Model obliczeniowy

Dla wyznaczenia efektywności energetycznej niezbędne jest zdefiniowanie warunków odniesienia, do których porównywana będzie moc bloku dla zmiennych warunków chłodzenia skraplacza. Za punkt porównawczy przyjęto moc bloku osiąganą dla wejściowych parametrów pracy turbozespołu przy nominalnym przepływie wody chłodzącej. Równoznaczne jest to z punktem odniesienia prac pompy lub zespołu pomp wody chłodzącej. Porównywanie mocy bloku dla różnych wartości ciśnienia w skraplaczu dokonywane będzie poprzez przeliczenie wejściowych wartości mocy na generatorze 𝑁_𝑏𝑙 na wartości ciśnienia w symulowanych warunkach za pomocą krzywych korekcyjnych dostarczanych przez producenta turbozespołu, dla pracy kondensacyjnej oraz ciepłowniczo-kondensacyjnej na podstawie poniższych zależności:

𝑁_{𝑏𝑙𝑘𝑟}= 𝑁_𝑏𝑙

𝐾_𝑁 ^(3.12)

gdzie:

𝑁_{𝑏𝑙𝑘𝑟} – skorygowana moc elektryczna, 𝐾_𝑁 – całkowity współczynnik korekcyjny, Współczynnik korekcyjny definiowany jest jako:

𝐾_𝑁= 1 + 0,01 ∙ 𝐾_𝑝 (3.13)

gdzie:

𝐾_𝑝– współczynnik korekcyjny mocy elektrycznej generatora od ciśnienia pary w skraplaczu.

Współczynnik 𝐾_𝑝 wyznaczany jest na podstawie funkcji krzywych korekcyjnych zdefiniowanych dla strumieni masowych pary przed turbiną. Na rysunku 3.3 pokazano przykładowy zestaw krzywych korekcyjnych od ciśnienia pary w skraplaczu.

Poszczególne krzywe opisane wzorem funkcji 𝐾_𝑝 = 𝑎 ∙ 𝑝_𝑛²+ 𝑏 ∙ 𝑝_𝑛+ c określane są dla

46

przepływu pary przed turbiną 𝑚̇_𝑝𝑡. Wielkość korekty 𝐾_𝑝 dla nominalnego ciśnienia w skraplaczu 𝑝_{𝑛𝑛𝑜𝑚} wynosi zero.

Rysunek 3.3 – Przykładowy wykres współczynnika korekcyjnego od ciśnienia pary w skraplaczu

Oznaczenia uzupełniające:

krok - przyjęta wielkość zmiany parametru do symulacji,

𝑁_𝑝𝑚 - moc elektryczna silnika lub silników pomp wody chłodzącej,

∆𝑁_𝑒𝑓 - efektywność energetyczna turbozespołu,

∆𝑁_𝑒𝑓𝑛 - efektywność energetyczna odniesiona do mocy nominalnej,

|_{(𝑚̇𝑤+𝑘𝑟𝑜𝑘, 𝑇𝑤1+𝑘𝑟𝑜𝑘)} - wartość parametru dla zmiany przepływu wody chłodzącej 𝑚̇_𝑤 i temperatury 𝑇_𝑤1 o wartość kroku symulacji.

Współczynnik korekcyjny Kp

Ciśnienie w skrapaczu

mpt - A mpt - B mpt - C mpt - D mpt - E mpt - F

0

p_nnom

Modele numeryczne badanego zagadnienia

47

Rysunek 3.4 – Schemat blokowy algorytmu wyznaczania efektu energetycznego turbozespołu

 W pierwszym kroku wyznaczana jest przeliczeniowa moc dla ciśnienia w skraplaczu dla temperatury wody chłodzącej na wlocie do skraplacza zmienioną

48

Powyższy opisowy wzór odzwierciedla matematycznie zapis:

𝑁_{𝑏𝑙𝑘𝑟|𝑚̇𝑤, 𝑇𝑤1+𝑘𝑟𝑜𝑘}= 𝑁_𝑏𝑙+ ∆𝑁_𝑇𝑤1 (3.14)

gdzie:

𝑁_{𝑏𝑙𝑘𝑟|𝑚̇}

𝑤, 𝑇_𝑤1+𝑘𝑟𝑜𝑘– przeliczeniowa moc elektryczna bloku dla zmiennej temperatury wody chłodzącej na wlocie do skraplacza,

∆𝑁_𝑇𝑤1– korekta mocy elektrycznej bloku wynikająca ze zmiany temperatury wody chłodzącej.

