Upload
others
View
14
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Univerza v Ljubljani Fakulteta za strojništvo
Katedra za energetsko strojništvo Laboratorij za termoenergetiko
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov
Gradivo za vaje
Boštjan Drobnič
avgust, 2018
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov
navodila za avditorne vaje
2 študijsko leto: 2018/2019
1 ZANESLJIVOST OBRATOVANJA – OSNOVNI POJMI .................................................................................. 3
A NALOGA ....................................................................................................................................................... 4 2 PORAZDELITVE ........................................................................................................................................ 5
B NALOGA ....................................................................................................................................................... 6 C NALOGA ....................................................................................................................................................... 6 D NALOGA ....................................................................................................................................................... 7 E NALOGA ....................................................................................................................................................... 8
3 ZANESLJIVOST SISTEMOV ......................................................................................................................10 A NALOGA ..................................................................................................................................................... 11 B NALOGA ..................................................................................................................................................... 11 C NALOGA ..................................................................................................................................................... 11 D NALOGA ..................................................................................................................................................... 12 E NALOGA ..................................................................................................................................................... 12 F NALOGA ..................................................................................................................................................... 12
4 ZAKLJUČNA NALOGA .............................................................................................................................12 5 UČINKOVITOST OBRATOVANJA .............................................................................................................13
A ENERGIJA .................................................................................................................................................... 13 B EKSERGIJA................................................................................................................................................... 14
6 PARNO POSTROJENJE ZA SOČASNO PROIZVODNJO TOPLOTE IN ELEKTRIKE (SPTE)................................15 A OPIS POSTROJENJA ....................................................................................................................................... 15 B OBRATOVALNI REŽIMI ................................................................................................................................... 16 C PODATKI..................................................................................................................................................... 18
7 PARAMETRI DELOVNIH SNOVI ...............................................................................................................19 A TOPLARNIŠKI REŽIM ...................................................................................................................................... 19 B KOTLARNIŠKI REŽIM ...................................................................................................................................... 21
8 IZGUBA EKSERGIJE PRI PRENOSU TOPLOTE ............................................................................................22 9 IZGUBA EKSERGIJE V MEŠALNEM PRENOSNIKU TOPLOTE ......................................................................23 10 ENERGIJSKI IN EKSERGIJSKI TOKOVI V TURBINI ......................................................................................24 11 REDUCIRNO-HLADILNA POSTAJA ...........................................................................................................25 12 EKSERGIJSKA ANALIZA PARNEGA KOTLA ...............................................................................................26 13 SOPROIZVODNJA TOPLOTE IN ELEKTRIČNE ENERGIJE ............................................................................28
