IZVEDBE BRODSKIH PARNIH TURBINA

Transcript

1 IZVEDBE BRODSKIH PARNIH TURBINA Pinip i način ada bodskih tbina za poon boda ne azlikj se od staionanih toplinskih tbina temoelektanama i toplanama. Toplinske tbine za poon boda azlikj se od staionanih panih tbina po tome što: a) poone popele (bodski vijak) mjesto elektični eneato (elektane i toplane) b) imaj adni boj oketaja pomjenljiv i do 3 pta veći ) kitične bzine vtnje otoa s ispod i iznad adnih bzina vtnji d) na istoj vatil otoa tbine imaj ađen dio tbine za poon napijed i tbin za poon nata. E. Tieli; bodske toplinske tbine, 03.

2 IZVEDBE BRODSKIH PARNOTURBINSKIH POGONA Panotbinsko postojenje za poon boda, kao i kod staionanih postojenja čine: a) eneato pae b) pana tbina ) kondenzato tbine d) zaijači napojne vode e) napojni spemnik s odvajačem plinova f) sstav za podmazivanje tbine ) sstav za elaij i pavljanje postojenjem h) sstav za zaštit od pekoačenja bzine vtnje tbine i) napojne, kondenzatne i ostale pmpe j) ostala pomoćna opema. E. Tieli; bodske toplinske tbine, 03.

3 OSNOVNA SHEMA PARNOTURBINSKOG POGONA BRODA l ;(D/N) 5;(D/N) a b k j i h m n h o p w ;(N) ;(D) e 3;(N) f 4;(D/N) ;(D) d 3;(D) v s t 3E. Tieli; bodske toplinske tbine, 03.

4 OZNAKE a b d e f h i j k w D N eneato pae l azdjelni ventil napijed/nata m visokotlačna tbina n niskotlačna tbina o tbina za vožnj kmom p kondenzato kondenzatna pmpa s zaijači napojne vode t pmpa za dodavanja vode sstav spemnik nadoljevne vode v spemnik deminealiziane vode z štavanje vode potok mase vode/vodene pae za poon napijed (ahead) potok mase vode/vodene pae za vožnj kmom (asten) napojni spemnik s odšnikom (deaeato) napojna pmpa tbina za poon napojne pmpe eneato elektične stje tbina za poon eneatoa elektične stje kondenzato odvodnjene pae dodatno kapljivanje pae pmpa moske vode Soop sstav zpčasti pijenos edkijski ventil 4E. Tieli; bodske toplinske tbine, 03.

5 Nakon kapljivanja pae kondenzato kojem je tlak obično 5 kpa (oznaka 4 na slii 9.), i neovisno da li je poon napijed ili vožnja kmom, nastali se kondenzat vaća eneato pae. Toplinski poes bodsko panotbinsko poona h,s dijaam entalpija kj/k 5; (D/N) 5s; (D/N) 4; (D/N) ; D ; N ; D 3s; D 3; D entopija kj/kk 3; N Ako se izvodi vožnja kmom, paa stanja se pišje a potok mase se smanjje na veličin (N). Paa potom lazi samo tbin za vožnj kmom te nakon ekspanzije i peobazbe toplinske eneije kinetičk eneij spostavla se vtnja otoa spotnom smje. Snaa tbine za vožnj kmom obično iznosi od 5 do 50% odnos na kpn sna tbina za poon napijed. U panotbinskom bodskom postojenj vodena paa poizvedena eneato pae (a), najčešće peijanja na tempeat od 50 do C, pod tlakom najčešće od 6 do 8 MPa, lazi peko azdjelno ventila (b) visokotlačn tbin () ili tbin za vožnj kmom (e). Ako se spostavlja poon napijed paa lazi visokotlačn tbin () a potom niskotlačn tbin (d) Ako se spostavlja poon za vožnj kmom onda paa peko azdjelno ventila lazi samo tbin za vožnj kmom (e) i spostavlja se spotni smje vtnje popelea. Maseni potok pae za poon napijed (D) lazi visokotlačni dio pane tbine. U njoj se izvodi ekspanzija pae od stanja pae do stanja pae. Pi ekspanziji paa svoj toplinsk eneij stjanjem koz tbin peobazi kinetičk čime se spostavi vtnja visokotlačne tbine i sila odnosno snaa na oto iste. Paa nakon izlaska iz visokotlačne tbine stanja, sa smanjenom tempeatom i tlakom peko pestjno paovoda (oznaka 8 na slii 0.) lazi niskotlačn tbin (d) (oznaka kčišta 0 i otoa 9). U niskotlačnoj tbini, pi ekspanziji, paa dio svoje peostale toplinske eneije stjanjem koz tbin peobazi kinetičk čime se spostavi vtnja niskotlačne tbine i sila odnosno snaa na oto iste. Snaa jedne i de tbine penosi se peko dvostko zpčasto pijenosa (oznake 9, 0, i 5 te 3, 4 i 5) na vatil bodsko vijka (popele). Paa nakon izlaska iz niskotlačne tbine stanja 3 i maseno potoka D, lazi kondenzato (f) (na slii 0. oznaka 4). 5E. Tieli; bodske toplinske tbine, 03.

