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
“cold sink”
Kringproces: warmte --
> kracht
warmtebron
Energie systeemanalyse
“cold sink”
Kringproces: warmte --
> kracht
warmtebron
Energie systeemanalyse
warmtebron
Energie systeemanalyse
•
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 vermijdenSysteem
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?•
Wat is de minimale luchttoevoer?•
Aan de water/stoom zijde wordt 10 kg/s water van 15 oC toegevoerd bij een druk van 180 bar. Wat is de uittredende
stoomtemperatuur?
Systeem
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
HP-steam generation
Air supply
Power generation
Air
E
Water
Fuel
Water Power Exhaust
T
Thermische centrale
stoom water
(LHV → Q)
Rookgas
Verlies
Warmte Overdracht
Bron: http://www.spiraxsarco.com/resources/steam-tables.asp
Bron: http://www.spiraxsarco.com/resources/steam-tables.asp
warmtebron
Energie systeemanalyse
•
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 oC toegevoerd bij een druk van 180 bar. Wat is de uittredendestoomtemperatuur?
•
Cp water = 13.03 [kJ/kg/K]•
T vaporization = 357 oC•
Heat of vaporization = 769 [kJ/kg]•
Cp steam = 22.4 [kJ/kg/K]Systeem
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
“cold sink”
Kringproces: warmte --
> kracht
warmtebron
Energie systeemanalyse
“cold sink”
Kringproces: warmte --
> kracht
warmtebron
Energie systeemanalyse
Energie systeemanalyse
•
Sink•
Koelwater•
Uit rivier, meer, zee•
Of van koeltoren•
(Rest) warmteoverdracht in warmtewisselaar•
Warmteoverdracht•
Drijvende kracht:temperatuurverschil
•
Meestal grote koelwaterstroom, om oppervlak warmtewisselaaracceptabel te houden
Systeem
Control volume: warmtewisselaar Onderscheid de proceszijde en de
omgevingszijde 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
“cold sink” Energiesysteemanalyse
Energie systeemanalyse
Q_UIT Q_IN
Warmte Overdracht
Q_IN
Q_IN
Proceszijde Omgevingszijde Q_OUT
Energie systeemanalyse
•
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?
•
Als de centrale is uitgerust met een koeltoren, hoeveel water wordt dan verdampt?Systeem
Control volume: warmtewisselaar Onderscheid de proceszijde en de
omgevingszijde 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
Typische vragen: Energiesysteemanalyse
Bron: http://www.spiraxsarco.com/resources/steam-tables.asp
Energie systeemanalyse
•
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?•
Als de centrale is uitgerust met een koeltoren, hoeveel water wordt dan verdampt?•
De Cp van water bij 1 bar en 15oC is 4.2 [kJ/kg/K]•
De verdampingsenthalpie is 2256 [kJ/kg]Systeem
Control volume: warmtewisselaar Onderscheid de proceszijde en de
omgevingszijde 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
Energiesysteemanalyse
Typische vragen:
“cold sink”
Kringproces: warmte --
> kracht
warmtebron
Energie systeemanalyse
Energie systeemanalyse
•
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?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
