Analiza wpływu parametrów wody chłodzącej skraplacza na efektywność energetyczną upustowo-kondensacyjnej turbiny parowej
[ 1 ] Wydział Inżynierii Mechanicznej, Politechnika Poznańska | [ D ] doktorant
[ 1 ] Politechnika Poznańska | [ E ] pracownik emerytowany
[ 1 ] Instytut Energetyki Cieplnej, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Politechnika Poznańska | [ P ] pracownik
EN The analysis of influence of cold condenser cooling water parameters on energetic efficiency of extraction-condensing steam turbine
polski
- skraplacz
- turbina parowa
- sprawność
- cold condenser
- steam turbine
- efficiency
PL W rozprawie doktorskiej przeanalizowany został wpływ warunków pracy skraplacza parowego na osiągi turbozespołu pracującego w układzie ciepłowniczo-kondensacyjnym. Badano możliwość poprawy wskaźników techniczno-ekonomicznych turbozespołu poprzez regulację przepływu wody chłodzącej przez skraplacz turbiny parowej. Praca składa się z ośmiu rozdziałów opisujących część teoretyczną oraz eksperymentalną rozprawy. W pierwszym rozdziale opisano rozpoznanie stanu wiedzy, przedstawiono tezę oraz cel i zakres pracy. W rozdziale drugim zaprezentowano podstawowe wielkości charakterystyczne pracy skraplacza oraz wybrane modele obliczeniowe wymiany ciepła w kondensatorze pary. W kolejnym rozdziale zaprezentowano modele numeryczne pozwalające na analizę wpływu zmiany parametrów chłodzenia skraplacza pary na efektywność turbozespołu. Przedstawiono algorytm wyznaczenia ciśnienia w skraplaczu dla różnych warunków pracy turbiny oraz zmiennych parametrów chłodzenia kondensatora. Zdefiniowano efekt energetyczny i przedstawiono algorytm wyznaczania tego parametru. W rozdziale czwartym opisano część eksperymentalną badań, przedstawiono opis badanej instalacji, omówiono zakres pomiarów, warunki pracy turbozespołu, metodykę pomiarów i obliczeń wraz z wynikami oraz opisano zastosowaną aparaturą pomiarową. W kolejnym rozdziale zaprezentowano analizę porównawczą wartości obliczeniowych ciśnienia w kondensatorze uzyskanych na podstawie modelu numerycznego oraz danych eksperymentalnych. Przedstawiono kroki podjęte celem walidacji modelu numerycznego oraz przedstawiono wyniki symulacji numerycznych. W rozdziale szóstym zaprezentowano analizę potencjalnych efektów energetycznych oraz środowiskowych, uzyskanych w wyniku dopasowania przepływu wody chłodzącej dla danych warunków pracy instalacji i temperatury wody chłodzącej na wlocie do skraplacza. Analizę wykonano na podstawie rzeczywistych danych pracy bloku energetycznego w wybranym roku kalendarzowym. W rozdziale siódmym dokonano podsumowania wyników rozprawy doktorskiej oraz zaprezentowano wnioski wynikające z przedstawionych rozważań. W części teoretycznej rozprawy przedstawiono wybrane modele numeryczne transportu ciepła w kondensatorze parowym oraz zaprezentowano zerowymiarowy model numeryczny pozwalający na wyznaczenie ciśnienia w skraplaczu parowym, w stanach ustalonych, dla zdefiniowanych parametrów pracy turbozespołu. Model numeryczny został napisany w środowisku Microsoft Excel, przy wykorzystaniu języka Visual Basic, a obliczenia realizowane były metodą iteracyjną. W oparciu o wykonane przez dostawcę turbiny krzywe korekcyjne wpływu zmiany ciśnienia w skraplaczu na moc elektryczną turbozespołu oraz charakterystyki poboru mocy pomp wody chłodzącej zaproponowano model numeryczny pozwalający na wyznaczenie efektywności energetycznej turbozespołu w funkcji przepływu wody chłodzącej dla zmiennej temperatury wody chłodzącej. W części eksperymentalnej rozprawy przedstawiono badania obiektowe wykonane na turbozespole nr 1 o mocy elektrycznej 120 MW, zainstalowanym w Elektrociepłowni Kraków, za pomocą wysokiej klasy aparatury pomiarowej. Na podstawie danych pomiarowych uzyskano dane wejściowe do modeli numerycznych. Wyniki symulacji numerycznej efektu energetycznego turbozespołu dla zmiennych parametrów chłodzenia kondensatora przedstawiono w postaci wykresów bezwymiarowych.