6 IZVEDBE BRODSKIH PARNIH TURBINA U stvanom panotbinskom postojenj svh odvajanja plinova iz napojne vode (lavnom CO, N, O ) kondenzat se nakon kondenzatoa vodi peko baem dva zaijača napojne vode (oznaka h) napojni spemnik s odvajačem plinova (deaeato) oznaka (l). Uadnjom zaijača napojne vode postiže se povećanje kpno stpnja djelovanja ijelo postojenja. Napojna voda se doijava zaijačima (h) paom iz tbine i kapljivanjem btvene pae tbine. Sstav zaijača napojne vode s napojnim spemnikom naziva se eeneativni sstav zaijavanja napojne vode. Sva paa koja se kapljje izvan kondenzatoa sakplja se i odvodi kondenzato ili peko kondenzatoa odvodnjene pae () spemnik nadoljevne ode (j). Pilikom pštanja i zastavljanja panotbinsko postojenja kada paa nije peijana ili slčaj kvaa na tbini kada paa ne smije stjati koz tbin, sva paa iz eneatoa pae vodi se diektno kondenzato peko zaobilazno paovoda w. U kondenzato (f) odžava se vakm kapljivanjem pae koji dolazi iz tbine i dodatno s vakm pmpama ili ejektoima. U kondenzato se dodatno može dovoditi i aspšena voda za kapljivanje pae. Potok moske vode koz kondenzato izvodi se pmpom moske vode (t) ili voznji Soop sstavom (). Za postizavanje zahtijevane bzine vtnje bodsko vijka ađen je zpčasti pijenos (edkto) s dva paa zpčanika. Na slii panotbinski poon sa tbinom Kawasaki UA 400, ađena 004. kao poivni stoj na LNG tanke snae kw. 6E. Tieli; bodske toplinske tbine, 03.

7 IZVEDBE BRODSKIH PARNIH TURBINA Poonski podai tbine: Snaa tbine kw bzina vtnje visokotlačne tbine (VT) min - bzina vtnje niskotlačne tbine (NT) 3.64 min - tlak peijane pae tempeata peijane pae tlak pae kondenzato 5,74 MPa 50 0 C 5,07 kpa kitična bzina vtnje VT tbine 64 min - (peačnato na bzin vtnje osovine popelea) kitična bzina vtnje NT tbine,5 min - (peačnato na bzin vtnje osovine popelea) bzina vtnje popelea 87,7min - kitične bzine vtnje osovine popelea 9,6 i 58,47 min - Kawasaki. Tehnial Tainin. Kobe, Japan : Kawasaki Heavy Indsties ltd, 005. Visokotlačna i niskotlačna tbina nomalnom poon ade istovemeno kod staionaih poona. 7E. Tieli; bodske toplinske tbine, 03. Međtim, kod bodskih poona visokotlačna i niskotlačna tbina mo se slčajevima oštećenja jedne od njih osposobiti da ade samostalno. Tada ade sa smanjenim laznim tlakom pae adi postizavanja potebno vakma kondenzato (pimje napijed spomente tbine: 3,8 MPa mjesto 5,74 MPa.