Wartość korekty ∆𝑁_𝑇𝑤1 wyznacza się z poniższego wyrażenia:

∆𝑁𝑇𝑤1=

Powyższy opisowy wzór odzwierciedla matematycznie zapis:

∆𝑁_𝑇𝑤1= 𝑁_𝑏𝑙

W przypadku przeprowadzania obliczeń dla stałej temperatury wody chłodzącej na wlocie do skraplacza wartość korekty ∆𝑁_𝑇𝑤1 wynosić będzie zero, oznaczenie 𝑇_𝑤1+ 𝑘𝑟𝑜𝑘 przyjmie wartość 𝑇_𝑤1, w tym oraz kolejnych etapach obliczeń, a przeliczeniowa moc bloku 𝑁_{𝑏𝑙𝑘𝑟|𝑚̇}

𝑤, 𝑇𝑤1+𝑘𝑟𝑜𝑘 równa będzie wartości mocy bloku podanej jako wartość wejściowa do modelu 𝑁_𝑏𝑙.

Modele numeryczne badanego zagadnienia

49

 W kolejnym etapie wyznaczana jest przeliczeniowa moc bloku dla zmiennego przepływu wody chłodzącej 𝑚̇_𝑤 i zmiennej temperatury 𝑇_𝑤1:

𝑁_{𝑏𝑙𝑘𝑟|𝑚̇𝑤+𝑘𝑟𝑜𝑘, 𝑇𝑤1+𝑘𝑟𝑜𝑘}=

Powyższy opisowy wzór odzwierciedla matematycznie zapis:

𝑁_{𝑏𝑙𝑘𝑟|𝑚̇}

𝑁_{𝑏𝑙𝑘𝑟|𝑚̇𝑤+𝑘𝑟𝑜𝑘,𝑇𝑤1+𝑘𝑟𝑜𝑘}– przeliczeniowa moc bloku dla zmiennych wartości przepływu i temperatury wody chłodzącej,

𝐾_𝑁|𝑃

𝑛(𝑚̇𝑤+𝑘𝑟𝑜𝑘, 𝑇𝑤1+𝑘𝑟𝑜𝑘)– współczynnik korekcyjny dla ciśnienia w skraplaczu dla zmiennej wartości przepływu i temperatury wody chłodzącej.

 Wartość mocy bloku dla ciśnienia w skraplaczu przy przepływie nominalnym wody chłodzącej określana jest według poniższej zależności:

𝑁_{𝑏𝑙𝑘𝑟|𝑚̇𝑤𝑛𝑜𝑚, 𝑇𝑤1+𝑘𝑟𝑜𝑘}=

Powyższy opisowy wzór odzwierciedla matematycznie zapis:

𝑁_{𝑏𝑙𝑘𝑟|𝑚̇} chłodzącej i zmiennej temperatury 𝑇_𝑤1,

50 𝐾_𝑁|𝑃

𝑛(𝑚̇𝑤𝑛𝑜𝑚, 𝑇𝑤1+𝑘𝑟𝑜𝑘)– korekta mocy od ciśnienia w skraplaczu dla nominalnego przepływu wody chłodzącej i zmiennej temperatury 𝑇_𝑤1.

Z uwagi na fakt, iż wartość nominalnego przepływu wody chłodzącej wyrażona jest jako strumień objętości, wartość 𝑚̇_{𝑤𝑛𝑜𝑚} należy wyznaczyć według poniższej zależności:

𝑚̇_{𝑤𝑛𝑜𝑚} = 𝑉̇_{𝑤𝑛𝑜𝑚}∙ 𝜌_{𝑤(𝑇𝑤1+𝑘𝑟𝑜𝑘)} (3.18)

gdzie:

𝜌_{𝑤(𝑇𝑤1+𝑘𝑟𝑜𝑘)}– gęstość wody dla temperatury 𝑇_𝑤1+ 𝑘𝑟𝑜𝑘.

 Moc elektryczna silnika pomp wody chłodzącej określana jest za pomocą charakterystyk poboru mocy pomp 𝑁_𝑝𝑚 = 𝑓(𝑉̇_𝑤). Z uwagi na możliwą pracę pomp w układzie równoległym do analizy mocy silników pomp stosowana będzie ekwiwalentna moc silnika rozumiana jako sumaryczna moc pomp dla danego przepływu wody chłodzącej i ilości pracujących pomp. Zależność ta określana jest na podstawie poniższego wielomianu:

𝑁_{𝑝𝑚_𝑖} = (𝑎 ∙ (𝑉̇_𝑤

𝑁_{𝑝𝑚_𝑖}– ekwiwalentna moc silnika pomp, 𝑖– ilość pracujących pomp.

