Ku zeroemisyjnej energetyce gazowej

• Autorzy: Ziółkowski P.

Warianty tytułu

EN

Towards zero-emission gas-fired power generation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy krótko omówiono trendy wprowadzane w obiegach gazowych z zastosowaniem oksyspalania. Następnie przedstawiono rozwiązanie nowego układu opartego na wykorzystaniu dwóch urządzeń o wzmożonej konwersji energii, a mianowicie „mokrej komory spalania” i „skraplacza natryskowo-strumieniowego”. Zaproponowany obieg gazowo-parowy realizowany jest w jednej turbinie, która ma zalety zarówno turbiny gazowej (wysokie temperatury wlotowe) jak i turbiny parowej (pełna ekspansja do próżni). W oparciu o analizy termodynamiczne (przeprowadzane kodami CFM) określono sprawność układu z zastosowaniem oksyspalania i wychwytem dwutlenku węgla. Motywacją do podjęcia niniejszej pracy jest potrzeba dywersyfikacji źródeł energii oraz poszukiwanie nowych rozwiązań elektrowni również kompaktowych. Aby uzyskać kompaktowość obiektu, należy pozbyć się największych gabarytowo aparatów obiegu, którymi są: parowy kocioł odzyskowy oraz konwencjonalny kondensator pary. Wymaga to opracowania nowych, nietypowych urządzeń, ale w zamian otrzymuje się na tyle istotne zmniejszenie gabarytów, że takie elektrownie mogą być przyszłością miast, gdzie łatwo można byłoby je dopasować do potrzeb użytkowników, w tym również do produkcji ciepła.

EN

This paper briefly discusses the trends introduced in gas cycles with the use of oxy combustion. Then the solution of a new system based on the use of two devices with enhanced energy conversion, namely "wet combustion chamber" and "spray-ejector condenser" was presented. The proposed gas-steam cycle is realized in one turbine, which has the advantages of both a gas turbine (high inlet temperatures) and a steam turbine (full expansion into a vacuum). Based on thermodynamic analyzes (carried out with CFM codes), the efficiency of the system with the use of oxy-combustion and carbon dioxide capture was determined. The motivation to undertake this work is the need to diversify energy sources and to search for new solutions for power plants, also compact ones. In order to achieve the compactness of the facility, it is necessary to eliminate the largest cycle apparatus, like the steam recovery boiler and a conventional steam condenser. This requires the development of new, unusual equipment, but in return you get such a significant reduction in size that such power plants may be the future of cities, where they could be easily adapted to the needs of users, including the production of heat.

Słowa kluczowe

PL

blok gazowo-parowy; turbina gazowa; oksyspalanie; kompaktowość; analiza termodynamiczna

EN

gas-steam unit; gas turbine; oxy-combustion; compactness; thermodynamic analysis

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2018
• Tom: Nr 6
• Strony: 34--41
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Ziółkowski P.

