gubitke s konvencionalnom

izvedbom magneta. Rjeenje je u razvoju super-provodljiva magneta pri visokim

temperaturama, to je tehniki problem jo u fazi razvoja;

Zbog navedenih problema, ovaj energetski sustav je jo u fazi razvoja i nije u komercijalnoj

primjeni.

7. NACRTATI OSNOVNU SHEMU KOGENERACIJSKOG SUSTAVA S GORIVIM

ELIJAMA

8. OPISATI PREDNOSTI I NEDOSTATKE SUSTAVA S GORIVIM ELIJAMA Prednosti gorivih delija:

vrlo visoka iskoristivost energije goriva; 40% na elektrinome dijelu, 25,445% na toplinskome

dijelu, ukupno 65,485%;

nema pokretnih (rotirajudih) dijelova;

zanemarivo oneidenje okolia;

zanemariva buka.

Nedostaci gorivih delija:

visoka cijena po jedinici instalirane snage;

tehnika izvedivost za relativno male snage (do 500 kW);

tehniko tehnoloka neusavrenost (jo u fazi razvoja).


9. OBRAZLOITI UKUPNU ENERGETSKU I EKSERGETSKU ISKORISTIVOST

KOGENERACIJSKOG SUSTAVA Kogeneracijski sustavi proizvode istovremeno elektrinu i toplinsku energiju u razliitim omjerima te

ih se stoga ne moe jednoznano meusobno usporediti . Kvaliteta elektrine i toplinske energije

bitno se razlikuje, odnosno:


10. OBRAZLOITI FAKTOR PRETVORBE TOPLINSKE ENERGIJE U

KOGENERACIJSKOM SUSTAVU Predstavlja udjel utroka energije goriva pa jedinici proizvedene elektrine energije u kogeneracijskome sustavu.

11. OBRAZLOITI UDJEL UTEDE GORIVA U KOGENERACIJSKOM SUSTAVU U

ODNOSU NA ODVOJENU PROIZVODNJU ELEKTRINE TOPLINSKE ENERGIJE Ekvivalentna uteda goriva u kogeneracijskome sustavu u odnosu na odvojenu proizvodnju elektrine i toplinske energije moe se izraziti kao:

12. OBRAZLOITI RAZGRANIENJE TROKOVA ZA ELEKTRINU I

TOPLINSKU ENERGIJU U KOGENERACIJSKOM SUSTAVU PO METODI

UTROENE ENERGIJE. OBRAZLOENJE PRIKAZATI UZ ODGOVARAJUU

SHEMU Princip: Udjelu troka za elektrinu energiju pridodaje se iskoriteni toplinski pad kroz turbinu i toplina odvedena u okolinu putem kondenzatora u odnosu na ukupno utroenu energiju (toplinu). Preostali udjel pridodaje se troku za toplinsku energiju.

Ovakav pristup podcjenjuje vrijednost elektrine energije, a precjenjuje vrijednost toplinske energije, bududi da se podjela trokova temelji na udjelima utroene toplinske energije, a toplinski pad kroz turbinu se sporije mijenja nego pad radne sposobnosti pare.



TOPLINSKU ENERGIJU U KOGENERACIJSKOM SUSTAVU PO METODI

TOPLINSKOG PADA. OBRAZLOENJE PRIKAZATI UZ ODGOVARAJUU SHEMU

Princip: Za razgranienje trokova elektrine i toplinske energije uzima se omjer utroenoga raspoloivog toplinskoga pada pare do tlaka u kondenzatoru u odnosu na raspoloivi toplinski pad svjee pare. Ovim pristupom pravinije se vrjednuje "kvaliteta" elektrine energije bududi da se raspodjela trokova elektrine i toplinske energije temelji na raspoloivom toplinskom padu pare, odnosno njenoj radnoj sposobnosti (do tlaka u kondenzatoru).



TOPLINSKU ENERGIJU U KOGENERACIJSKOM SUSTAVU PO METODI TRINE

CIJENE ENERGIJE. OBRAZLOENJE PRIKAZATI UZ ODGOVARAJUU SHEMU Princip: Utvrivanje vrijednosti (cijene) energije prema ovom pristupu vri se tako da se jedan od proizvoda kogeneracijskoga sustava (elektrina ili toplinska energija) vrjednuju prema vaedoj trnoj cijeni dok se s preostalim udjelom trokova optereduje cijena drugog proizvoda. Ako bi se svi trokovi kogeneracijskoga energetskog postrojenja pripisali samo elektrinoj energiji, proizala bi njena maksimalna cijena


15. TROKOVI POSLOVANJA ENERGETSKOG POSTROJENJA Trokovi = Poslovni trokovi + Financijski trokovi

Poslovni trokovi: 1. Trokovi goriva 2. Trokovi radne snage 3. Razni pogonski trokovi 4. odravanje, 5.kemikalije, 6. potroni materijal i dr., 7. Razna financijska davanja, naknade, doprinosi, pristojbe, osiguranje i sl.

