Transcript Wat is het vermogen van een fornuis dat

Energiesysteemanalyse Thermische Centrales
College TB142Ea, 19 mei 2014
Dr.ir. Gerard P.J. Dijkema
Faculty of Technology, Policy and Management
Industry and Energy Group
PO Box 5015, 2600 GA Delft, The Netherlands
E.On kolencentrales, Maasvlakte, Rotterdam.
G.P.J. Dijkema © 5 mei 2014
Kringproces: warmte -> kracht
warmtebron
“cold sink”
Energie systeemanalyse
Kringproces: warmte -> kracht
warmtebron
“cold sink”
Energie systeemanalyse
warmtebron
•
Brandstof
•
Systeem
Aardgas, steenkool
(biomassa, bruinkool, stookolie)
•
Verstookt in industrieel fornuis
•
•
•
Energie systeemanalyse
Verbrandingsreactie
Verbranding met lucht
Overmaat lucht in verband met
veiligheid, en volledige verbranding
om emissies (CO, roet, onverbrande
koolwaterstoffen te vermijden
Control volume: fornuis
Onderscheid de fornuiszijde en de
mediumzijde
Energietransformaties:
Fornuiszijde: LHVBrandstof –-> Q
Mediumzijde: Q –-> opwarming,
verdamping (faseovergang)
Analyse
Inputs fornuiszijde: brandstof, lucht
Outputs fornuiszijde: rookgas, Q
Inputs mediumzijde: koud medium, Q
Output mediumzijde: warm medium
Energie systeemanalyse
warmtebron
•
•
•
Energie systeemanalyse
Wat is het vermogen van een fornuis dat
gevoed wordt met 10 kilogram methaan
per seconde?
Systeem
Wat is de minimale luchttoevoer?
Energietransformaties:
Aan de water/stoom
zijde wordt 10 kg/s
o
water van 15 C toegevoerd bij een druk
van 180 bar. Wat is de uittredende
stoomtemperatuur?
Control volume: fornuis
Onderscheid de fornuiszijde en de
mediumzijde
Fornuiszijde: LHVBrandstof –-> Q
Mediumzijde: Q –-> opwarming,
verdamping (faseovergang)
Analyse
Inputs fornuiszijde: brandstof, lucht
Outputs fornuiszijde: rookgas, Q
Inputs mediumzijde: koud medium, Q
Output mediumzijde: warm medium
Energie systeemanalyse
Thermische centrale
HP-steam
generation
Water
water
Rookgas
Power
generation
Warmte
Overdracht
Exhaust
stoom
(LHV → Q)
Fuel
T
E
Power
Verlies
Water
Air
Air
supply
Bron: http://www.spiraxsarco.com/resources/steam-tables.asp
Bron: http://www.spiraxsarco.com/resources/steam-tables.asp
Energie systeemanalyse
warmtebron
•
•
•
Wat is het vermogen van een fornuis dat
gevoed wordt met 11 kilogram methaan
per seconde?
Systeem
Wat is de minimale luchttoevoer?
Energietransformaties:
Aan de water/stoom zijde wordt 100 kg/s
water van 350 oC toegevoerd bij een druk
van 180 bar. Wat is de uittredende
stoomtemperatuur?
Control volume: fornuis
Onderscheid de fornuiszijde en de
mediumzijde
Fornuiszijde: LHVBrandstof –-> Q
Mediumzijde: Q –-> opwarming,
verdamping (faseovergang)
Analyse
Inputs fornuiszijde: brandstof, lucht
•
•
•
•
Cp water = 13.03 [kJ/kg/K]
T vaporization = 357 oC
Outputs fornuiszijde: rookgas, Q
Heat of vaporization = 769 [kJ/kg]
Output mediumzijde: warm medium
Inputs mediumzijde: koud medium, Q
Cp steam = 22.4 [kJ/kg/K]
Energie systeemanalyse
Kringproces: warmte -> kracht
warmtebron
“cold sink”
Energie systeemanalyse
Kringproces: warmte -> kracht
warmtebron
“cold sink”
Energie systeemanalyse
“cold sink”
•
Sink
•
•
•
•
Systeem
Koelwater
Control volume: warmtewisselaar
Uit rivier, meer, zee
Onderscheid de proceszijde en de
omgevingszijde
Of van koeltoren
(Rest) warmteoverdracht in
warmtewisselaar
•
•
•
Energiesysteemanalyse
Warmteoverdracht
Drijvende kracht:
temperatuurverschil
Meestal grote koelwaterstroom, om
oppervlak warmtewisselaar
acceptabel te houden
Energietransformatie:
Q bij hoge temperatuur –-> Q lagere
temperatuur
Proceszijde: Q –-> condensatie en afkoeling
Omgevingszijde: opwarming, verdamping
(faseovergang)
Analyse
Inputs proceszijde: medium, Tin
Outputs proceszijde: medium, Tuit
Omgevingszijde: idem
Energie systeemanalyse
Proceszijde
Q_IN
Omgevingszijde
Q_OUT
Warmte
Overdracht
Q_UIT
Energie systeemanalyse
Q_IN
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
o
van ingenomen rivierwater 3 C bedraagt,
hoe groot is dan de koelwaterstroom?
Energiesysteemanalyse
Systeem
Control volume: warmtewisselaar
Onderscheid de proceszijde en de
omgevingszijde
Energietransformatie:
Q bij hoge temperatuur –-> Q lagere
temperatuur
Proceszijde: Q –-> condensatie en afkoeling
•
Als de centrale is uitgerust met een
koeltoren, hoeveel water wordt dan
verdampt?
Omgevingszijde: opwarming, verdamping
(faseovergang)
Analyse
Inputs proceszijde: medium, Tin
Outputs proceszijde: medium, Tuit
Omgevingszijde: idem
Energie systeemanalyse
Bron: http://www.spiraxsarco.com/resources/steam-tables.asp
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 oC bedraagt,
hoe groot is dan de koelwaterstroom?
Energiesysteemanalyse
Systeem
Control volume: warmtewisselaar
Onderscheid de proceszijde en de
omgevingszijde
Energietransformatie:
Q bij hoge temperatuur –-> Q lagere
temperatuur
Proceszijde: Q –-> condensatie en afkoeling
•
Als de centrale is uitgerust met een
koeltoren, hoeveel water wordt dan
verdampt?
Omgevingszijde: opwarming, verdamping
(faseovergang)
Analyse
Inputs proceszijde: medium, Tin
•
•
De Cp van water bij 1 bar en 15oC is 4.2
[kJ/kg/K]
Outputs proceszijde: medium, Tuit
Omgevingszijde: idem
De verdampingsenthalpie is 2256 [kJ/kg]
Energie systeemanalyse
Kringproces: warmte -> kracht
warmtebron
“cold sink”
Energie systeemanalyse
Energiesysteemanalyse
Typische vragen
Systeem
•
•
•
•
•
Een afvalverbrandingsinstallatie verwerkt
1,1 miljoen ton huisvuil per jaar.
De LHV van huisvuil is 13 [MJ/kg]
o
De vuurhaardtemperatuur is 800 C
Control volume: installatie
Onderscheid de warmtebron en de cold sink
Energietransformatie:
Q –-> w
Via stoomcyclus
Wat is het thermisch vermogen?
Analyse
Input Q at Tin (Th)
Hoeveel elektriciteit kan de installatie
maximaal opwekken?
Output w
Output Q at Tout (Tc)
Bereken
Carnot factor
Input Q
Energie systeemanalyse