• Wydział Mechaniczny, Politechniki Gdańskiej

Bibliografia

• [1] Badur J.: Numeryczne modelowanie zrównoważonego spalania w turbinach gazowych. IMP PAN, Gdańsk 2003.
• [2] Badur J., Kowalczyk T., Ziółkowski P., Tokarczyk P., Woźniak M.: Study of the effectiveness of the turbine condenser air extraction system using hydro ejectors. Trans. IFFM 2016, No. 131, pp. 41-53.
• [3] Badur J., Ziółkowski P., Sławiński D.: Sposób wyznaczenia i kontroli opłacalności kogeneracyjnej pracy bloków parowych ze źródłami OZE. Rynek Energii 2017 Nr 1(128), 40-46.
• [4] Badur J., Ziółkowski P., Kornet S., Kowalczyk T., Banaś K., Bryk M., Ziółkowski P.J., Stajnke M.: Enhanced energy conversion as a result of fluid-solid interaction in micro and nanoscale. Journal of theoretical and applied mechanics, Warsaw 2018, vol. 56, 1, pp. 329-332.
• [5] Badyda K., Miller A.: Energetyczne turbiny gazowe oraz układy z ich wykorzystaniem. Wydawnictwo KAPRINT, Lublin 2014.
• [6] Burton Z., Ingram G.L., Hogg S.: A literature review of low pressure steam turbine exhaust hood and diffuser studies. Trans. ASME, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power 2013, vol. 135 (6), 062001-062001-10. GTP-12-1424. DOI: 10.1115/1.4023611.
• [7] Butrymowicz D., Trela M.: Problems of condensation heat transfer in power plant heat exchangers. Trans. IFFM. 2003, No113 pp.107-118.
• [8] Chmielniak T., Trela M.: Diagnostics of New-Generation Thermal Power Plants. Wydawnictwo IMP PAN, Gdańsk 2008.
• [9] Feidt M.: Two Examples of Exergy Optimization Regarding the “Thermo-Frigopump” and Combined Heat and PoweFr Systems. Entropy, 2013, vol. 15, pp. 544–558.
• [10] Gardzilewicz A., Świrydczuk J., Badur J., Karcz M., Werner R., Szyrejko C.: Methodology of CFD computations applied for analyzing flows through steam turbine exhaust hoods. Trans. IFFM. 2003, vol. 113, pp. 157–168.
• [11] Kotowicz J., Job M., Brzęczek M.: Elektrownie gazowo-parowe z zaawansowanymi technologiami niskoemisyjnymi. Rynek Energii 2017, nr 6, (133), pp. 33-40.
• [12] Kruczek S.: Kotły Konstrukcje i obliczenia. Oficjalne wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2001.
• [13] Kvamsdal H.M., Jordal K, Bolland O.: A quantitative comparison of gas turbine cycles with CO2 capture. Energy 2007, vol. 32, pp. 10–24.
• [14] Lemański M., Karcz M.: Performance of lignite-syngas operated tubular Solid Oxide Fuell Cell. Chem. Proc. Eng. 2008, vol. 29, pp. 233-248.
• [15] Madejski P., Taler D.: Analysis of temperature and stress distribution of superheater tubes after attemperation or sootblower activation, Energy Conversion and Management 2013, vol. 71, pp. 131–137.
• [16] PudlikW.: Termodynamika. Wyd. III – cyfrowe, Pol. Gdańska, Gdańsk 2011.
• [17] PudlikW.: Wymiana i wymienniki ciepła. Wyd. V – cyfrowe, Pol. Gdańska, Gdańsk 2012.
• [18] Rybiński W., Mikielewicz J.: Analytical 1D models of the wall thermal resistance of rectangular minichannels applied in heat exchangers. Archives of thermodynamics 2016, Vol. 37 No. 3, pp. 63–78.
• [19] Szulc O., Doerffer P., Tejero F.: Passive control of rotorcraft high-speed impulsive noise, Journal of Physics: Conference Series 760 (2016), 012031. doi:10.1088/1742-6596/760/1/012031
• [20] Ślefarski R., Dobski T., Grzymisławski P., Gołębiewski M.: Spalanie gazów ziemnych niskokalorycznych w turbinach gazowych Rynek Energii 2014, vol. 111, nr 2.
• [21] Śmierciew K., Butrymowicz D., Przybyliński T., Pawluczuk A.: Investigations of heat and momentum transfer in two-phase injector operating with isobutene. Applied Thermal Engineering 2017, vol. 127, pp. 1495–1505.
• [22] Topolski J.: Diagnostyka spalania w układach gazowo-parowych. Roz. doktorska, IMP PAN, Gdańsk, 2002.
• [23] Veerabathraswamy K., Senthil Kumar A.: Effective boundary conditions and turbulence modeling for the analysis of steam turbine exhaust hood. Applied Thermal Engineering 2016, vol. 103, 773–780.
• [24] Yantovsky E., Górski J., Shokotov M.: Zero emissions power cycles. Taylor&Francis Group 2009.
• [25] Yantovsky E., Górski J., Smyth B, Elshof J.: Zero-emission fuel-fired power plants with ion transport membrane. Energy 2004, vol. 29, p. 2077–2088.
• [26] Ziółkowski P.: Analiza termodynamiczna niskoemisyjnych obiegów gazowo-parowych z zastosowaniem oksyspalania. Rozprawa doktorska 2018, IMP PAN.
• [27] Ziółkowski P., Zakrzewski W., Sławiński D., Badur J.: Czyste technologie gazowe – szansą dla Pomorza. Rynek Energii 2013 nr 1, vol 104, 79-85.

Uwagi

PL

Autor dziękuje Prof. dr hab. inż. Januszowi Badurowi z IMP PAN w Gdańsku za jego wsparcie naukowe i rady w trakcie przygotowania artykułu.

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).