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov
navodila za avditorne vaje
3 študijsko leto: 2018/2019
1 Zanesljivost obratovanja – osnovni pojmi1
število vseh opazovanj (vzorcev) n
čas obratovanja t
dolžina časovnega intervala Δt
čas ob koncu intervala i ti
število odpovedi do časa ti Ni
število odpovedi v intervalu i ΔNi
število še delujočih ob času ti ni
število še delujočih v intervalu i 2
1,
iiisr
nnn
funkcija zanesljivosti n
NntR
ii
funkcija nezanesljivosti ii
i tRn
NtF 1
relativna frekvenca odpovedi tn
Ntf
ii
Δ
Δ
intenzivnost okvarjanja tn
Ntλ
isr
ii
Δ
Δ
,
srednji čas obratovanja
z
i
iii
sr Ntt
nt
1
1Δ·
2
1
1 Gradimir Ivanović, Dragutin Stanivuković: Pouzdanost tehničkih sistema - zbirka rešenih zadataka, Mašinski fakultet, Beograd, 1987
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov
navodila za avditorne vaje
4 študijsko leto: 2018/2019
A Naloga
Med preizkušanjem 1000 ventilov med obratovanjem so v 6000 urah odpovedali vsi ventili. Odpovedi ventilov so evidentirane v intervalih po 1000 ur obratovanja, kot je prikazano v tabeli. Za dane podatke: a) določi in nariši funkcijo zanesljivosti R(t) b) določi in nariši funkcijo nezanesljivosti F(t) c) nariši histogram odpovedi
podatki izračun t ΔN N R F f h
0 0 1000 80 2000 120 3000 200 4000 100 5000 300 6000 200
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov
navodila za avditorne vaje
5 študijsko leto: 2018/2019
2 Porazdelitve p
ora
zdel
itev
par
amet
ri
po
razd
elit
ven
a fu
nk
cija
ko
mp
lem
enta
rna
ku
mu
lati
vn
a p
ora
zdel
itv
ena
fun
kci
ja
no
rmal
na
m, σ
2
2
2
2
1σ
mt
eπσ
t
σ
mt
eπσ
2
2
2
2
1
eksp
on
entn
a
λ tλeλ tλe
Wei
bu
llo
va
β, η
β
η
tβ
eη
t
η
β
1
β
η
t
e
f(t)
tf(t)
t
f(t)
t
β = 1
β > 1β < 1
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov
navodila za avditorne vaje
6 študijsko leto: 2018/2019
B Naloga
V tabeli so prikazani podatki o okvarah v časovnih intervalih Δt = 1000 h. Grafično prikaži a) funkcijo zanesljivosti, b) relativno frekvenco odpovedi in c) intenzivnost okvarjanja. d) Določi srednji čas obratovanja.
C Naloga
V nalogi B na podlagi diagrama frekvence odpovedi predpostavimo, da pojavljanje odpovedi ustreza eksponentni funkciji z vrednostjo parametra porazdelitve λ = 0,496·10-3. a) Nariši funkcijo zanesljivosti R(t) v ustrezno mrežo. b) Izračunaj srednji čas obratovanja glede na porazdelitev, ki jo pokaže funkcija
zanesljivosti. c) Ugotovi možnost sprejetja ali zavrnitve hipoteze, da izbrana porazdelitev ustreza z
zanesljivostjo P = 0,9. d) Grafično prikaži največje odstopanje med dejansko in predpostavljeno funkcijo
zanesljivosti. e) Določi karakterističen čas obratovanja za verjetnost odpovedi F(t) = 0,1.
t ΔN h
0 1000 41 2000 19 3000 14 4000 8 5000 6 6000 3 7000 2 8000 1 9000 1
10000 1
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov
navodila za avditorne vaje
7 študijsko leto: 2018/2019
D Naloga
Na vzorcu 1000 elektronskih stikal je bila narejena analiza pojavljanja okvar. Število okvar je razdeljeno v časovne intervale po 1000 h. Nariši funkcijo zanesljivosti R(t), frekvenco odpovedi f(t) in intenzivnost okvarjanja λ(t). Na podlagi dobljenih diagramov ugotovi, kateri od osnovnih porazdelitev najbolj ustrezajo predstavljeni podatki. Za možne porazdelitve nariši teoretično funkcijo zanesljivosti Rt(t) in oceni parametre porazdelitve.
t ΔNi h
0 1000 20 2000 25 3000 35 4000 50 5000 30
6000 50 7000 40 8000 40 9000 50
10000 30 11000 40 12000 40 13000 50 14000 40 15000 50 16000 40
17000 50 18000 40 19000 50 20000 35 21000 35 22000 50 23000 35 24000 25
25000 30 26000 20
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov
navodila za avditorne vaje
8 študijsko leto: 2018/2019
E Naloga
V tabeli so podatki o okvarah 100 ležajev motorjev z notranjim zgorevanjem. a) Na podlagi empiričnih podatkov izračunaj in grafično prikaži
funkcije R(t), f(t) in λ(t). b) Podatke vriši v diagram za Weibullovo porazdelitev in oceni
parametre porazdelitve, oziroma oceni, če je bolj primerno podatke razdeliti v podskupine zgodnjih, naključnih in poznih odpovedi.
c) Če je potrebno podatke razdeliti v podskupine, za vsako podskupino oceni parametre porazdelitve.
d) Določi zakon porazdelitve za celoten vzorec. e) Z verjetnostjo P = 0,99 preveri, če lahko sprejmemo teoretično
porazdelitev funkcije zanesljivosti. f) Grafično prikaži še funkciji f(t) in λ(t) za skupno teoretično
porazdelitev.
