Turbina gazowa na paliwo stałe

stratos
Doświadczony
Posty: 508
Rejestracja: 22 lis 2009, 19:00
Lokalizacja: Mława

Postautor: stratos » 10 gru 2009, 09:40

Wszystko zależy od wymiennika
tak czy tak najważniejsze aby w ostatnim skroplić wodę
Szkoda że nie rozważyłeś w obliczeniach jak to wyjdzie z rekuperatorem (pierwszy wymiennik)

ja na chłopski rozum widzę to tak
Spala się paliwo w momorze spalania
Za duże nie moge dostarczyc paliwa bo przekrocze temperature spali i uszkodze turbine
Czyli dostarczam za dużo powietrza wzgledem paliwa
Załuzmy że to co wlatuje na turbinę ma 600*, a za nią 500*
Jeżeli do komory spalania dostarczył bym powetrze o temperaturze załużmy 450* zamiast np. 0*, to gwałtownie musi spaść ilośc podawanego paliwa, bo na jego poprzedniej dawce zaraz przekroczyl bym 600*
Czyli ślimak podający paliwo znacznie wolniej
I teraz biorąc pod uwage różnice temperatur
Normalnie be zwymiennika musze podgrzać powietrze o 600 stopni
Z wymiennikiem tylko o 150 stopni
Na mój rozum przekłada się to na jedną czwartą ilości zużywanego paliwa, przy nie zmienionej pracy wykonywanej przez turbine
Oczywiście tak pięknie nie bedzie, bo jakieś straty gdzies się pojawią
Jednak przyjoł bym iż sastosowanie wymiennika zwiększy nam sprawnośc przynajmiej razy dwa

A teraz mokre paliwo
Wilgoć zawarta w paliwie zmusi do podawania wiekszej jego illości aby osiągnąć żadaną temperature spalin
Jest to naturalne bo mokre paliwo ma miejszą wartośc opałową czyli potrzeba go wiecej w kilogramach aby uzyskac ten sam efekt
Odparowywana woda i zwrost objetości jej pary spowoduje zmiejszenie ilości zasysanego powietrza przez wymiennik nr. 1
A to już bardzo źle, bo wzrosnie temperatura spalin opuszczających ten wymiennik
Spaliny które opuszczą pierwszy wymiennik i ciepło z nimi związane nie wplywa już tak znacząco na sprawnośc mechaniczną układu
Owszem skraplając zawartą w nich wilgoć zmiejsze pracę która którą wykonuje spręzarka, jednoczesnie bezpowrotnie wywalając z układu 2200kJ z każdym litrem wylanego kodensatu

Reasumując
Jestem przekonany że zastosowanie pierwszego wymiennika zwiekszy nam sprawnośc elektryczną co najmiej dwukrotnie
Zastosowanie zaś wilgotnego paliwa nie powinno zmiejszyc sprawności elektryczej, ale napewno zmiejszy nam ilość użytecznej ciepłej wody

stolec
toć weź
toć tylko ten rekuperator podstaw do wzorków i juz wiecej nic nie chcę

stratos
Doświadczony
Posty: 508
Rejestracja: 22 lis 2009, 19:00
Lokalizacja: Mława

Postautor: stratos » 10 gru 2009, 09:48


natomiast stopień sprężania wyniesie 1:2 jeśli uzyskamy ciśnienie 0.5bar i 1:3 jak zejdziemy do 0.33bara. Da nam to sprawność odpowiednio 16% i 24%.
No własnie o tym pisałem post wyżej
Jest oczywiste że im wieksza różnica ciśnień na turbinie, tym bardziej spadnie temperatura spalin za turbiną, co przekłada się na prace jaką ona mogła wykonac
Z cisnieniami w tym układzie jest małe pole manewru, dlatego należało by każda ilość ciepła zza turbiny doprowadzic spowrotem przed nią
Efekt bedzie taki sam jak by zwiekszał stopień sprezania - spaliny opuszczające rekuperator bedą miały niższą temeprature (doklładnie tak samo jak by zwiekszył różnice cisnień na turbinie)

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 10 gru 2009, 12:00

Nasze spaliny mają w miare typowy skład a więc wykładnik adiabaty ok 1.33 i temperaturę 800C, jest to raczej realna temperatura którą można osiagnąć a zarazem bezpieczna dla typowych i tanich stali żarowytrzymałych.

