TENTAMEN I KRAFTVÄRMESYSTEM, 5 p RÄKNEDEL

Transkript

1 UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad Fysik och Elektronik Robert Eklund Umeå den 20/ TENTAMEN I KRAFTVÄRMESYSTEM, 5 p RÄKNEDEL Tid: TORSDAGEN DEN 20/ kl 9-15 Hjälpmedel: 1. Kurslitteratur Pärm: Thermal engineering! Kjellström 2. Diagram Propertires of water and steam in SI-units 3. Valfri formelsamling tex. Physics handbook 4. Kurslitteratur i Termodynamik (Cengel, Thermodynamics m.fl.) 5. Miniräknare

2 1 En ångkraftanläggning som eldar träflis med 40 % fuktinnehåll producerar nominellt 11,3 kg / s ånga med p=90 bar och t = 500 C. Ångan går till en mottrycksturbin där den expanderar till ånga med värdena, 0,5 bar och en ånghalt på 0,97 (dvs. 3% vatteninnehåll) Efter fjärrvärmekondensorn råder mättnadsdata på kondensatet. Ut ur ekonomisern erhålles vätska med mättnadsdata samt ut ur förångaren mättad ånga. Försumma eventuella tryckfall! För turbin och generator gäller, η mek * η gen = 0,98 Rökgasdata: CO-halt 300 ppm ( volym ) [ O 2 ] vt= 3,5 % Rökgastemperatur anges till 160 C Askförlust i form av oförbränt i askan anges till 0,3 % av tillförd bränslemängd, värmevärdet på det brännbara i askan antages till 30 MJ / kg 8p Ledning: Siegerts formel får användas, samt data för vedbränsle enligt Westers Tabeller och Diagram. a. Beräkna bränsleflödet av träflis med värmevärdet 19 MJ / kg torrsubstans. b. Beräkna isentropverkningsgraden för turbinen. c. Beräkna alfa-värdet, dvs. förhållandet mellan el och värme produktion

3 2 Beräkna ångflödena från ångturbinens avtappning och avlopp om lika stor effekt skall överföras i de två fjärrvärmekondensorerna. För fjärrvärmevattnet antages konstant c p = 4,2 kj/kg,k. Admisionsdata för ångan är 30 bar, 500 C. Ångan kondenserar vid trycken 2 resp. 0.5 bar. Beräkna även producerad eleffekt och anläggningens α- värde. 28 bar 510 C p 1 = 2 bar η is =0,88 FV2 p 2 = 0,5 bar FV1 G η m =0,94 η g =0,98 60 C q mv =800 ton/h 100 C 5p

4

5 3 En gaskombianläggning ( gasturbin med avgaspanna för uppvärmning av fjärrvärmevatten) har följande momentana driftdata: utetemperatur +5 C kompressorns isentropa verkningsgrad = 0,85 Turbinens isentropa verkningsgrad = 0,89 tryckförhållande över kompressorn = 10 Brännkammarens verkningsgrad = 0,95 Tryckförlust över BK = 2.6% Mekaniska verkningsgraden för turbinen = 0,95 Luftflöde genom kompressorn 160 kg/s Temperatur efter BK = 1227 C Inkommande fjärrvärmevatten till avgaspannan har temperaturen 60 C och värms till 125 C. Pinchpointen, (temperatur differensen) anges till 10 C mellan inkommande fjärrvärmevatten och utgående rökgas. a. Vilken värmeeffekt kan erhållas ur avgaspannan vid detta tillfälle, då rökgastemperaturen sänks med fjärrvärmevatten? b. Ange totalverkningsgraden för hela kombianläggningen vid detta tillfälle! För beräkningarna kan konstanta värden på Cp och γ nyttjas. Cp och γ för luft är kj/kg resp. 1.4, och för rökgaser kj/kg resp p

6 4 I ett system finns två användare A1 (200 MW) och A2 (100 MW). Användarnas sammanlagda energibehov vid hög last ser ut som följer: Last Sannolikhet för behov MW MW 0.04 Man ska dimensionera producerande anläggningar för att täcka energibehovet. Kriteriet för dimensioneringen är att sannolikheten att prdoducenterna klarar att svara mot last över 200 MW måste vara minst 99.5%. Man räknar med att klara bortfall vid lågbelastning på annat sätt. Som producenter finns ett kraftvärmeverk (250 MW) redan uppfört. Man skall komplettera detta med gasturbinanläggningar. Hur många sådana (50 MW/st) behövs för att klara uppgiften?. Anläggning Effekt Tillförlitlighet (%) Kraftvärme 250 MW 96 Gasturbin 50 MW 92 4p