t ΔN
h 0
1000 20 2000 6 3000 4 4000 21 5000 3 6000 2 7000 2 8000 2 9000 1
10000 2 11000 18 12000 10 13000 5 14000 4
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov
navodila za avditorne vaje
9 študijsko leto: 2018/2019
Koeficienti zaupanja za test Kolmogorov-Smirnova dα
velikost vzorca
n
stopnja tveganja α
0,20 0,15 0,10 0,05 0,01
1 0,900 0,925 0,950 0,975 0,995 2 0,684 0,726 0,776 0,842 0,929 3 0,565 0,597 0,642 0,708 0,828 4 0,494 0,525 0,564 0,624 0,733 5 0,446 0,474 0,510 0,565 0,669 6 0,410 0,436 0,470 0,521 0,618 7 0,381 0,405 0,438 0,486 0,577 8 0,358 0,381 0,411 0,457 0,543 9 0,339 0,360 0,388 0,432 0,514
10 0,322 0,342 0,368 0,410 0,490 11 0,307 0,326 0,352 0,391 0,468 12 0,295 0,313 0,338 0,375 0,450 13 0,284 0,302 0,325 0,361 0,433 14 0,274 0,292 0,314 0,349 0,418 15 0,266 0,283 0,304 0,338 0,404 16 0,258 0,274 0,295 0,328 0,392 17 0,250 0,266 0,286 0,318 0,381 18 0,244 0,259 0,278 0,309 0,371 19 0,237 0,252 0,272 0,301 0,363 20 0,231 0,246 0,264 0,294 0,356 25 0,210 0,220 0,240 0,270 0,320 30 0,190 0,200 0,220 0,240 0,290 35 0,180 0,190 0,210 0,230 0,270
> 35 n
07,1
n
14,1
n
22,1
n
36,1
n
63,1
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov
navodila za avditorne vaje
10 študijsko leto: 2018/2019
3 Zanesljivost sistemov
Tehnični sistemi predstavljajo sklope elementov in njihovih medsebojnih povezav, ki zagotavljajo uspešno opravljanje nalog, katerim so namenjeni. Za funkcioniranje celotnega sistema je poleg zanesljivosti posameznih elementov pomemben tudi način, na kakršnega so elementi povezani v sistem. Osnovni načini povezav elementov v sisteme so zaporedna vzporedna pasivna vzporedna delna vzporedna specifična (kvazi-zaporedna, kvazi-vzporedna) kompleksna Pri določevanju skupne zanesljivosti sistema velja, da za skupino zaporedno vezanih elementov je skupna zanesljivost
N
i
iRR1
za skupino vzporedno vezanih elementov je skupna zanesljivost
R = 1 – F
pri tem je
N
i
iFF1
Fi = 1 – Ri
lahko zapišemo tudi
N
i
iRR1
11
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov
navodila za avditorne vaje
11 študijsko leto: 2018/2019
A Naloga
Za sisteme prikazane na slikah določi zanesljivost celotnih sistemov, če so zanesljivosti posameznih elementov RA = 0,9, RB = 0,8, RC = 0,7, RD = 0,6. Kateri sistem je najzanesljivejši in kateri je najmanj zanesljiv?
a)
b)
c)
d)
B Naloga
Določi zanesljivost sistema prikazanega na shemi. Upoštevaj, da so zanesljivosti posameznih elementov R1 = 0,9, R2 = 0,85, R3 = 0,8, R4 = 0,75, R5 = 0,95 in R6 = 0,7. Čas obratovanja posameznih elementov so enaki času obratovanja sistema.
C Naloga
Določi zanesljivost sistema prikazanega na shemi. Sistem uspešno deluje, če a) deluje element A in vsaj eden izmed elementov C1 in C2, b) element A ne deluje, deluje pa vsaj eden izmed parov B1 – C1 in B2 – C2. Zanesljivosti elementov so RA = 0,3, RB = RB1 = RB2 = 0,1, RC = RC1 = RC2 = 0,2.