Spaliny o ciśnieniu 1bar trafiaja do turbiny i są rozprężane do 0.5bar wykonujac pracę przemiany adiabatycznej:

E/n=[RT/(k-1)]*[1-(p2/p1)^((k-1)/k)]

E/n=4.27kJ/mol

a temperatura spadnie do:

T2/T1=(p2/p1)^((k-1)/k) czyli 0.84x :

T2=903K=630C

Załóżmy że nasza turbina ma 90% spraność cieplną wtedy:

E/n=3.8 kJ/mol
T2=650C

Za turbiną jest wymiennik przeciwprądowy czyli rekuperator (w obiegach gazowych zwany regeneratorem), największy problem to to że powietrze ma około 1.5x niejszą pojemność cieplną niż powstajace z niego spaliny (w masie spalin udział ma nie tylko masa powietrza lecz także paliwa ponadto obok tlenu i azotu pojawia się para wodna i dwutlenek wegla które mają wyższe ciepło właściwe), oraz pytanie jaka będzie sprawnośc wymiennika. Przeciwprądowe wymieniki cieczowe mają sprawność bliską 100% jednak dla gazów zwłaszcza rozrzedzonych nie jest tak fajnie, ponieważ są spore opory przetaczania itp, stosowane w domach rekuperatory krzyżowe maja okolo 60-70% sprawności i takiego rowiązanie trzeba by rozważyć, ponieważ przy tak małym zapasie ciśnienia, trzeba raczej skupic się na minimalizacji strat przetaczania gazu niż sprawności wymiennika.

czyli:

dla T2=650C Q/n=21kJ/mol

(60-70%)/1.5= ok 0.45 tyle tego ciepła "wyssiemy" powietrzem czyli:

Q/n(powietrza)=9.5kJ/mol
T(powietrza)= około 500C (szaconkowo nie potrzebna do obliczeń)

W spalinach pozostanie:
Q/n(spalin)=11.5kJ/mol
T(spalin)=380C

teraz spaliny wychładzamy załóżmy że do 50C, nie będę uwzględniał teraz kondensacji zrestą przy tym ciśnieniu i temperaturze za wiele się nie wykropli a jest to temperatura osiagalna.

Odbieramy:
Q=(380-50)*Cp ; Cp=kR(k-1)
Q=11kJ/mol

teraz spaliny trafiają do sprężarki która pracuje u nas jako pompa próżniowa ale jest zwyczajną sprężarką, po prostu spręża z 0.5 do 1bara wykonując pracę nad naszymi spalinami a de facto przeciw ciśnieniu atmosferycznemu, mamy znowu przemianę adiabatyczną ten sam stopień sprężania tylko znacznie niższą temp :)


E/n=[RT/(k-1)]*[1-(p2/p1)^((k-1)/k)]
E/n=1.5kJ/mol
T=111C

zalóżmy znowu 90% sprawność sprężarki mamy:

E/n=1.65kJ/mol
T=120C

spaliny posiadają jeszcze energię cieplną:
Q=3.25kJ/mol

Nasza praca użyteczna, będzie to praca turbiny pomniejszona o pracę sprężarki czyli;

E=3.8 kJ/mol-1.65kJ/mol
E=2.15kJ/mol


teraz rozważmy ile ciepła w postaci energii paliwa dostarczamy do układu aby wytwarzać te spaliny o temperaturze 800C. Mianowicie do paleniska trafia powietrze podgrzane do około 500C, najważniejsze jest jednak to że to powietrze, co dokładnie policzyliśmy wychodząc z rekuperatora "wnosi energię" równą:

Q/n(powietrza)=9.5kJ/mol

natomiast wylatujące z kotła spaliny o temperaturze 800C i wykładniku adiabaty 1.33 :

Q/n=26kJ/mol

czyli w postaci paliwa musimy "wsadzić" jeszcze:

Q=16.5kJ/mol

czyli wsadzamy 16.5 uzyskujemy 2.15 sprawność 13%

jeszcze bilans energii:
wsadzamy 16.5kJ

uzyskujemu
praca - 2.15
ciepło odebrane - 11
ciepło gazu opuszczającego sprężarkę - 3.25
suma=16.5 - czyli bilans się zgadza

stratos
Doświadczony
Posty: 508
Rejestracja: 22 lis 2009, 19:00
Lokalizacja: Mława

