Termodynamiczny i ekonomiczny dobór układu gazowo-powietrznego do pracy w tłoczniach gazu

• Autorzy: Chmielniak T. , Czaja D. , Lepszy S.

Warianty tytułu

EN

A thermodynamic and economic selection of air bottoming cycle for compressor stations

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł przedstawia termodynamiczny i ekonomiczny dobór układu gazowo-powietrznego do pracy w tłoczniach gazu. Analiza została przeprowadzona na podstawie danych eksploatacyjnych polskich tłoczni gazu ziemnego umiejscowionych na trasie tranzytowego gazociągu Jamał. Trasa gazociągu obejmuje pięć tłoczni gazu (Ciechanów, Szamotuły, Zambrów, Włocławek i Kondratki), w których łącznie zainstalowano ponad 600MW mocy. W artykule przedstawiono sposób nadbudowy istniejącej jednostki turbiny gazowej układem powietrznym w różnych konfiguracjach. Zaproponowano i omówiono kilka przykładowych rozwiązań technologicznych pod kątem modernizacji istniejącej w tłoczni turbiny GT10. Jedną z zalet układów powietrznych jest możliwość pracy bez zapotrzebowania na bieżącą wodę chłodzącą. W wyniku nadbudowy uzyskuje się wyższą sprawność energetyczną instalacji, a także większą moc mechaniczną, która może być wykorzystana do napędu kompresorów gazu, bądź też w zależności od stosowanego rozwiązania technologicznego, służyć do napędu generatora energii elektrycznej. Analizę ekonomiczną przeprowadzono w zależności od wariantu wykorzystania dodatkowej mocy mechanicznej. Rozpatrywane układy zostały porównane zarówno pod względem termodynamicznym, jak i ekonomicznym z autonomiczną jednostką turbiny gazowej.

EN

The article presents the thermodynamic and economic selection of the gas turbine air bottoming cycle in gas compressor stations. The analysis was conducted based on data from Polish natural gas compressor stations located along the Yamal gas pipeline. The Yamal pipeline consists of five compressor stations (Ciechanów Szamotuły, Zambrów, Wloclawek and Kondratki). Gas compressors are powered by more than 600MW gas turbines. The article describes an update of simple gas turbine cycle by air bottoming cycle in various configurations. There are several examples of modernization the existing GT10 turbine. Air bottoming cycle configurations can be used to improve the efficiency of simple power units with gas turbines operating at locations without access to large amounts of water. As a result of the simple gas turbine unit updating, the cycle obtains a higher energy efficiency, as well as greater mechanical power, which can be used to drive compressors or generator. Considered cycles were compared in terms of thermodynamic and economic with simple unit of gas turbine.

Słowa kluczowe

PL

układ gazowo-powietrzny; kompresor gazu; ekspander powietrzny; tłocznia gazu; wymiennik spalinowo-powietrzny

EN

gas turbine air bottoming cycle; gas compressor; expander; compressor station; air heat exchanger

• Wydawca: Ośrodek Informacji "Technika instalacyjna w budownictwie''
• Czasopismo: Instal
• Rocznik: 2014
• Tom: nr 2
• Strony: 50--58
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Chmielniak T.

• Zakład Maszyn Przepływowych i Technologii Energetycznych, Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych Politechniki Śląskiej

autor

Czaja D.

• Zakład Maszyn Przepływowych i Technologii Energetycznych, Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych Politechniki Śląskiej

autor

Lepszy S.

• Zakład Maszyn Przepływowych i Technologii Energetycznych, Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych Politechniki Śląskiej