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov
navodila za avditorne vaje
12 študijsko leto: 2018/2019
D Naloga
Sistem je sestavljen iz dveh zaporedno vezanih podsistemov. Zanesljivost prvega pri času t = 100 h je R1(100) = 0,999, drugega pa pri času t = 10 h R2(10) = 0,989. Določi zanesljivost celotnega sistema pri času t = 200 ur. Zanesljivost obeh sistemov ustreza eksponentni porazdelitvi.
E Naloga
Sistem na shemi je sestavljen iz dveh vzporedno vezanih elementov, za katera sta znana srednja časa obratovanja pred prvo okvaro t1 = 500 h in t2 = 400 h. Določi srednji čas obratovanja za celoten sistem pri predpostavki, da imata oba elementa eksponentno porazdelitev zanesljivosti.
F Naloga
Po dva elementa A in B sestavljajo sistem, kakršen je prikazan na shemi. Vsi elementi imajo eksponentno porazdelitev zanesljivosti z intenzivnostjo okvarjanja λA = 0,3·10-3 h-1 in λB = 0,2·10-3 h-1. Določi zanesljivost sistema pri času t = 100 h, srednji čas obratovanja, relativno frekvenco odpovedi in intenzivnost okvarjanja za celoten sistem.
4 Zaključna naloga
Prikaži časovno odvisnost zanesljivosti sistema, prikazanega na shemi. Posamezni elementi ustrezajo tistim, ki smo jih obravnavali v nalogah 1-B, 1-D in 1-E. Za celoten sistem določi srednji čas obratovanja in karakterističen čas za verjetnost okvare 0,1.
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov
navodila za avditorne vaje
13 študijsko leto: 2018/2019
5 Učinkovitost obratovanja
Energija je pomemben sestavni del življenja in vseh procesov, ki potekajo v naravi, enako pa tudi vseh procesov, so nujno potrebni za ohranitev in nadaljnji razvoj sodobne družbe. V ta namen sta predvsem pomembni dve obliki energije – toplota in mehansko delo. Po prvem zakonu termodinamike je energija neuničljiva, kar pomeni, da jo lahko uporabljamo, ne moremo pa je porabiti. Pri rabi energije se ta samo spremeni v drugačno obliko, ki za nadaljnjo uporabo ni več primerna v enaki meri, ali pa postane celo povsem neuporabna. Če se zavedamo, da energije enako, kot je ni mogoče uničiti, tudi ni mogoče ustvariti, je nujno, da pri rabi energije posebno pozornost posvečamo čim večji učinkovitosti, saj neustrezno uporabljene energije večinoma ni več mogoče ponovno pretvoriti v uporabno obliko.
A Energija
Energija je ena osnovnih fizikalnih količin. Je neusmerjena (skalarna) veličina in je povezana s sposobnostjo opravljanja dela in/ali vira toplote. Poimenovanje izhaja iz grškega ενέργεια: energeia – dejavnost, oziroma ενεργός: energos – dejaven, delaven. Po zakonu o ohranitvi energije se skupna energija sistema spremeni natanko za prejeto ali oddano delo ali toploto. Energije torej ne moremo ustvariti ali uničiti – če se je denimo na račun oddanega dela zmanjšala skupna energija opazovanega sistema, se je za natanko toliko na račun prejetega dela povečala energija njegove okolice.
(http://sl.wikipedia.org/wiki/Energija) Za tehnično uporabo je bolj primerna razširjena oblika zakona o ohranitvi energije, ki poleg toplote, kalorične notranje energije in mehanskega dela upošteva še nekatere druge oblike energije in velja za odprte, kontinuirano delujoče sisteme.
