ANALIZA ENTROPOWA WP
4. Wyniki analizy entropowej
: (13)
SprawnoĞü obiegu wyznaczona w oparciu o obliczone wzglĊdne wskaĨniki nieodwracalnoĞci zostaáa obliczona zgodnie z (14).
¦
:i
ob2 1
K
(14)4. Wyniki analizy entropowej
Uzyskane wyniki analizy entropowej dotyczą pracy obiegu cieplnego przy zmiennym obciąĪeniu oraz wpáywu zastosowania instalacji CCS na wskaĨniki generacji entropii dla poszczególnych elementów skáadowych obiegu cieplnego. Rys. 3 przedstawia wartoĞü wskaĨnika nieodwracalnoĞci dla gáównych kompo-nentów obiegu referencyjnego (bez instalacji CCS) przy obciąĪeniu nominal-nym. Poza kotáem miejscem o najwyĪszej generacji entropii jest skraplacz 2.6% oraz niskoprĊĪna czĊĞü turbiny 2.6%. Dodatkowo czĊĞü WP oraz SP turbiny áącznie stanowią 1.4% strat. Ukáad regeneracji wraz z rurociągami stanowi na-tomiast 2% strat.
Tabela 2 oraz rys. 4 przedstawiają porównanie wskaĨników nieodwracalno-Ğci dla obiegu referencyjnego oraz obiegu zintegrowanego z instalacją CCS dla czterech wybranych stanów obciąĪenia. Wyznaczono w tym przypadku takĪe sprawnoĞü obiegu cieplnego w oparciu o zaleĪnoĞü (14). Przedstawione w tabeli 2 wyniki pokazują, Īe dla niĪszych stanów obciąĪenia nastĊpuje wzrost wskaĨ-nika nieodwracalnoĞci przemian dla kotáa. Wzrost ten wynosi 3.49 p.p. pomiĊ-dzy obciąĪeniem nominalnym, a najniĪszym rozpatrywanym obciąĪeniem wy-noszącym 40% w przypadku obiegu referencyjnego oraz odpowiednio 3.47 p.p. dla obiegu zintegrowanego z instalacją CCS. W obu przypadkach związane jest to gáównie z zastosowaniem w omawianym obiegu regulacji poĞlizgowej. Po-ciąga to za sobą zmniejszenie wartoĞci ciĞnienia pary ĞwieĪej w miarĊ zmniej-szania siĊ obciąĪenia i tym samym zwiĊkszenie strat egzergii w kotle. Ze wzglĊdu na wzrost wskaĨnika nieodwracalnoĞci w kotle w miarĊ obniĪania obciąĪenia maleje takĪe sprawnoĞü obiegu.
44 44
Analiza entropowa wpáywu zastosowania instalacji… 45
Rys. 3. WskaĨnik nieodwracalnoĞci dla najwaĪniejszych elementów obiegu referencyjnego
Dla obciąĪenia wynoszącego 40% sprawnoĞü ta dla obiegu referencyjnego jest o 2.05 p.p niĪsza niĪ w wariancie nominalnym, natomiast dla obiegu zinte-growanego z instalacją CCS jest to odpowiednio 3.97 p.p.
Tabela 2 WskaĨnik nieodwracalnoĞci dla wybranych stanów obciąĪenia w przypadku obiegu referencyjnego oraz obiegu zintegrowanego z instalacją CCS
% Obieg referencyjny Obieg z CCS
100% 90% 70% 40% 100% 90% 70% 40% :K 40.110 40.460 41.360 43.600 40.130 40.480 41.370 43.600 :Skr 2.567 2.445 2.149 1.684 0.770 0.752 0.720 0.673 :WP 0.710 0.716 0.737 0.751 0.715 0.720 0.739 0.751 :SP 0.740 0.743 0.762 0.748 0.964 0.939 0.890 0.748 :NP 2.573 2.558 2.547 2.478 1.115 1.120 1.134 1.153 :CCS - - - - 9.286 9.331 9.454 9.791 :P 0.162 0.156 0.147 0.106 0.155 0.148 0.136 0.092 : 1.505 1.446 1.318 1.067 1.309 1.244 1.106 0.867 :R 0.492 0.413 0.281 0.480 0.759 0.798 0.952 1.498 : 48.86 48.94 49.3 50.91 55.21 55.54 56.51 59.18 ȘOb2 51.14 51.06 50.7 49.09 44.79 44.46 43.49 40.82
K – kocioá, Skr – skraplacz, WP, SP, NP – odpowiednio czĊĞü WP, SP oraz NP turbiny, CCS- instalacja CCS, P – pompy, W – wymienniki regeneracyjne, R – rurociągi.
