A thermodynamic and technical analysis of a zero-emission power plant in Pomerania

• Autorzy: Ziółkowski P. , Badur J.

Identyfikatory

DOI

10.4467/2353737XCT.17.042.6353

Warianty tytułu

PL

Analiza termodynamiczna i techniczna zeroemisyjnej elektrowni dla Pomorza

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the results of a thermodynamic analysis and a method of selecting individual devices and their components to design a zero-emission power plant project in Pomerania. Another aim of the paper is to present the technological abilities of the application of gas-steam turbines with a particular emphasis on enhanced energy conversion in the construction of a wet combustion chamber using cooling water transpiration and a gas-steam expander.

PL

W artykule przedstawiono wyniki analizy termodynamicznej oraz dobór poszczególnych urządzeń i ich części istotnych przy projekcie zeroemisyjnej elektrowni dla Pomorza. Kolejnym celem pracy jest przedstawienie technologicznych możliwości wdrożenia turbiny gazowo-parowej, ze szczególnym uwzględnieniem zagadnień wzmożonej konwersji energii przy konstrukcji mokrej komory spalania wykorzystującej chłodzenie transpiracyjne wodą i ekspandera gazowo-parowego.

Słowa kluczowe

EN

enhanced energy conversion; thermal transpiration; nanoscale effects

PL

wzmożona konwersja energii; termiczna transpiracja; efekt nanoskali

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Technical Transactions
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 3(114)
• Strony: 197--210
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz., wykr., tab., rys.

Twórcy

autor

Ziółkowski P.

• Energy Conversion Department, Institute of Fluid Flow Machinery, Polish Academy of Sciences, Gdańsk, Poland

autor

Badur J.

• Energy Conversion Department, Institute of Fluid Flow Machinery, Polish Academy of Sciences, Gdańsk, Poland