izgizg QWzmzmgcmcmVpVpUUWQ 1122211
2221122121212
2
1
Desna stran enačbe: toplota, ki jo sistem izmenja z okolico (pozitivna, če jo dovajamo, in negativna, če
jo odvajamo iz sistema) tehnično delo, ki ga sistem izmenja z okolico (pozitivno, če ga pridobivamo, in
negativno, če ga v sistemu porabljamo) Leva stran enačbe:
(kalorična) notranja energija volumensko delo kinetična energija potencialna energija izgube v obliki dela ali toplote
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov
navodila za avditorne vaje
14 študijsko leto: 2018/2019
B Eksergija
Prvi zakon termodinamike (zakon o ohranitvi energije) obravnava vse oblike energije kot enakovredne in načeloma dopušča popolno preobrazbo ene oblike energije v katerokoli drugo obliko, tudi v mehansko delo. V praksi se izkaže, da to ni vedno mogoče, zato energijo razdelimo na del, ki ga je mogoče v celoti pretvoriti v druge oblike energije (eksergija) in del, ki ga ni mogoče pretvarjati v druge oblike energije (anergija). Za pretvorbe energije je nujna neka potencialna razlika med dvema sistemoma, npr. temperaturna razlika za pojav toplotnega toka, višinska razlika je pogoj za potencialno energijo, napetostna razlika povzroči električni tok itd. Na podlagi te potencialne razlike lahko pridobivamo iz nekega sistema določeno energijo (toploto, delo,…), obenem pa se potencialna razlika zmanjšuje. Pri tem obstajajo različno 'kvalitetni' načini pridobivanja energije, glede na to, kako poteka proces zmanjševanja potencialne razlike. Začetni potencial snovi je odvisen od njenega začetnega stanja, najnižji končni potencial, ki ga ni potrebno vzdrževati z dodatnim vlaganjem energije, pa je lokalna okolica, kjer poteka proces. Temperatura, tlak, višinska razlika,… se v skrajnem primeru lahko izenačijo z okolico in v tem primeru iz snovi pridobimo največ energije. Ta del energije imenujemo tudi eksergija. Razlika med potencialom okolice in absolutno najnižjim potencialom (npr. temperatura 0 K), pa je del energije, ki je ni mogoče izkoristiti in jo imenujemo anergija.
ENERGIJA = EKSERGIJA + ANERGIJA
EKSERGIJA je pretvorljivi del energije in jo lahko definiramo na različne načine
- je energija, ki jo je mogoče pri danem stanju okolice v celoti pretvoriti v vsako drugo
obliko energije
- je največje delo, ki ga je mogoče dobiti v tehniški napravi iz snovi danega začetnega
stanja
- je najmanjše potrebno delo, da snov iz stanja okolice prevedemo na drugo stanje ob
pogoju, da toploto dovajamo samo iz okolice V posameznih oblikah energije predstavlja eksergija naslednje deleže:
potencialna energija: okpot zzgmE
kinetična energija: 22
2okkin cc
mE
tehniško delo: tteh WE
električna energija: tIUWE elel
toplota: QQ
T
TTE C
okQ η
Eksergija je torej večinoma odvisna tudi od stanja okolice, ker to omejuje 'uporabnost' v snovi shranjene energije. Ko je delovna snov v ravnotežju z okolico, iz nje ne moremo več pridobivati energije, ne da bi jo jemali še od drugje. ANERGIJA je del energije, ki jo ni mogoče pretvoriti v druge oblike energije in prav tako ne v eksergijo. Čista anergija je notranja energija okolice.
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov
navodila za avditorne vaje
15 študijsko leto: 2018/2019
6 Parno postrojenje za sočasno proizvodnjo toplote in elektrike (SPTE)
A Opis postrojenja
Termoenergetsko postrojenje za soproizvodnjo toplote in elektrike je sestavljeno iz parnega kotla; parne turbine z dvema reguliranima odjemoma pare; napajalnega rezervoarja, ki je hkrati regenerativni grelnik napajalne vode; toplotne postaje za ogrevanje omrežne vode; reducirno-hladilne postaje za zagotavljanje pare za toplotno postajo v primeru izpada
turbine.