8 IZVEDBE BRODSKIH PARNIH TURBINA Mitsbishi Heavy Indsties (MHI) dobio je pve nadžbe za adnj njihove nove lta pane tbine (UST) za jedno pijevoznika LNG. Slika. UST bodska pana tbina UST tbina (slika.) ima smanjen potošnj oiva za 5% odnos na konveionalne tbine i smanjenje emisije štetnih plinova. Tbina je azvijena iz konvenionalno modela s tlakom svježe pae 56,8 baa i tempeate 50 0 C, izlazne snae 5 MW pi 78 min -. UST tbina ima tlak svježe pae 98 baa i tempeat C, izlazne snae 5 MW pi 76 min -. Međpeijana paa ima 0 baa i C. Steam-Tbine-06.aspx 8E. Tieli; bodske toplinske tbine, 03.

9 BILANSA TOPLINE I STUPNJEVI DJELOVANJA BRODSKOG PARNOTURBINSKOG POSTROJENJA entalpija kj/k ; D ; N ; D Pema slii 0. jedinična toplina dovedena pai eneato pae iznosi q p = h h 5 Jedinična toplina dovedena oivom q o pedstavlja omje potoka mase oiva M sa donjom oijevnom vijednošć H d pema potok mase pae D i iznosi: 5; (D/N) 5s; (D/N) 4; (D/N) Slika 0. Pojednostavnjeni kžni poes panotbinsko postojenja 3s; D 3; D entopija kj/kk 3; N q o = M H d D Stpanj djelovanja eneatoa pae η k iznosi: η k = q p q o Stpanj djelovanja napojne pmpe η p iznosi: η p = h 5s h 4 h 5 h 4 Način odeđivanja temodinamičko stpnja djelovanja tbine η T pikazan je pethodnim polavljima. 9E. Tieli; bodske toplinske tbine, 03.

10 E. Tieli; bodske toplinske tbine, 03. BILANSA TOPLINE I STUPNJEVI DJELOVANJA BRODSKOG PARNOTURBINSKOG POSTROJENJA Temodinamički stpanj djelovanja povatljivo kžno poesa η t pedstavlja omje izmeđ teoetski aspoložive toplinske eneije tbini l T = h h 3s pema toplinskoj eneiji koja je penesena na pa q p = h h 4. η t = h h 3s h h 4 Temodinamički stpanj djelovanja nepovatljivo kžno poesa (stjanje s tenjem i ostalim biima topline) η t pedstavlja omje izmeđ stvano aspoložive toplinske eneije tbini l T = h h 3 pema toplinskoj eneiji koja je penesena na pa q p = h h 4. η tn = h h 3 h h 4 Temodinamički stpanj djelovanja nepovatljivo kžno poesa može se izaziti i omjeom: η tn = h h 3 h h 4 = h h 3s h h 4 h h 3 h h 3s = η t η T η tn = η t η T = η Temodinamički stpanj djelovanja nepovatljivo kžno poesa naziva se i ntanji temodinamički stpanj djelovanja kžno poesa η. 0