Przy czym wartość 𝑉̇_𝑤 wyznaczona jest na podstawie wartości strumienia masowego wody chłodzącej i gęstości wody w danej temperaturze.

Ekwiwalentna moc pomp wody chłodzącej dla nominalnego przepływu określona jest symbolem 𝑁_{𝑝𝑚|𝑉̇𝑤𝑛𝑜𝑚} i określona dla nominalnej ilości pomp na ruchu.

Ekwiwalentna moc pomp dla zmiennej ilości wody chłodzącej opisana symbolem 𝑁_{𝑝𝑚|𝑉̇𝑤+𝑘𝑟𝑜𝑘} określona jest dla założonej ilości pomp dla danego przepływu

Modele numeryczne badanego zagadnienia

51

wynikającej z zakresu pracy urządzeń. Warunek ten musi być zdefiniowany do rozpoczęcia symulacji.

Pod terminem efektywności energetycznej turbozespołu rozumie się przyrost mocy elektrycznej turbozespołu (dla zmiennych parametrów chłodzenia skraplacza 𝑚̇_𝑤 i 𝑇_𝑤1, w odniesieniu do mocy turbozespołu dla ciśnienia w skraplaczu przy nominalnym przepływie wody chłodzącej) pomniejszony o przyrost mocy pomp wody chłodzącej (dla zmiennego przepływu wody chłodzącej w odniesieniu do mocy pomp przy nominalnym przepływie wody chłodzącej). Wyrażenie definiuje poniższa zależność:

∆𝑁𝑒𝑓=

Powyższy opisowy wzór odzwierciedla matematycznie zapis:

∆𝑁_𝑒𝑓 = ∆𝑁_{𝑏𝑙|𝑚̇𝑤+𝑘𝑟𝑜𝑘,𝑇𝑤1+𝑘𝑟𝑜𝑘}− ∆𝑁_{𝑝𝑚_𝑛|𝑉̇𝑤+𝑘𝑟𝑜𝑘} (3.20)

gdzie:

∆𝑁_𝑒𝑓– efektywność energetyczna turbozespołu, a ∆𝑁_{𝑏𝑙|𝑚̇𝑤+𝑘𝑟𝑜𝑘,𝑇𝑤1+𝑘𝑟𝑜𝑘}– wyraża poniższy wzór:

Powyższy opisowy wzór odzwierciedla matematycznie zapis:

∆𝑁_{𝑏𝑙|𝑚̇𝑤+𝑘𝑟𝑜𝑘,𝑇𝑤1+𝑘𝑟𝑜𝑘} = 𝑁_{𝑏𝑙𝑘𝑟|𝑚̇}

Powyższy opisowy wzór odzwierciedla matematycznie zapis:

52

∆𝑁_{𝑝𝑚|𝑉̇𝑤+𝑘𝑟𝑜𝑘} = 𝑁_{𝑝𝑚|𝑉̇𝑤+𝑘𝑟𝑜𝑘}− 𝑁_{𝑝𝑚|𝑉̇𝑤𝑛𝑜𝑚} (3.22)

Względna efektywność energetyczna turbozespołu odniesiona do mocy nominalnej opisana jest jako:

∆𝑁_𝑒𝑓𝑛 = ∆𝑁_𝑒𝑓

𝑁_{𝑏𝑙𝑛𝑜𝑚} ^(3.23)

gdzie:

∆𝑁_𝑒𝑓𝑛– efektywność energetyczna odniesiona do mocy nominalnej, 𝑁_{𝑏𝑙𝑛𝑜𝑚}–nominalna moc elektryczna bloku energetycznego.

Badania eksperymentalne współpracy turbiny i skraplacza

53

4 Badania eksperymentalne współpracy turbiny i skraplacza

W niniejszym rozdziale zostanie opisana część eksperymentalna badań.

Przedstawiony zostanie opis badanego turbozespołu, a w szczególności upustowo-kondensacyjnej turbiny parowej wraz z urządzeniami pomocniczymi i skraplaczem.

Omówione zostaną badania obiektowe wraz z opisem zakresu pomiarów, warunków pracy instalacji podczas testów, metodyką pomiarów i obliczeń oraz zastosowaną aparaturą pomiarową. Przedstawiony będzie schemat pomiarowy turbozespołu oraz podstawowe wyniki pomiarów i obliczeń. Na końcu rozdziału zaprezentowane będą wykresy charakterystyk parametrów, wyznaczonych na podstawie badań eksperymentalnych, będących danymi wejściowymi do modelu wyznaczania ciśnienia w skraplaczu przedstawionego w rozdziale wcześniejszym.