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov
navodila za avditorne vaje
16 študijsko leto: 2018/2019
B Obratovalni režimi
Toplarniški:
Elektrarniški:
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov
navodila za avditorne vaje
17 študijsko leto: 2018/2019
Kotlarniški:
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov
navodila za avditorne vaje
18 študijsko leto: 2018/2019
C Podatki
gorivo, zrak, dimni plini
masni tok goriva 0,62 kg/s
sp. kurilnost goriva 17400 kJ/kg
masa zraka 7,7 kg/kg
masa dimnih plinov 8,55 kg/kg
spec. toplota dimnih plinov 1,205 kJ/kgK
spec. toplota zraka 1,005 kJ/kgK
okolica
temperatura 15 °C
tlak 1 bar
masni tokovi vode in pare
sveža para 3,75 kg/s
odjem za NR 0,776 kg/s
odjem za TP 2,34 kg/s
voda za hladilnik pare 0,482 kg/s
omrežna voda 25 kg/s
parametri vode in pare
T p x
°C bar
napajalna voda 170 60
sveža para 480 60
odjem za NR 250 8
odjem za TP 165 3
izstop iz turbine 0,05 0,906
izstop iz toplotne postaje 130 3
omrežna voda - vstop 60 3
omrežna voda - izstop 110 3
temperature dimnih plinov
pred pregrevalnikom 936,0 °C
pred grelnikom vode 589,0 °C
pred grelnikom zraka 300,0 °C
izstop iz kotla 142,0 °C
temperature zraka
pred grelnikom zraka 15,0 °C
za grelnikom zraka 225,0 °C
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov (2018/2019)
Datum Ime in priimek Vpisna številka Podpis
7 Parametri delovnih snovi
A Toplarniški režim
točka snov p T x h s e m
bar °C kJ/kg kJ/kgK kJ/kg kg/s
A1
A2
A3
A4
B1
B2
B3
B4
C1
C2
C3
C4
D1
D2
D3
D4
E1
E2
F1
F2
G1
G2
H1
H2
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov (2018/2019)
Datum Ime in priimek Vpisna številka Podpis
točka snov p T x h s e m
bar °C kJ/kg kJ/kgK kJ/kg kg/s
J1
J2
J3
L1
L2
L3
M1
M2
N1
N2
N3
N4
z,ok
d,ok
v,ok
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov (2018/2019)
Datum Ime in priimek Vpisna številka Podpis
B Kotlarniški režim
točka snov p T x h s e m
bar °C kJ/kg kJ/kgK kJ/kg kg/s
K1
K2
L2
L3
M1
M2
N1
N2
N3
N4
P1
P2
R1
R2
R3
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov (2018/2019)
Datum Ime in priimek Vpisna številka Podpis
8 Izguba eksergije pri prenosu toplote
Ugotovi, kako se prenašata energija in eksergija v enostavnem protitočnem površinskem prenosniku toplote. Upoštevaj podatke za: - grelnik zraka - grelnik vode - pregrevalnik pare Temperatura okolice je 15 °C. Rezultati:
prenosnik toplote:
toplotni tok, ki ga odda topla snov: Qodd =
toplotni tok, ki ga sprejme hladna snov: Qspr =
eksergijski tok, ki ga odda topla snov: Eodd =
eksergijski tok, ki ga sprejme hladna snov: Espr =
srednjo temperaturo odvoda toplote: Tm,od =
srednjo temperaturo dovoda toplote: Tm,do =
energijski izkoristek: η =
eksergijski izkoristek: ξ =
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov (2018/2019)
Datum Ime in priimek Vpisna številka Podpis
9 Izguba eksergije v mešalnem prenosniku toplote
Za primer mešalnega prenosnika toplote, kakršen je prikazan na shemi, določi spremembo skupne eksergije sistema, če je temperatura okolice enaka 15 °C. Kaj je vzrok za spremembo eksergije? Upoštevaj podatke za: - napajalni rezervoar1 - hladilnik pare v reducirno-hladilni postaji2
Rezultati:
prenosnik toplote:
vstopajoči toplotni tok: Qvst =
izstopajoči toplotni tok: Qizst =
vstopajoči eksergijski tok: Evst =
izstopajoči eksergijski tok: Eizst =
izgubljeni eksergijski tok: ΔEizg =
Kateri nepovračljivi procesi povzročijo izgubo eksergijskega toka?