Postautor: stratos » 10 gru 2009, 14:51

O ja cie chrzanie :cry:
Ale porażka
Tak czułem że jest ciute za pięknie

W dwóch punktach jednak sie troszeczke nie zgodze
1. wymiennik trzeba zrobić lepszy na pewno nie krzyżowy (tylko to i tak za wiele nie zmieni)
2. a w ostatnim mus skroplić pare - może być duży bo nie trzeba go ocieplać :)

380 stopni :? - co z tym zrobić ?
jak to przeżucić przed turbine ?
1.Mozna pirolizować paliwo - to cos pomoże ?
2.Można suszyc paliwo - ale to chyba nic nie da
3.Można też dołożyć dwa wymienniki w postaci przegrzewacza pary i jej generatora, co wymagało by jednak zastosowania komory w której para i spaliny wymieszały by się przed wejsciem do turbiny
Przy okazji trzeba by utrzymywac wyższą temperature spalin, aby po wymieszaniu sie z parą dalej uzyskiwać 800 stopni


Tak na marginesie i czysto teoretycznie - jeśli jakimś cudem zrobił bym za turbino próżnie (np.0,1 bara) to rozumiem że sprawnośc wzrosła by prawie dwukrotnie?

smutno mi :cry:

stratos
Doświadczony
Posty: 508
Rejestracja: 22 lis 2009, 19:00
Lokalizacja: Mława

Postautor: stratos » 10 gru 2009, 15:50

Ale ale :D
Ta adiabata czy tam cos to dla jakich spalin
Bo zakładając np że dostarczamy suche paliwo, to w tych warunkach tylko niewielka część dostarczanego, nagrzanego powietrza (tlenu) weźmie udział w spalaniu
Reszta po nagrzaniu się trafi do turbiny
Tak ze spaliny za turbiną będą tak naprawde tylko w jednej trzeciej spalinami
Dobrze prawie ?

(Można je dopalić doprowadzając paliwo w postaci gazów z pirolizy powstajacej z 380 stopni w zasoobniku paliwa przed komorą spalania i podać na kolejną turbine. Wymaga to zastosowania jeszcze jednej spręzarki wenętrznej za pierwszym wymiennikiem a przed drugą turbiną [komora spalania]. Pozwoliło by to na wykorzystanie tlenu zawartego w spalinach w jednym ich przepływie przez układ, i jednoczesną prace dwóch turbin.
Gdzie jedna nie sprostała by zadaniu gdyż przy pełnym wykozystaniu tlenu zawartego w powietrzu doprowadzanym do komory spalnia temperatura przekroczyła by możliwosci turbiny
teraz tu już tak naplątałem . . . . :wink: )

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 10 gru 2009, 17:36

przemiana adiabatyczna (izentropowa) to przemiana gazowa bez wymiany ciepła z otoczeniem, wszystkie silniki turbiny itp na niej bazują, tak gwoli wyjaśnienia. Wykładnik adiabaty jest jednym z podstawowych parametrów charakteryzujących gazy (jeśli chodzi o zdolność do wykonywania pracy), w oparciu o niego można wyliczyć ciepło właściwe itp.


gazy dwuatomowe a więc tlen i azot mają wykładnik adiabaty 1.4, para wodna 1.33, CO2 1.30, dla gazu doskonałego nie zależy on od temperatury, ale w praktyce ze wzrostem temp nieznacznie maleje, dlatego dla spalin najczęściej przyjmuje się 1.33. Wartość ta ma także uzasadnienie w tym iż we wzorach często występuje w potędze wykladnik k/(k-1) jeśli przyjąć za k właśnie 1.33 ten wykładnik wyniesie równo 4, oczywiście dzisiaj to nie problem ale historycznie łatwiej było coś podnosić do okragłej potęgi.

W praktyce jednak będzie to wartość z przedziału 1.3-1.4 tak od 1.3 dla bardzo mokrego paliwa po może 1.35-1.36 dla sporego nadmiaru powietrza i suchego paliwa, niewiele to zmieni, co innego jak zastosować gaz jednoatomowy np hel czy argon dla którego k=1.66
wymiennik trzeba zrobić lepszy na pewno nie krzyżowy (tylko to i tak za wiele nie zmieni)
najlepszy byłby przeciwprądowy z np koncentrycznymi rurami tylko pytanie czy zysk energetyczny zrekompensuje opory przepływu, policzyłem dla domowego rekuperatora bo taki ma wydatek wielu m3/h a napędza go wiatrak co ma może 30W.