Bibliografia

• [1] Farrell W., Air cycle thermodynamic conversion system. United States Patent, Patent Number 4,751,814, June 1988.
• [2] Alderson E., Farrell W., Air bottoming cycle for coal gasification plant. Patent number 4,785,621, Nov 1988.
• [3] Kambanis L., Analysis and modeling of power transmitting systems for advanced marine vehicles, Massachusetts Institute of Technology, June 1995.
• [4] Bolland O., Forde M., Hande B. Air Bottoming Cycle: Use of Gas Turbine Waste Heat for Power Generaton. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 1996 – Volume 118, Issue2, 359.
• [5] Poullikkas A., An overview of current and future sustainable gas turbine technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews 9, 409–443, 2005.
• [6] Yousef S,, H. Najjar, Mahmoud S. Zaamout: Performance analysis of gas turbine air-bottoming combined system. Energy Conversion and Management Vol. 37, No.4.pp. 399-403, 1996.
• [7] Korobitsyn M. A., New and advanced energy conversion technologies. Analysis of cogene-ration, combined and integrated cycles.
• [8] Korobitsyn M. A., Industrial applications of the air bottoming cycle Systems Assessment Department, Netherlands Energy Research Foundation ECN, P.O. Box 1, NL-1755 ZG, Petten, The Netherlands Energy Conversion and Management 43 (2002) 1311–1322.
• [9] Chmielniak T., Czaja D., Lepszy S.: Wykorzystanie układów gazowo-powietrznych w ciepłownictwie. Materiały konferencyjne – Rynek Ciepła 2011.
• [10] Chmielniak T., Lepszy S., Czaja D.: The use of air-bottoming cycle as a heat source for the carbon dioxide capture installation of a coal fired power unit. Archives of Thermodynamic, vol 32. Wydawnictwo IMP Gdańsk 2011.
• [11] M. Ghazikhani, M. Passandideh-Fard, M. Mousavi. Two new high-performance cycles for gas turbine with air bottoming, Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad. Energy 36 (2011) 294-304.
• [12] Transit Gas Pipeline System. http://www.europolgaz.com.pl/gazociag/tlocznie_gazu.
• [13] ABB Zamech Gazpetro Sp. z o. o. Information brochure.
• [14] General Electic. Heavy duty gas turbine products 2009.
• [15] Szargut J.: Termodynamika techniczna. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2005.
• [16] Gut J.A.W, Pinto J.M., Modeling of plate heat exchangers with generalized configuations. International Journal of Heat and Mass Transfer 46 (2003) 2571-2585.
• [17] Zander L., Zander Z. Projektowanie płytowych wymienników ciepła. Instalacje Sanitarne Nr 2(7)/2003, 27-30.
• [18] Chmielniak T., Czaja D., Lepszy S. Technical and economic analysis of air bottoming cycle. Proceedings of ASME Turbo Expo 2012. June 11-15, Copenhagen, Denmark.
• [19] Spector R. B., Miller A.A., GE LM2500 Aircraft-Derivative Gas Turbine System, 1983, General Electric Gas Turbine Library Report GER-3431.
• [20] Ping Z., Saravanamuttoo H.I.H, Simulation of an Advanced Twin-Spool Industrial Gas Turbine, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Vol. 114, No. 2, April 1992, pp. 180-186.
• [21] Diakunchak, I.S., Performance Degradation in Industrial Gas Turbines, Journal of Engineering for. Gas Turbines and Power, Vol. 114, No. 2, April 1992, pp. 161-168.
• [22] EPRI report AP-4943, Electric Power Research Institute.
• [23] GEC Alsthom Technical Review No. 9, 1992.
• [24] Natural gas prices. Polish operator PGNiG S.A. nr 5/2012.
• [25] http://narzedzia.infor.pl/wskazniki/oplaty/srodowisko/1642,oplaty_za_korzystanie_ze_srodowiska.html – environment tax.
• [26] http://energetyka.wnp.pl/sukces-polski-wsprzydzialu-uprawnien-do-emisji-co2,174587_1_0_0.html–emission allowance.
• [27] Attala L., Facchini B., Ferrara G. Thermoeconomic optimization method as design tool in gas-steam combined plant realization. Energy Conversion And Management 42 (2001) 2163-2172.
• [28] Kotowicz J. – Elektrownie gazowo-parowe Wydawnictwo Kaprint, Lublin 2008.
• [29] Marshall & Swift Equipment Cost Index – Chemical Engineering. Oct. 2011 Vol. 118 Issue 10, p 80-8.
• [30] Informacja własna z przemysłu – 2012.
• [31] Gas Turbine World Handbook 2009.