1 temperatura vode iz kondenzatorja je pribl. 33 °C 2 vstopna para ima temperaturo pribl. 448 °C, voda za hlajenje pare ima temperaturo 130 °C
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov (2018/2019)
Datum Ime in priimek Vpisna številka Podpis
10 Energijski in eksergijski tokovi v turbini
Za podatke visokotlačne, srednjetlačne in nizkotlačne turbine izračunaj - moč turbine, - vstopajoče in izstopajoče energijske tokove, - vstopajoče in izstopajoče in eksergijske tokove
ter - energijsko in eksergijsko bilanco Izračun opravi za dejanske razmere in za primer ekspanzije v idealni turbini. Rezultati:
turbina:
dejanska turbina idealna turbina
vstopajoči energijski tok: Qvst =
izstopajoči energijski tok: Pt =
Qizst =
vstopajoči eksergijski tok: Evst =
izstopajoči eksergijski tok: Et =
Eizst =
energijska bilanca: ΔQ =
eksergijska bilanca: ΔE =
notranji izkoristek: η =
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov (2018/2019)
Datum Ime in priimek Vpisna številka Podpis
11 Reducirno-hladilna postaja
Za sistem na shemi določi energijske in eksergijske tokove za primer, ko a) teče vsa para skozi turbino, b) spremenimo parametre pare v reducirno-
hladilni postaji. Skiciraj oba primera v h-s diagramu. Upoštevaj, da je tlak okolice 1 bar, temperatura pa 15 °C. Rezultati:
energijski tok
kW eksergijski tok
kW
obratovanje s turbino
vstop:
turbina:
odjem za napajalni rezervoar:
odjem za toplotno postajo:
izstop iz turbine:
izguba:
obratovanje z reducirno-hladilno postajo
vstop:
za reducirnim ventilom:
hladilna voda:
za hladilnikom pare:
izguba v reducirnem ventilu:
izguba v hladilniku pare:
skupna izguba:
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov (2018/2019)
Datum Ime in priimek Vpisna številka Podpis
12 Eksergijska analiza parnega kotla
Za znane podatke o obratovanju industrijskega parnega kotla analiziraj energijske in eksergijske tokove v uparjalniku, pregrevalniku pare, grelniku vode in grelniku zraka. Izračunaj energijski in eksergijski izkoristek kotla. Rezultati:
temperatura
preneseni en. tok vstop topli
izstop topli
vstop hladni
izstop hladni
kW °C °C °C °C
uparjalnik D3 D4 D1 D2
pregrevalnik pare C3 C4 C1 C2
grelnik vode B3 B4 B1 B2
grelnik zraka A3 A4 A1 A2
oddani eks. tok
kW sprejeti eks. tok
kW izguba eks. toka
kW izguba eks. toka
%
uparjalnik
pregrevalnik pare
grelnik vode
grelnik zraka
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov (2018/2019)
Datum Ime in priimek Vpisna številka Podpis
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
tem
per
atu
ra /
°C
toplotni tok / kW
Učinkovitost in zanesljivost energetskih sistemov (2018/2019)
Datum Ime in priimek Vpisna številka Podpis
13 Soproizvodnja toplote in električne energije
Delovanje kogeneracijskega postrojenja primerjaj z ločeno proizvodnjo elektrike (v istem postrojenju, ki obratuje v elektrarniškem režimu) in toplote v kotlovnici z izkoristkom 92 %. V elektrarniškem režimu proizvajamo enako moč turbine kot pri soproizvodnji, prav tako v kotlarni pridobivamo enako toplotno moč z enakimi parametri omrežne vode kot v toplotni postaji pri soproizvodnji.
toplarna elektrarna kotlarna el. + kot.
masni tokovi
sveža para msp kg/s
regenerativno gretje mnr kg/s
toplotna postaja mtp kg/s
kondenzator miz kg/s
energijski tokovi
turbina Pt kW
toplotna postaja Qtp kW
kotel Qk kW
gorivo Qg kW
eksergijski tokovi
turbina Et kW
toplotna postaja Etp kW
gorivo Eg kW
izkoristek
energijski η %
eksergijski ξ %
toplar. razmernik χ