45 45
46 Sebastian Rulik et al.
Rys. 4. Wpáyw instalacji CCS na wskaĨnik nieodwracalnoĞci wybranych
Wspóápraca z instalacją CCS powoduje spadek mocy nominalnej turboze-spoáu o ok. 109 MW. Warto jednak podkreĞliü, Īe nie uwzglĊdniono w tym przypadku energocháonnoĞci samego procesu sprĊĪania CO2.
Analiza uzyskanych rezultatów pokazuje, Īe wartoĞü wskaĨnika nieodwra-calnoĞci dla instalacji CCS przy obciąĪeniu nominalnym wynosi 9.29%. Warto jednak zauwaĪyü, Īe wartoĞü ta roĞnie dla obciąĪenia czĊĞciowego i przy naj-niĪszym rozpatrywanym obciąĪeniu równym 40% wynosi 9.79%. Wspóápraca z instalacją CCS wiąĪe siĊ takĪe ze znacznym wzrostem strat wynikających z regulacji ukáadu przy obciąĪeniu czĊĞciowym. RoĞnie w tym przypadku zna-cząco wskaĨnik nieodwracalnoĞci dla zaworów oraz rurociągów (rys. 4). Zwią-zane jest to z dáawieniem czynnika na zaworze regulacyjnym znajdującym siĊ na wlocie do czĊĞci niskoprĊĪnej turbiny. Straty caákowite na zaworach oraz rurociągach rosną w tym przypadku z wartoĞci 0.76% dla obciąĪenia nominal-nego do 1.5 w przypadku obciąĪenia 40%. Wspóápraca z instalacją CCS zmniejsza jednoczeĞnie wartoĞü wspóáczynnika nieodwracalnoĞci dla czĊĞci niskoprĊĪnej turbiny oraz skraplacza co związane jest z bardzo znaczącym ob-niĪeniem siĊ strumienia pary przepáywającej przez niskoprĊĪną czĊĞü turbiny. Powoduje to jednak bardzo znaczny spadek mocy wewnĊtrznej czĊĞci nisko-prĊĪnej turbiny wynoszący 109.6 MW.
46 46
Analiza entropowa wpáywu zastosowania instalacji… 47
5. Podsumowanie
W niniejszej pracy przeprowadzono analizĊ entalpową oraz entropową wy-branych konfiguracji obiegu cieplnego. Brano w tym przypadku pod uwagĊ pracĊ samodzielną obiegu cieplnego jak i jego integracją z instalacją CCS. Przeprowadzona analiza entropowa pozwoliáa na poszerzenie zakresu uzyski-wanych informacji o moĪliwoĞü okreĞlenie miejsc najwyĪszej generacji entro-pii. Ponadto analiza ta umoĪliwiáa okreĞlenie wpáywu zastosowania instalacji CCS na pozostaáe elementy obiegu cieplnego. PodjĊte rozwaĪania dotyczyáy takĪe pracy obiegu cieplnego przy róĪnych stanach obciąĪenia.