Ogólnie to produkcja prądu z ciepła to nie taka fajna sprawa, to tylko wydaje się łatwe.

stratos
Doświadczony
Posty: 508
Rejestracja: 22 lis 2009, 19:00
Lokalizacja: Mława

Postautor: stratos » 10 gru 2009, 20:32

30W . . . . i spreżu 25Pa - o tym później

Co zrobić z 380 stopniami za wymiennikiem. Czy najrozsądniejszym jest zrobienie pary i wrzucenie jej przed turbine

Może jakies pomysły ?

kris
Doświadczony
Posty: 89
Rejestracja: 02 maja 2007, 20:45
Kontaktowanie:

Postautor: kris » 13 gru 2009, 20:42

Na początek informuję że pod podanym linkiem nie odbywa się aukcja moja lub kogokolwiek znajomego.
http://allegro.pl/item837826226_przekla ... za1kg.html
Może warto się zapytać o przełożenia i któraś by pasowała. Raczej nie są to wyroby "delikatne" więc o żywotność bym się nie martwił.

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 14 gru 2009, 09:00

te przekładnie to raczej nie na nasze moce, zresztą i tak nie wytrzymają obrotów turbin, to raczej wolnobieżne łożyska. Wydaje mi się że aby cokolwiek mysleć o turbinach urządzenie musi mieć kompresje i tyle, w silnikach odrzutowych i turbinach gazowych stopień sprężania ciągle rośnie i dochodzi nawet do 1:40.

stratos
Doświadczony
Posty: 508
Rejestracja: 22 lis 2009, 19:00
Lokalizacja: Mława

Postautor: stratos » 15 gru 2009, 14:41

Nie widze problemu z uzyskaniem sprężania 1 : 10 ( podcisnienie na poziomie 0,1 atmosfery)
Tylko czy to nie bedzie tak że zwiekszenie podcisnienia spowoduje wydzielenie sie wiekszej pracy na turbinie przy jednoczesnym wzroście o taki sam poziom, mocy pobieranej przez sprężarkę

http://pl.wikipedia.org/w/index.php?tit ... 0215193226

Gdy bym jeszcze wiedział co to są za jednostki
Pozioma prosta to chyba sprawność w pracętach ? (a maoże stopień spręzania ?)
Pionowa - wygląda na cisnienie w MPa ?

Na oko wyglada to tak, że wzrost stopnia sprężania o którym pisze stolec, związany jest z coraz doskonalszymi materiałami i możliwością pracy użądzenia przy wyższych temperaturach

stratos
Doświadczony
Posty: 508
Rejestracja: 22 lis 2009, 19:00
Lokalizacja: Mława

Postautor: stratos » 15 gru 2009, 14:45

A może pionowa prosta to sprawnosć w procetach a pozimoa stopień sprężania ?

Jesli powyzsze jest prawdą to przy temperaturze 800* i podciśnieniu 0,1 bara można uzyskać sprawnosc na poziomie 28%
Co zresztą zgadzalo by sie z poprzednimi wyliczeniami dotyczącymi podcisnienia 0,5 bara i 13% sprawności

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 15 gru 2009, 15:23

problem w tym że dla 0.1 bar i temperatury powiedzmy 400C (na wylocie turbiny) gestośc gazu wyniesie ok 0.05 kg/m3 i przy mocach na poziomie 2-3 kJ/mol i prędkości gazu na wylocie z turbiny powiedzmy 50m/s kanał będzie musiał mieć ok 50cm2/kW mocy co przy turbinie nawet malutkiej rzędu 10kW daje rure o średnicy rzędu 30cm. Z tak rozrzedzonego gazu nie wyciągnie się dużej mocy bo wszystko będzie musiało mieć duże rozmiary i w stosunku do wygenerowanej mocy straty będą ogromne.

stratos
Doświadczony
Posty: 508
Rejestracja: 22 lis 2009, 19:00
Lokalizacja: Mława

Postautor: stratos » 15 gru 2009, 20:08

Czyli 60cm średnicy to 30kW
A 120cm średnicy 90kW :) :) :)