Financijski trokovi: 1. Amortizacija 2. Trokovi kapitala (kamate) 3. Porez na dobit

Trokovi = Fiksni trokovi + Promjenljivi trokovi

T R O K O V I Fiksni trokovi Trokovi kapitala

Amortizacija Porez na dobit

Financijski trokovi

Radna snaga (plade) Naknade Doprinosi Osiguranje Pristojbe

Poslovni trokovi

Promjenljivi trokovi

Gorivo Voda Repromaterijal Odravanje Potroni materijal


16. NA DIJAGRAMIMA PRIKAZATI KVALITATIVNU ZAVISNOST TROKOVA

ENERGETSKOG POSTROJENJA O GODINJEM FONDU POGONSKIH SATI


17. POMOU H-P DIJAGRAMA OBRAZLOITI NAIN KORITENJA OTPATKA

KONDENZATA

Toplina otpatka kondenzata moe se koristiti priguivanjem kondenzata na nii tlak na kojemu dolazi

do isparivanja dijela kondenzata.

18. NACRTATI SHEMU KORITENJA OTPATKA KONDENZATA

PRIGUIVANJEM (REDUKCIJOM TLAKA)


19. NACRTATI SHEMU KORITENJA OTPARKA KONDENZATA POMOU

EFEKTA TERMOKOMPRESIJE

20. NACRTATI SHEMU INDIREKTNO PROTONOGA RASHLADNOG

SUSTAVA


21. NACRTATI SHEMU RASHLADNOG SUSTAVA S VLANIM RASHLADNIM

TORNJEM


22. NACRTATI SHEMU RASHLADNOG SUSTAVA SA SUHIM RASHLADNIM

TORNJEM

23. OBRAZLOITI MATERIJALNU BILANCU VODE U RASHLADNOM TORNJU Gubici vode koji nastaju u radu rashladna tornja:

Bududi do se hlaenje vode u cirkulaciji zbiva zbog otparivanja dijela vode u prolazu kroz toranj, iz jednadbe toplinske bilance blijedi da de za neki rashladni uin koliina otparene vode (gubici zbog otparivanja) biti:

Koliina vode koja se moe otpariti zavisi prvenstveno o stanju okoline, odnosno o relativnoj vlanosti okolnoga zraka te temperaturi suhog i vlanoga termometra.


24. OBRAZLOITI GUBITKE MASE VODE IZ RASHLADNOG SUSTAVA ZBOG

KONTROLIRANA ODSOLJAVANJA Gubici zbog odsoljavanja vode iz rashladnoga tornja zavise o dozvoljenoj koncentraciji soli u rashladnoj rodi. Koncentracijski broj C je omjer koncentracije soli u cirkulacijskoj vodi unutar rashladnoga sustava u odnosu na koncentraciju soli u dodatnoj (svjeoj) vodi. Dozvoljeni koncentracijski broj C zavisi o kemijskoj obradi rashladne vode u cilju sprjeavanja taloenja kamenca, korozije te mikrobiolokoga rasta. U praksi je uobiajeno koncentracijski broj C=2 do 5. Bilanca mase soli u vodi - koliina vode koju treba ispustiti odsoljavanjem Koliina soli u dodatnoj vodi jednaka je koliina soli odstranjenih odsoljavanjem i odstranjivanjem odnosno:

Iz ove jednadbe proizlazi koliina vode koju treba kontrolirano isputati radi odsoljavanja da bi se

konventracija soli u vodi odrala u dozvoljenim granicama, odnosno da bi se odrao odreeni

koncentracijski broj C.

25. VRSTE EMISIJA TETNIH SPOJEVA U ATMOSFERU PUTEM DIMNIH

PLINOVA 1.Ugljini oksidi 2. Sumporni oksidi 3. Duini oksidi 4. estice

1. UGLJINI OKSIDI Ugljik (II) oksid (CO)

Posljedica procesa nepotpuna izgaranja goriva.

Ovisi o : vrsti goriva, pripremi goriva za izgaranje,

nainu izgaranja (vrsti loita), podeenosti ureaja za izgaranje.

Ovisno o vrsti goriva, nainu izgaranja i kapacitetu loita, dozvoljena emisija CO (mg/m3) u izlaznim dimnim plinovima ograniena je zakonskom regulativom.

Ugliik (IV) oksid (CO2)

Neizbjeni produkt izgaranja fosilnih goriva.

Ne spada u klasine uzronike oneidenja okolia.

Uzronik efekta staklenika (globalna zatopljenja).

Protokolom svjetske konferencije u Kvotu uvedeno je ogranienje emisije C02 iz umjetnih izvora na razini pojedinih drava.

2. SUMPORNI OKSIDI

Vie od 90 % S iz goriva emitira se u obliku S02. Dio S02 se u atmosferi, pod utjecajem raznih kemijskih i fotokemijskih reakcija, transformira u

sulfate (SO4).