11 E. Tieli; bodske toplinske tbine, 03. BILANSA TOPLINE I STUPNJEVI DJELOVANJA BRODSKOG PARNOTURBINSKOG POSTROJENJA Dio ada tbine toši se zbo tenja poketnih dijelova kao i za poon ljnih pmpi za podmazivanje. Ti bii definiaj se mehaničkim stpnjem djelovanja tbine, koji je jednak omje mehaničko ada na vatil tbine l Tm i stvano dobiveno ada tbini l Tn : m l l Tm Tn Dio mehaničko ada koji tbina na vatil pedaje edkto toši se za svladavanje bitaka edkto. Gbii edkto definiaj se stpnjem djelovanja edktoa, a pedstavlja omje mehaničko ada na izlaznoj vatil edkto l i mehaničko ada na vatil tbine l Tm : l l Tm Uzimajći obzi sve bitke panotbinsko postojenja kpni ili efektivni stpanj djelovanja panotbinskoa bodsko postojenja η e iznosi: e t T m Efektivni stpanj djelovanja ( e ) bodskoa panotbinsko postojenja može se izačnati i kao omje snae na popele P i topline pedanoj pai eneato paeq P e Q d P Dh h 4 m d

12 E. Tieli; bodske toplinske tbine, 03. BILANSA TOPLINE I STUPNJEVI DJELOVANJA BRODSKOG PARNOTURBINSKOG POSTROJENJA Za ojen kpno stpnja djelovanja panotbinsko postojenja teba zeti obzi i toplinski stpanj djelovanja eneatoa pae k ostaloj opemi izažene peko koefiijenta i bitke topline konvekijom i začenjem na jevovodima i Spomenti se bii zimaj obzi pi kpnom stpnj djelovanja :. e dje je: k k toplinski stpanj djelovanja eneatoa pae (od 0,90 do 0,93) koefiijent bitaka topline opeme (od 0,97 do 0,98). Ukpni stpanj djelovanja bodsko panotbinsko postojenja izačnava se i iz omjea: P Q Ukpno dovedena toplina oivom vijednosti oiva H d i iznosi: Qpopoionalna je potok mase oiva M i toplinskoj Q M H d

13 E. Tieli; bodske toplinske tbine, 03. BILANSA TOPLINE I STUPNJEVI DJELOVANJA BRODSKOG PARNOTURBINSKOG POSTROJENJA Q Qd k Toplina penesena na pa eneato pae iznosi: Q d D h h 4 Raspoloživi snaa na vatil popelea P M Hd P iznosi: U spoedbi panotbinskih postojenja pema potošnji pae kao spoedbena veličina koisti se speifična ili jedinična potošnja pae (d). Ona pedstavlja omje potoka mase vodene pae koz eneato pae (D) i dobivene snae na popele: d D P Speifična ili jedinična potošnja pae za bodska panotbinska postojenja iznosi od 4 do 4,5 k/kwh, a za tbin za vožnj kmom i do 7 k/kwh. Speifična potošnja pae za tbin za pmp teeta (kod tankea) iznosi i do k/kwh. Radi spoedbe, speifična ili jedinična potošnja pae za kopnena panotbinska postojenja (temoelektane) iznosi od 3 do 3,5 k/kwh. U spoedbi panotbinskih postojenja pema potošnji oiva donje toplinske vijednosti H d J/k kao spoedbena veličina koisti se speifična ili jedinična potošnja oiva (b ). Ona pedstavlja omje potošnje mase oiva (M ) i dobivene snae na popele P M H b M M k/ws P M H d H d d 3

14 E. Tieli; bodske toplinske tbine, 03. BILANSA TOPLINE I STUPNJEVI DJELOVANJA BRODSKOG PARNOTURBINSKOG POSTROJENJA Često se iz paktičnih azloa vštava M k/h potošnja mase oiva P kw snaa na popele onda vijedi M b k/kwh P Sve aantiane značajke, pa tako i speifična ili jedinična potošnja oiva b e, kako panotbinskih postojenja tako i bodskih dvotaktnih motoa, vijede za tzv. ekvivalentno teško tekće bodsko oivo. Donja toplinska vijednost ekvivalentno oiva iznosi H de = 4,7 MJ/k. Radi peačnavanja speifične ili jedinične potošnje oiva za stvano oivo b valja znati da posječno oivo za bodske eneatoe pae i dvotaktne bodske spooketne dizelske motoe ima posječn donj toplinsk vijednost H d = 39,4 MJ/k. Stoa slčajevima koištenja azličito oiva od ekvivalentno moa se peačnavati jedinična ili speifična potošnja oiva b e b pema izaz: b b e H H d de Radi spoedbe panotbinskih postojenja na kopn (temoelektane i toplane) koje koiste kto oivo, speifična ili jedinična potošnja oiva b e, vijedi za tzv. ekvivalentno kto oivo. Donja toplinska vijednost ekvivalentno kto oiva iznosi H de = 9,3 MJ/k. 4