EN In this doctoral thesis it has been analysed how the operating conditions of steam condenser affect the performance of a turbine-generator unit operating in a district heating-condensing system. It has been investigated if the performance and cost-related parameters of the turbine-generator unit can be improved by adjusting the cooling water flow through the steam turbine condenser. This work consist of eight chapters describing theoretical and experimental part of the thesis. In chapter one the current status of knowledge has been presented and the proposition as well as purpose and scope of the thesis are described. Chapter two presents the basic characteristic performance parameters of cold condenser operation as well as selected models of heat exchange in steam condenser. The next chapter presents numerical models which allow the analysis how the change of steam condenser cooling parameters affects the turbine-generator unit efficiency. An algorithm to determine the pressure in cold condenser for various turbine operating parameters as well as for varying cold condenser cooling parameters has been presented. The energy effect has been defined and the algorithm for calculating this parameter has been described. In chapter four the experimental part of the research has been presented, the tested plant has been described, the scope of test, turbine-generator unit operating parameters, test and calculation methodology have been discussed together with the results and the measuring instruments used have been described. In the next chapter the calculated pressures in cold condenser obtained based on the numerical model and experimental data have been compared and analysed. The steps taken in order to validate the numerical model have been presented as well as the results of numerical simulations. In chapter six the analysis of possible energy and environmental effects, obtained as a result of adjusting the cooling water flow to the respective operating parameters of the plant and cooling water temperature at the inlet to the cold condenser have been presented. For the analysis the actual plant parameters in a specific calendar year have been used. In chapter seven the results of this doctoral thesis have been summarised and conclusions of the discussion presented. In the theoretical part of this doctoral thesis the selected numerical models of heat transfer in steam condenser have been described and a zero-dimensional numerical model has been presented, which makes it possible to determine the pressure in steam condenser in steady-state conditions for the defined parameters of the turbine-generator unit operation. The numerical model has been developed for Microsoft Excel environment, in Visual Basic language, and the calculation were carried out using iteration method. Based on the correction curves prepared by the turbine supplier describing turbine-generator unit power output vs. pressure change in cold condenser as well as cooling water pump power consumption curves, a numerical method has been presented, which makes it possible to determine the turbine-generator unit energy efficiency vs. cooling water flow, for varying cooling water temperature. In the experimental part the field tests have been described, which were carried out on the 120 MW turbine-generator unit 1 installed in Combined Heat and Power Plant in Kraków, using high precision measuring instruments. Based on the measurement results the input data for the numerical model have been obtained. The results of the numerical simulation of the turbine-generator unit energy effect for varying condenser cooling parameters have been shown as dimensionless charts.
123
inżynieria mechaniczna
budowa i eksploatacja maszyn
DrOIN 2114
publiczny
Janusz T. Cieśliński
Gdańsk, Polska
20.01.2021
polski
publiczny
Witold Elsner
Częstochowa, Polska
04.02.2021
polski
publiczny
rozprawa doktorska
Poznań, Polska
18.03.2021
Rada Dyscypliny Inżynieria Mechaniczna Politechniki Poznańskiej
doktor nauk inżynieryjno-technicznych w dyscyplinie: Inżynieria Mechaniczna