Μάθημα Επιλογής 8 ου εξαμήνου

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Μάθημα Επιλογής 8 ου εξαμήνου"

Χρύσης Λαμπρόπουλος
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 EΘNIKO ΜEΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΧΗΜΙΚΩΝΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΙΙ: Ανάλυσης, Σχεδιασμού & Ανάπτυξης Διεργασιών & Συστημάτων Υπολογιστικές Μέθοδοι Ανάλυσης και Σχεδιασμού Μάθημα Επιλογής 8 ου εξαμήνου Διδάσκων: Α. Κοκόσης Συνεργάτες: Α. Νικολακόπουλος, Θ.Χ. Ξενίδου

2 8 η ΔΙΑΛΕΞΗ ΣΥΝΘΕΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΒΟΗΘΗΤΙΚΩΝ ΠΑΡΟΧΩΝ 2

3 Σύστημα παροχών Boiler House and Power Plant Fuel HP Steam MP Steam LP Steam Steam Turbine W Fuel Gas Turbine W BFW Preheat Q Q Q Q Q Q + W PROCESS Heat Pump W Q Q Fuel Furnace Q Air Preheat Q Q Refrig - eration W Cooling Water Q + W

4 Σύστημα παραγωγής ατμού Back -pressure Turbines HP-Steam G IP-Steam Boiler G LP-Steam Condenser 0.1 bara Fuel Treated Water C.W. Condensing Turbine 40 O C

5 Περιγραφή του προβλήματος Δεδομένες απαιτήσεις χημικής διεργασίας για: Ηλεκτρική ενέργεια Ισχύ (αντλίες, συμπιεστές) Ατμό σε διάφορες πιέσεις Υψηλής, Μεσαίας, Χαμηλής (HP, MP, LP) Νερό ψύξης Να προσδιοριστεί ένα σύστημα βοηθητικών παροχών ελάχιστου συνολικού κόστους και να προσδιοριστούν οι συνθήκες λειτουργίας του ώστε να καλύπτει τις απαιτήσεις και να περιλαμβάνει: Λέβητες ατμού Ατμοστρόβιλοι (back pressure, total condensation, extraction) Αεριοστρόβιλους Ηλεκτρικούς κινητήρες ηήρς Βαλβίδες εκτόνωσης Λέβητες αξιοποίησης απορριπτόμενης θερμότητας (Waste heat boilers) Κεφαλές ατμού (Steam headers) 5

6 Εξοπλισμός του συστήματος Λέβητες ατμού Τουρμπίνες ατμού Α) ) Ατμοστρόβιλος διαφορικής πίεσης (back pressure) Γεννήτρια ρεύματος HP ατμός ΜP ατμός 6

7 Εξοπλισμός του συστήματος Τουρμπίνες ατμού B) Ατμοστρόβιλος συμπύκνωσης-εκτόνωσης (total condensation) Γεννήτρια ρεύματος HP ατμός Νερό ψύξης Συμπύκνωμα κενό Γ) Ατμοστρόβιλος όβλ συμπύκνωσης με απομάστευση (extraction) ti Γεννήτρια ρεύματος HP ατμός LP ατμός ΜP ατμός 7

8 Εξοπλισμός του συστήματος Αεριοστρόβιλοι Αεριοστρόβιλος συνδυασμένου κύκλου με ανάκτηση θερμότητας (Combined cycle gas turbines with heat recovery) αέρας Συμπιεστής Αεριοστρόβιλος Γεννήτρια ρεύματος Καύσιμο καυσαέρια Προθερμαίνει τον αέρα πριν εισέλθει στον καυστήρα 8

9 Εξοπλισμός του συστήματος Βαλβίδες εκτόνωσης Απαιτήσεις σε ισχύ: Απαιτήσεις σε ηλεκτρική ενέργεια: Ατμοστρόβιλος Ατμοστρόβιλος Αεριοστρόβιλος Αεριοστρόβιλος Ηλεκτροκινητήρας 9