15 E. Tieli; bodske toplinske tbine, 03. ODABIR VELIČINE TOPLINSKOG PADA PO STUPNJU AKCIJSKETURBINE Da bi akijske tbine postile čim veći temodinamički stpanj djelovanja moa biti omje: opt os Označimo li kpni aspoloživi adijabatski toplinski pad s toplinski pad s l Ts, lopatii aspoloživi adijabatski toplinski pad ltl stpanj eaktivnosti s, optimalni omje l T opt l T, sapnii aspoloživi adijabatski l Tl će popimiti oblik, boj stpnjeva sa z i s s os z s os z s z os l T z os Da bi jedan akijski stpanj tbine imao najveći temodinamički stpanj djelovanja z oaničenje obodne bzine do =300 m/s (zbo čvstoće mateijala), posječno koefiijenta 0 bzine 0, 97 i običajeno kta pivoda pae 7 poizlazi da je: l T z 0 os 0,97 os7 4,64 Najveći dozvoljeni toplinski pad po stpnj za akijsk tbin iznosi: l T 300 4, J/k l T 4,5 do 5,5 za akijski stpanj tbine sa stpnjem eaktivnosti 0 5

16 E. Tieli; bodske toplinske tbine, 03. ODABIR VELIČINE TOPLINSKOG PADA PO STUPNJU REAKCIJSKETURBINE Da bi eakijske tbine postile čim veći temodinamički stpanj djelovanja moa biti omje: opt os s s os z s os z s z os s lts lt ltl lt l T z os z os os Da bi jedan eakijski stpanj tbine imao najveći temodinamički stpanj djelovanja z oaničenje obodne bzine na =300 m/s (zbo čvstoće mateijala), posječno koefiijenta bzine 0, 97 i 0 običajeno kta pivoda pae 7 poizlazi da je za 0, 5 : l T z 0 os 0,97 0,5os7 l T,3 Najveći dozvoljeni toplinski pad po stpnj za eakijsk tbin iznosi: l 300 T, J / k z l T, do,6 za eakijski stpanj tbine sa stpnjem eaktivnosti 0, 5. Iz pethodno poizlazi da je: 6 l T,6 do 4,5 za eakijski stpanj tbine sa stpnjem eaktivnosti 0...0, 5

17 ODABIR VELIČINE TOPLINSKOG PADA PO STUPNJU REAKCIJSKETURBINE E. Tieli; bodske toplinske tbine, 03. Dim iječima, za isti toplinski pad akijske tbine imaj manj obodn bzin. Uz to, temodinamički stpanj djelovanja eakijskih stpnjeva je veći od akijskih i poadi manji toplinski pad po stpnj. stpanj djelovanja eakijskih stpnjeva je veći od akijskih i poadi manji toplinski pad po stpnj. Ako je obodna bzina oaničavajća koiste se akijski stpnjevi tbine ili Ctis kolo kako bi se poadio veći toplinski pad i pethodno je već analiziano. Kod tih se tbina s više stpnjeva samo pvom stpnj izvši potpna ekspanzija a naednim stpnjevima tlak ostaje konstantan. Takve s tbine vlo jednostavne zbo smanjene potebe btvljenja pae izmeđ stpnjeva. Akijske tbine mo se izvesti samo s jednim stpnjem je imaj manje izlazne bzine. Reakijske tbine ne izvode se s jednim stpnjem je bi im bitak eneije bio peveliki zbo velike izlazne bzine. Za isti toplinski pad eakijske tbine zahtjevaj više stpnjeva od akijskih 7