Uzyskane wyniki pokazują, Īe w przypadku bloku wĊglowego wyposaĪo-nego w czterostopniową regeneracjĊ niskoprĊĪną pracującego w warunkach nominalnych miejscami o najwyĪszej wartoĞci wspóáczynnika nieodwracalnoĞci są kocioá (40.11%), skraplacz (2.57%), turbina (4.02) oraz ukáad regeneracji (1.51%). Zastosowanie instalacji CCS zmniejsza ponad trzykrotnie udziaá skra-placza w bilansie strat z uwagi na zmniejszenie strumienia pary przepáywające-go przez niskoprĊĪną czĊĞü turbiny. Wspóáczynnik nieodwracalnoĞci dla samej instalacji CCS wyniósá 9.29% co przekáada siĊ na spadek sprawnoĞci obiegu o 6.35% w porównanie do obiegu bez zastosowanej instalacji CCS. Spadek ten nie uwzglĊdnia jednak samego procesu sprĊĪania CO2.Analiza pracy obiegu cieplnego przy zmiennym obciąĪeniu zintegrowanego z instalacją CCS wykaza-áa, Īe wartoĞü wspóáczynnika nieodwracalnoĞci związanego z samą instalacją CCS roĞnie w miarĊ obniĪania obciąĪenia nawet o 0.5 p.p. Wspóápraca z insta-lacją CCS wiąĪe siĊ takĪe ze znacznym wzrostem strat wynikających z regulacji ukáadu przy obciąĪeniu czĊĞciowym. RoĞnie w tym przypadku znacząco wskaĨ-nik nieodwracalnoĞci dla zaworów oraz rurociągów z wartoĞci 0.21% do 1.29% przy obciąĪeniu 40%. Związane jest z dáawieniem czynnika na zaworze regula-cyjnym znajdującym siĊ na wlocie do czĊĞci niskoprĊĪnej turbiny.
Literatura
[1] Bochon K., T. Chmielniak J., Analiza energetyczna instalacji wychwytu CO2 z uwzglĊdnieniem pracy przy zmiennym obciąĪeniu, Rynek Energii 1(110)/2014.
[2] Chmielniak T, Technologie energetyczne, Wydawnictwo Politechniki ĝląskiej, Gliwice 2004 [3] Chmielniak T., Wójcik: Strategiczny Program Badawczy. Zaawansowane Technologie
Pozyski-wania Energii. Temat 21-V.1.2. Modelowanie i optymalizacja procesów wychwytu CO2 ze spa-lin dla róĪnych klas sorbentów. Gliwice, 2012.
[4] Ebsilon Professional. Plant engineering and design. http://www.steag-systemtechnologies.com [5] Engineering Equation Solver, http://www.fchart.com/ees/
[6] GateCycle Software, http://site.ge-energy.com/prod_serv/products/oc/ja/opt_diagsw/ gatecycle.htm
[7] Hasan M. R., Entropy method as criteria for analysis a steam power plant, Journal of Engineer-ing, Number 3, Volume 15, 2009.
47 47
48 Sebastian Rulik et al.
[8] àukowicz H, Chmielniak T., Dykas S., Kochaniewicz A., StĊpczyĔska K., Rulik S., Strategiczny Program Badawczy. Zaawansowane Technologie Pozyskiwania Energii. Temat 25-VI.1.4 Bada-nie integracji z obiegami cieplnymi o róĪnym stopniu ich zaawansowania technologicznego (in-stalacje istniejące, in(in-stalacje nowoprojektowane dla róĪnego poziomu parametrów pary i kompli-kacji obiegu). Punkt kontrolny 25-VI.1.4a: Wybór struktury obiegu cieplnego. Analiza moĪliwo-Ğci poboru pary z ukáadu siáowni do zasilania w ciepáo instalacji separacji CO2.
[9] àukowicz H, Dykas S., Rulik S., StĊpczyĔska K., Strategiczny Program Badawczy. Technologie Pozyskiwania Energii. Temat 21-VI.1.2. Przygotowanie metodologii i algorytmów badaĔ para-metrycznych róĪnych sposobów sprzĊĪeĔ technologii wychwytu z obiegami cieplnymi instalacji siáowni kondensacyjnych.
[10] àukowicz H., Zadania analizy w obliczeniach przepáywowych turbin parowych w zastosowaniu dla diagnostyki I projektowania, Zeszyty Naukowe Politechniki ĝląskiej, Gliwice 2005
48 48