Wszysko zależy za tem od tego co kto woli (albo od tego co jest prostsze w wykonaniu i bardziej bezpieczne)
Komora spalania plus cienka rurka z teperaturą 800 stopni i cisnieniem np. 1MPa, lub 50m czy nawet 150m rury (wymiennik) w której panuje podcisnienie
Nie wiem jak Ty ale ja osobiście wybrał bym drugie rozwiązanie
W praktyce będzie na pewno miej kosztowne, jak też wymagające miej obslugi w postaci napraw czy nadzoru

Zachwyciła mnie ta średnica
Znaczy sie turbina z obrotami w wersji 0,1bar poleci mocno do dołu
I tak był problem z turbiną - teraz przynajmiej nie powinno juz być problemu z przekładnią :)

Puk puk - czy jest tu Lis
Kiedys wysłałem do Ciebie ofertę tej firmy z UK
Myślę że miło by było gdy by zamieścic link do niej w tym wątku
Były tam ładne duże fotki komory spalania jak też turbiny (100kW)

Turbina profesional :wink: - takie marzenie ale policzmy
100kW razy 8000 godzin rocznie i 25% sprawności - ile to spali słomy ?
wynik to 800 ton - za 100 tyś/rok
100kW razy 40 groszy = 320 tyś/rok
:D
W zysku oczywiscie połowa to koszty związane z obsługą maszynerji, ale zawsze może coś tam nam dolecieć z racji kogeneracji lub byc może nie jest to też ostatnie słowo w kwestji sprawnosci

W promieniu 10km od mojego miejsca zamieszkania są przynajmiej jeszcze trzy gospodarstwa które dysponują odpowienim areałem aby zapewnić paliwo do maszynerji

I najważniejsze - popiół jest mój 8)

Awatar użytkownika
Lis
Site Admin
Posty: 1758
Rejestracja: 24 gru 2003, 23:26
Lokalizacja: Warszawa
Kontaktowanie:

Postautor: Lis » 16 gru 2009, 10:25

Puk puk - czy jest tu Lis
Kiedys wysłałem do Ciebie ofertę tej firmy z UK
Myślę że miło by było gdy by zamieścic link do niej w tym wątku
Były tam ładne duże fotki komory spalania jak też turbiny (100kW)
Technicznie nie bardzo da się to zrobić. Lepiej będzie, jak po prostu podrzucisz link do strony tej firmy. :)
Interesują Cię alternatywne paliwa i odnawialne źródła energii? Na pewno zaciekawią Cię też przygotowania na trudne czasy (tzw. nowoczesny survival) :!:

stolec
Doświadczony
Posty: 546
Rejestracja: 02 maja 2008, 21:24
Lokalizacja: Rzeszów

Postautor: stolec » 16 gru 2009, 12:41

problem w tym że 25% sprawności dla tego rozwiazania to czysta teoria oczywiście że 1bar -> 0.1bar to kompresja 1:10, jednak dla tak rozrzedzonego gazu będą ogromne straty, liczyłem teoretycznie dla kompresji 1:3 i wyszlo 13% jednak te obliczenia zakładały 90% sprawnośc i turbiny i spręzarki, brak strat ciepła, układ idealny w którym prędkość gazu za turbiną wynosi 0, to że gaz jest gazem doskonałym itp. Przy wykorzystaniu energii gazu na poziomie 2-3kJ/mol gaz poruszający się za turbiną z wspomnianą wcześniej prędkością 50m/s będzie miał energię kinetyczną około 0.1 kJ/mol czyli już 5% sprawność w dół z takiego błahego powodu jak to że gaz żeby opuszczał turbinę musi miec jakąś prędkość, oczywiście można tą prędkość zredukować np 10x, wtedy strata energii z tego tytułu spadnie 100x czyli stanie się pomijalna, jednak powierzchnie przewodu trzeba zwiekszyć 10x.

Prawda jest taka że dla teoretycznego cyklu braytona, bez strat i dla gazu doskonałego, dla kompresji 1:10 sprawność wynosi około 50% i to bez rekuperatora, w rzeczywistości takie turbiny mają góra 20% bez i w porywach do 30% z rekuperacją.


Wróć do „Inne ciekawostki”

Kto jest online

Użytkownicy przeglądający to forum: Obecnie na forum nie ma żadnego zarejestrowanego użytkownika i 1 gość

cron