Bibliografia

• [1] Ziółkowski P., Badur J., Clean Gas Technologies – towards zero-emission repowering of Pomerania, Trans IFFM, no 124, 2012, 51–80.
• [2] Ziółkowski P., Zakrzewski W., Badur J., Innowacyjny obieg termodynamiczny oparty na poślizgu, mobilności, transpiracji i innych zjawiskach nano-przepływowych, [in:] B. Węglowski, P. Duda (Eds.), Analiza systemów energetycznych, Wyd. Pol. Krakowskiej, Kraków 2013, 351–360.
• [3] Ziółkowski P., Badur J., Selection of thermodynamic parameters in order to improve the environmental performance on the gas-steam turbine cycle, [in:] K. Wójs, T. Tietze (Eds.), Aktualne Zagadnienia Energetyki Tom III, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2014, 445–456.
• [4] Badur J., Ziółkowski P., Modelowanie konwersji energii w nano-skali, [in:] B. Węglowski, P. Duda (Eds.), Analiza systemów energetycznych, Wyd. Pol. Krakowskiej, Kraków 2013, 15–28.
• [5] Feidt M., Thermodynamics of energy systems; a review and perspectives, Journal of Applied Fluid Mechanics, vol. 5(2), 2012, 85–98.
• [6] Badur J., Karcz M. Lemański M., On the mass and momentum transport in the Navier-Stokes slip layer, Microfluid Nanofluid, vol. 11, 2011, 439–449.
• [7] Badur J., Karcz M., Lemański M., Nastałek L., Foundations of the Navier-Stokes boundary conditions in fluid mechanics, Trans IFFM, No. 123, 2011, 3–55.
• [8] Reese J.M., Zheng Y, Lockerby D.A., Computing the near-wall region in gas microand nanofluidics:critical Knudsen layer phenomena, J. Computational and Theoretical Nanoscience, vol. 4(4), 2007, 807–813.
• [9] Nowak W., Fluidalne spalanie węgla w tlenie, Energetyka Cieplna i Zawodowa, no 2, 2010, 46–48.
• [10] Krzywański J., Czakiert T., Muskała W., Nowak W., Modelling of CO2, CO, SO2, O2 and NOx emissions from the oxy-fuel combustion in a circulating fluidized bed, Fuel Processing Technology, vol. 92, 2011, 590–596.
• [11] Czakiert T., Sztekler K., Karski S., Markiewicz D., Nowak W., Oxy-fuel circulating fluidized bed combustion in a small pilot-scale test rig, Fuel Processing Technology, vol. 91, 2010, 1617–1623.
• [12] Kotowicz J., Brzęczek M., Job M., Efficiency of supercritical coal power stations with integrated CO2 capture and compression systems based on oxy-combustion technology, Acta Energetica, no 1/26, 2016, 69–76.
• [13] Skorek-Osikowska A., Bartela Ł., Kotowicz J., A comparative thermodynamic, economic and risk analysis concerning implementation of oxy-combustion power plants integrated with cryogenic and hybrid air separation units, Energy Conversion and Management, vol. 92, 2015, 421–430.
• [14] Kotowicz J., Job M., Thermodynamic and economic analysis of a gas turbine combined cycle plant with oxy-combustion, Archives of thermodynamics, vol. 34(4), 2013, 215–233.
• [15] Horlock J., Advanced gas turbine cycles, Pergamon, Elsevier Sc. Ltd., Oxford, 2003.
• [16] Mathieu Ph., Nihart R., Sensitivity analysis of the MATIANT cycle, Energy Conversion and Management, vol. 40(15), 1999, 1687–1700.
• [17] Yantovsky E., Górski J., Shokotov M., Zero emissions power cycles, Taylor&Francis Group, Boca Raton, 2009.
• [18] Yang H.J., Kang D.W., Ahn J.H., Kim T.S., Evaluation of design performance of the semiclosed oxy-fuel combustion combined cycle, Proceedings of ASME Turbo Expo 2012, GT2012-69141, 1–12.
• [19] Sanz W., Hustad Carl-W., Jericha H., First generation Graz cycle power plant for near-term deployment, Proceedings of ASME Turbo Expo 2011, GT2011-45135, 1–11.
• [20] Kolev N., Schaber K., Kolev D., A new type of a gas – steam turbine cycle with increased efficiency, Applied Thermal Engineering, vol. 21, 2001, 391–405.
• [21] Anderson R., MacAdam S., Viteri F., Davies D., Downs J., Paliszewski A., Adapting gas turbines to zero emission oxy-fuel power plants, ASME Paper No.GT2008-51377, 2008, 1–11.
• [22] Chodkiewicz R., Porochnicki J., Kaczan B., Steam – gas condensing turbine system for power and heat generation, ASME Paper No. 2001-GT-0097, 2001, 1–8.
• [23] Ziółkowski P., Badur J., Navier number and transition to turbulence, Journal of Physics: Conference Series, vol. 530, 2014, 012035.
• [24] Ziółkowski P., Badur J., On the unsteady Reynolds thermal transpiration law, Journal of Physics: Conference Series, vol. 760, 2016, 012041.
• [25] Szwaba R., Ochrymiuk T., Transpiration effects in perforated plate aerodynamics, Journal of Physics: Conference Series, vol. 760, 2016, 012032.
• [26] Bunker R., Gas turbine heat transfer ten remaining hot gas path challenges, ASME Journal of Turbomachinary, vol, 129(2), 2007, 193–201.
• [27] Badur J., Ziółkowski P., Zakrzewski W., Sławiński D., Kornet S., Kowalczyk T., Hernet J., Piotrowski R., Felicjancik J., Ziółkowski P.J., An advanced Thermal-FSI approach to flow heating/cooling, Journal of Physics: Conference Series, vol. 530, 2014, 012039.
• [28] Taler J., A method of determining local heat flux in boiler furnace, Int. J. Heat Mass Transfer, vol. 35(6), 1992, 1625–1634.
• [29] Taler D., A new heat transfer correlation for transition and turbulent fluid flow in tubes, International Journal of Thermal Sciences, vol. 108, 2016, 108–122.
• [30] Ocłoń P., Łopata S., Modeling of the flow distribution inside the collectors of the high performance heat exchanger, Technical Transactions, series Mechanics, vol. 7(4), 2011, 391–400.
• [31] Taler D., Tokarczyk J., Modeling of pipeline heating, Technical Transactions, series Mechanics, vol. 11(6), 2012, 127–134.
• [32] Bejan A., Kraus A.D., Heat transfer handbook, 2003 John Wiley & Sons, Hoboken New Jersey 2003.
• [33] Gyftopoulos E,P., Beretta G.P., Thermodynamics Foundations and Applications, Dover Pub. Mineola, New York 2005.
• [34] Banaszkiewicz M., Multilevel approach to lifetime assessment of steam turbines, International Journal of Fatigue, vol. 73, 2015, 39–47.
• [35] Hu X.X., Sakiyama T., Matsuda H., Morita C., Fundamental vibration of rotating cantilever blades with pre-twist, Journal of Sound and Vibration, vol. 271, 2004, 47–66.
• [36] Szewalski R., O racjonalne obliczanie długości łopatek w akcyjnych turbinach parowych, Czasopismo Techniczne, vol. 55, Lwów 1930, 12–21.
• [37] Banaś K., Badur J., On an approach to the thermo-elastic-plastic failure based on the Burzyński-Pęcherski criterion, Proc. 11th Int. Cong. On Thermal Stresses, University of Salerno, Italy, 5–9 June 2016, 19–22.
• [38] Badur J., Ziółkowski P., Sławiński D., Kornet S., An approach for estimation of water wall degradation within pulverized-coal boilers, Energy, vol. 92, 2015, 142–152.
• [39] Burzyński W.T., Teoretyczne podstawy hipotez natężenia, Czasopismo Techniczne, vol. 47, Lwów 1929, 1–41.
• [40] Huber T.M., Właściwa praca odkształcenia jako miara wytężenia materiału, Czasopismo Techniczne, vol. 22, Lwów 1904.

Uwagi

EN

Section "Mechanics"

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)