10 Πως σχεδιάζουμε ένα τέτοιο σύστημα; 10

11 Δίνονται Παράδειγμα Απαιτήσεις σε κύριες και βοηθητικές παροχές: KW Ισχύος kw Ισχύος t/h Ατμού μεσαίας πίεσης t/h Ατμού χαμηλής πίεσης Τα επίπεδα ατμού (κανονικά είναι σχεδιαστική επιλογή): Ατμός σε τρία επίπεδα πίεσης: 1. HP 4.83 Mpa, 758 K 2. MP 2.07 Mpa, 623 K 3. LP 0.34 Mpa, 412 K 11

12 Παραγωγή ατμού - Μπορεί να παραχθεί με Λέβητες υψηλής και Λέβητες χαμηλής πίεσης, Επιλογές ενώ μπορούν να χρησιμοποιηθούν και βαλβίδες εκτόνωσης. Στρόβιλοι με τα παρακάτω χαρακτηριστικά: Ατμοστρόβιλοι διαφορικής πίεσης από μεσαία σε χαμηλή πίεση Ατμοστρόβιλοι συμπύκνωσης με απομάστευση από υψηλή σε μεσαία σε χαμηλή πίεση Δίνονται 1. Απόδοση υψηλής πίεσης = 60% 2. Απόδοση μεσαίας πίεσης = 70% 3. ΔΗ (από υψηλή σε μεσαία) =71kWh/t 4. ΔΗ (από μεσαία σε χαμηλή) = 112 kwh/t Μόνο ένα ατμοστρόβιλος μπορεί να δεσμευτεί για κάθε απαίτηση σε ισχύ 12

13 Συναρτήσεις κόστους: Παράδειγμα (συνέχεια) Σταθερό κόστος ( /y) Μεταβλητό κόστος Λέβητας HP /y t ατμού Λέβητας ΜP /y t ατμού ΜP ατμοστρόβιλος / kwyr HP ατμοστρόβιλος / kwyr Εάν στους ατμοστρόβιλους χρησιμοποείται συμπύκνωση με απομάστευση, απαιτείται ένα επιπλέον κόστος /y. 13

14 Headers, Βαλβίδες Εκτόνωσης και Περιορισμοί Στην Ενέργεια 14

15 Λέβητες -1 15

16 Λέβητες -2 16

17 Ατμοστρόβιλοι -1 17

18 Ατμοστρόβιλοι 2 18

19 Ατμοστρόβιλοι -3 19

20 Ατμοστρόβιλοι -4 20

21 Συνεχείς μεταβλητές 21

22 Ακέραιες μεταβλητές 22

23 Εξισώσεις κόστους Κόστος ατμοστροβίλου 1: C 1 = 25000*y *W *y E Κόστη: Λέβητων 1, 2 Στόβιλων 2, 3, 4 23

24 Εξισώσεις ισοζυγίων Ισοζύγιο μάζας HP: F 1 = F 11 + F 12 + F 13 Ισοζύγια: Σε κεφαλές ατμού HP, MP και LP Σε στροβίλους 1, 2, 3, 4 24

25 Εξισώσεις απαιτήσεων διεργασίας Περιορισμός Ισχύος G1: W 1 + W Απαιτήσεις διεργασίας: Σε G2 ενέργεια Σε ατμό MP και LP 25

26 Λογικοί περιορισμοί Λογικός περιορισμός: F 12 y 1* U Λογικοί περιορισμοί: σε επιλογή λέβητων 1, 2, στροβίλων 2, 3, 4 βαλβίδων v1, v2 ατμού εμάστευσης F121, F131 26

Σχετικά έγγραφα

Υπολογιστικές Μέθοδοι Ανάλυσης και Σχεδιασμού

EΘNIKO ΜEΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΙΙ: Ανάλυσης, Σχεδιασμού & Ανάπτυξης Διεργασιών & Συστημάτων Υπολογιστικές Μέθοδοι Ανάλυσης και Σχεδιασμού Μάθημα Επιλογής 8 ου εξαμήνου Διδάσκων: