Energiesysteemanalyse Thermische Centrales College TB142Ea, 19 mei 2014

Transcriptie

1 Energiesysteemanalyse Thermische Centrales College TB142Ea, 19 mei 2014 Dr.ir. Gerard P.J. Dijkema E.On kolencentrales, Maasvlakte, Rotterdam. G.P.J. Dijkema 5 mei 2014 Faculty of Technology, Policy and Management Industry and Energy Group PO Box 5015, 2600 GA Delft, The Netherlands

2 Kringproces: warmte -- > kracht warmtebron cold sink

3 Kringproces: warmte -- > kracht warmtebron cold sink

4 warmtebron Brandstof Aardgas, steenkool (biomassa, bruinkool, stookolie) Verstookt in industrieel fornuis Verbrandingsreactie Verbranding met lucht Overmaat lucht in verband met veiligheid, en volledige verbranding om emissies (CO, roet, onverbrande koolwaterstoffen te vermijden Systeem Control volume: fornuis Onderscheid de fornuiszijde en de mediumzijde Energietransformaties: Analyse Fornuiszijde: LHV Brandstof -> Q Mediumzijde: Q -> opwarming, verdamping (faseovergang) Inputs fornuiszijde: brandstof, lucht Outputs fornuiszijde: rookgas, Q Inputs mediumzijde: koud medium, Q Output mediumzijde: warm medium

5 warmtebron Wat is het vermogen van een fornuis dat gevoed wordt met 10 kilogram methaan per seconde? Wat is de minimale luchttoevoer? Aan de water/stoom zijde wordt 10 kg/s water van 15 o C toegevoerd bij een druk van 180 bar. Wat is de uittredende stoomtemperatuur? Systeem Control volume: fornuis Onderscheid de fornuiszijde en de mediumzijde Energietransformaties: Analyse Fornuiszijde: LHV Brandstof -> Q Mediumzijde: Q -> opwarming, verdamping (faseovergang) Inputs fornuiszijde: brandstof, lucht Outputs fornuiszijde: rookgas, Q Inputs mediumzijde: koud medium, Q Output mediumzijde: warm medium

6 Thermische centrale HP-steam generation Rookgas Exhaust Water water Warmte Overdracht stoom Power generation Fuel (LHV Q) T E Power Verlies Water Air Air supply

7 Bron:

8 Bron:

9 warmtebron Wat is het vermogen van een fornuis dat gevoed wordt met 11 kilogram methaan per seconde? Wat is de minimale luchttoevoer? Aan de water/stoom zijde wordt 100 kg/s water van 350 o C toegevoerd bij een druk van 180 bar. Wat is de uittredende stoomtemperatuur? Cp water = [kj/kg/k] T vaporization = 357 o C Heat of vaporization = 769 [kj/kg] Cp steam = 22.4 [kj/kg/k] Systeem Control volume: fornuis Onderscheid de fornuiszijde en de mediumzijde Energietransformaties: Analyse Fornuiszijde: LHV Brandstof -> Q Mediumzijde: Q -> opwarming, verdamping (faseovergang) Inputs fornuiszijde: brandstof, lucht Outputs fornuiszijde: rookgas, Q Inputs mediumzijde: koud medium, Q Output mediumzijde: warm medium

10 Kringproces: warmte -- > kracht warmtebron cold sink

11 Kringproces: warmte -- > kracht warmtebron cold sink

12 cold sink Sink Koelwater Uit rivier, meer, zee Of van koeltoren (Rest) warmteoverdracht in warmtewisselaar Warmteoverdracht Drijvende kracht: temperatuurverschil Meestal grote koelwaterstroom, om oppervlak warmtewisselaar acceptabel te houden Systeem Control volume: warmtewisselaar Onderscheid de proceszijde en de omgevingszijde Energietransformatie: Analyse Energiesysteemanalyse Q bij hoge temperatuur -> Q lagere temperatuur Proceszijde: Q -> condensatie en afkoeling Omgevingszijde: opwarming, verdamping (faseovergang) Inputs proceszijde: medium, Tin Outputs proceszijde: medium, Tuit Omgevingszijde: idem

13 Proceszijde Q_IN Omgevingszijde Q_OUT Warmte Overdracht Q_UIT Q_IN

14 Typische vragen: Een aardgascentrale heeft een elektrisch vermogen van 1000 MW en een rendement van 60%. Wat is het koelvermogen bij vollast? Als het toelaatbare temperatuurverschil van ingenomen rivierwater 3 o C bedraagt, hoe groot is dan de koelwaterstroom? Als de centrale is uitgerust met een koeltoren, hoeveel water wordt dan verdampt? Systeem Control volume: warmtewisselaar Onderscheid de proceszijde en de omgevingszijde Energietransformatie: Analyse Energiesysteemanalyse Q bij hoge temperatuur -> Q lagere temperatuur Proceszijde: Q -> condensatie en afkoeling Omgevingszijde: opwarming, verdamping (faseovergang) Inputs proceszijde: medium, Tin Outputs proceszijde: medium, Tuit Omgevingszijde: idem

15 Bron:

16 Typische vragen: Een aardgascentrale heeft een elektrisch vermogen van 1000 MW en een rendement van 60%. Wat is het koelvermogen bij vollast? Als het toelaatbare temperatuurverschil van ingenomen rivierwater 3 o C bedraagt, hoe groot is dan de koelwaterstroom? Als de centrale is uitgerust met een koeltoren, hoeveel water wordt dan verdampt? De Cp van water bij 1 bar en 15 o C is 4.2 [kj/kg/k] De verdampingsenthalpie is 2256 [kj/kg] Systeem Control volume: warmtewisselaar Onderscheid de proceszijde en de omgevingszijde Energietransformatie: Analyse Energiesysteemanalyse Q bij hoge temperatuur -> Q lagere temperatuur Proceszijde: Q -> condensatie en afkoeling Omgevingszijde: opwarming, verdamping (faseovergang) Inputs proceszijde: medium, Tin Outputs proceszijde: medium, Tuit Omgevingszijde: idem

17 Kringproces: warmte -- > kracht warmtebron cold sink

18 Typische vragen Een afvalverbrandingsinstallatie verwerkt 1,1 miljoen ton huisvuil per jaar. De LHV van huisvuil is 13 [MJ/kg] De vuurhaardtemperatuur is 800 o C Wat is het thermisch vermogen? Hoeveel elektriciteit kan de installatie maximaal opwekken? Energiesysteemanalyse Systeem Control volume: installatie Onderscheid de warmtebron en de cold sink Energietransformatie: Q -> w Via stoomcyclus Analyse Input Q at Tin (Th) Output w Output Q at Tout (Tc) Bereken Carnot factor Input Q