Preostali udjel S iz goriva emitira se u obliku SO3 koji se u kontaktu s H20 transformira u sulfate (S04).

3. DUINI OKSIDI Duini oksidi (NOs) u dimnim plinovima pojavjuju se kao:

duik (Il)-oksid (NO)

duik (IV)-oksid) (N02) NO nastaje izgaranjem fosilnih goriva, a koliina zavisi o:

pretiku zraka za izgaranje,

sadraju N u gorivu,

temperaturi plamena tijekom izgaranja. NO u atmosferi vrlo brzo oksidira u N02 pod djelovanjem fotokemijskih efekata i sunevih zraka uz prisutnost raznih organskih spojeva u zraku. N02 je tetan za zdravlje (dine organe). Jedan je od uzronika nastajanja kiselih kia.

26. PROCESI ZA ODSUMPORIVANJA DIMNIH PLINOVA 1. Mokri proces 2. Suhi proces 3. Proces s alkalnim skrubiranjem

Suhi proces odsumporivanja U principu je slian mokrome procesu. Vodena suspenzija CaO ili MgO raspruje se (atomizira) pomodu centrifugalnih rasprivaa. Prednosti:

jednostavniji,

manji pogonski i investicijski trokovi.

Nedostaci:

manja uinkovitost odvajanja S02 (cea 70%) Proces s alkalnim skrubiranjem

Kao sredstvo za apsorbiranje S02 koristi se vodena otopina natrijeve luine (NaOH), natrij-sulfita (NaS03) i amonijaka (NH3). Najede se koristi tzv. rekuperativni proces "Wallman-Lord". Kemijske reakcije: -u apsorberu:

S02+ Na2S03+ H20- 2NaHS03 Kemijske reakcije: -u isparivau/kristalizatoru:

2NaHS03 - Na2S03 [+ S02| +H20 -u kondenzatoru: odvajanje H20 od S02 -prema Claus-ovom procesu se uz dodavanje suporovodika (H2S) iz S02 proizvodi elementarni sumpor (S): S02+H2S^3S + 2H20 Prednosti:

nema problema od stvaranja taloga i depljenja strujnih prolaza.


27. NAINI ZA SMANJENJE NOX 1. promjena vrste goriva 2. promjena procesa izgaranja 3. obrada dimnih plinova

PROMJENA VRSTE GORIVA Utjecaj vrste goriva na emisiju NOs proizlazi iz:

sadraja N,

temperature izgaranja,

naina izgaranja,

toplinskoga opteredenja loita. Opdenito je u praksi promjena vrste goriva vrlo ograniena i naede se ne moe provoditi za smanjenje emisije NOx. PROMJENA PROCESA IZGARANJA

Smanjenje pretika zraka za izgaranje

Promjena naina dovoenja zraka za izgaranje

Ostali utjecajni faktori

Smanjenje pretika zraka za izgaranje

Smanjenje pretika zraka za izgaranje opdenito djeluje na smanjene emisije NOs iz loita. PROMJENA NAINA DOVOENJA ZRAKA ZA IZGARANJE Ovaj se pristup temelji na stupnjevanom izgaranju u cilju smanjenja vrnih temperatura plamena i to:

stupnjevanim dovoenjem zraka,

stupnjevanim dovoenjem goriva,

recirkulacijom dimnih plinova.

OBRADA DIMNIH PLINOVA Obrada dimnih plinova radi smanjenja emisije NOs najede se kombinira s odsumporivanjem radi odstranjivanja S02. Najede se koristi selektivna katalitika redukcija NOX S dodavanjem amonijaka (NH3), pri emu se zbivaju sljedede osnove reakcije:

28. NAINI SMANJENJA EMISIJE NEIZGORENIH ESTICA Na koliinu, veliinu i sastav neizgorenih estica utjeu:

vrsta goriva,

konstrukcija loita,

pogonski uvjeti,

uinkovitost ureaja za odstranjivanje (filtera)

Ureaji za odvajanje neizgorenih ( lebdedih) estica:

mehaniki odvajai,

skruberi,

vlaknasti (vradasti) filtri,

elektrostatski filtri.


29. KVALITATIVNO (PUTEM DIJAGRAMA) PRIKAZATI ZAVISNOST IZLAZNIH

GUBITAKA OSJETNE TOPLINE DIMNIH PLINOVA O TEMPERATURI I

PRETIKU ZRAKA ZA IZGARANJE


30. KVALITATIVNO (PUTEM DIJAGRAMA) PRIKAZATI ZAVISNOST

GUBITAKA GENERATORA PARE O PRETIKU ZRAKA ZA IZGARANJE

Utjecaj pretika zraka na iskoristivost generatora pare

Energetski sustavi 2 kolokvij.pdf

Documents

Transcript of Energetski sustavi 2 kolokvij.pdf