Intailways5(14%9(25%328(28%)36201%85014%)29682pntKonečná spotřeba energie 20podle sektoru a způsobu dopravyZdroj: DG TREN 2007Od: Železniční doprava a životní prostředí, strana 5-Fakta, listopad 2008
Místní znečištění ovzduší二mSourcewwwecopassengeforg200Z: Železniční doprava a životní prostředí, strana 20 – Fakta, listopad 2008
Ohledy exergie a životního prostředí v technologii a aplikacích plynových turbín Vlastnosti palivaMaxMinNoteser Heating Value, MJ/m3 Žádné73-112054Absolutní limity Hořlavost Poměr 22:1 Bohatý: Poměr chudé palivo/vzduch Limity, molethan, CHButan spec. spTotal Celkové inertní látky (inertní reaktanty Aromatika (benzen CaHee C7 Hs, atd. Tabulka 4 4) Rozsah typických specifikací paliva pro těžké plynové turbíny (upraveno podle GErtems, revidováno leden 2002) Konvenční a nová paliva pro letecké a průmyslové plynové turbíny šetrná k životnímu prostředí Konvenční paliva pro letecké plynové turbíny běžně petrolejové froldeumování zavedené rafinace pIdii syntetického petroleje ze syntézy Fischer-Tropsch(FT) za použití uhlí, zemního plynu nebo jiných uhlovodíkových surovin (např.
g břidlice, dehtové písky atd.) Jedná se o produkty zplyňování uhlovodíkových zdrojů s následným zkapalňováním do data data 26. června 2009) Nová paliva pro plynové turbíny šetrná k životnímu prostředíBiopaliva z biologických methylesterů mastných kyselin (FAME) smíchaných s konvenčními Bio-etanol a bio-metanol čistý nebo smíšený v regulovaném množství vyrobené z procesu Fischer-Tropschovy syntézy (FTS) s využitím biomasy slunečnice atd., jakož i živočišného biosyngasu produkovaného zplyňováním biomasy, lignocelulózové biomasy a dalších zemědělských odpadů používaných jako krmivo do FIS (biopaliva 2. generace) pro výrobu kapalného LNG, metanu a vodíku Jak metan, tak vodík budou muset být v letadlech zkapalněny. Tabulka 45 níže uvádí relativní vlastnosti konvenčního leteckého paliva z petroleje a bionafty (liší se podle typu methylesterů mastných kyselin [FAME])
Plynová TurbiTeplo spalovacího draku 432[MJ/kg typický spec, minHustota[kg/ma] rozsah 75-840860-900792-852Křídlová nádržProx Úrovně délky uhlíku) C16-C22Bod vzplanutí, Cmin5 až -10 s mezním bodem nádrže na křídle, Studený°C stamax ppm)max300010001505VyloučenoHd lifetrolled Není známoUhlovodíková FAMEo FAMEOd: Ppt Presmpany Specialist-Fluids, Rolls Royce plc, s názvem Výrobci plynových turbín,paliva2006reformování paliva se surovinami, biočlánky černé hydrokarbony odpadní závody ligno zemědělské kaly k výrobě biIt je plyn bohatý na uhlík oxid monoxidu a vodíku s typickým složením uvedeným v tabulce 4
6 níže Složky(kozbenzen-toluen-xylen(BTX)ethan(C2HsDthers(NH3, H2S, HCl, prach, popel atd.Zdroj: M Balat et al Energy Conversion and Management 50(2009)3158-316846TypIcal Comp
Exergie a hlediska životního prostředí v technologii a aplikacích plynových turbín Užitečné reference pro termokonyersi biomasy na paliva a chemikálie lze nalézt ve výše uvedeném článku M. Balata et al Plynové turbíny poháněné etanolem pro výrobu elektřiny zvané LPP Combive prokázaly, že během plynových NOx, CO, SO a PM (saze) z biopaliva etanolu (ASTM Dme jako technologie na úrovni zemního plynu, I také tvrdil, že spalování etanolu získaného z biologického materiálu neprodukuje ve skutečnosti žádné čisté emise CO Plynové turbíny a bionafta, studie bolszo a McDonnell (2009) o emnizaci 30kw bionaftu spalující tělesa, přičemž dosažené minimální úrovně emisí NOx překročily minimum dosahované u motorové nafty a že optimalizace procesu vstřikování paliva zlepší Teoretickou studii bionafty nedávno provedli Glaude a kol. (2009). ropný plynový olej a zemní plyn z emisí NOx v plynových turbínách a používané jako kritérium pro emise NOx, které si vyžádaly protichůdné výsledky laboratorního testu na mikroturbíně a dvou nedávných polních testů plynových turbín na methylesteru řepkového oleje (RME) a methylesteru z jiných bobů (SME), laboratorní test ukázal vyšší emise NOx, zatímco dva terénní testy ukázaly mírné emise NOx relativně tjasně, že bionafta snížila emise obsahující uhlík, a existuje shoda také na experimentálních údajích z dieselových motorů, které naznačují mírný nárůst NOx ve srovnání s ropnou naftou Pět FAME studovaných Glaude et al byli RME. Výsledky ukázaly, že ropná nafta má tendenci poškozovat zemní plyn, přičemž bionafta leží mezi nimi.
Toto žebříček řadí dva výše zmíněné testy v terénu Bylo také zjištěno, že teplota, zatímco biopaliva jsou méně citlivá na změny složení a výkon plynové turbíny Jouleův cyklus (známý také jako Braytonův cyklus) je ideální cyklus plynové turbíny, proti kterému výkon (tj. tepelná účinnost cyklu ncr) skutečného cyklu plynové turbíny je posuzována Preferujeme omezení použití JouleC D Bolszo a v G McDonell, Optimalizace emisí plynové turbíny spalující bionaftu, Proceedingsrre A Glaude, Rene Fournet, Roda Bounaceur a Michel Moliere, (2009), Plynové turbíny a nafta: Objasnění relativních indexů nox FAME, benzínu a zemního plynu
Plynová turbína do ideálního cyklu, zatímco Braytonův cyklus se používá výhradně pro skutečný cyklus plynové turbíny. Cyklus plynové turbíny (nebo Jouleův cyklus) se skládá ze čtyř ideálních, které vypadají, jak je znázorněno na obr. 5 1Tepelná účinnost Jouleova cyklu ve smyslu tlakový poměr rp daný bytio parametrem Pp daným p=pF|=11) Tepelná účinnost ideálního cyklu joulů plynu je tedy funkcí pouze tlaku, protože je závislá pouze na poměrech izoentropické půdy, ale nezávislá na kompresoru a vstupu do turbíny teploty odděleně bez znalosti je v podstatě izoentropický teplotní poměr, úsečka na obr. 51
Je-li vzduch pracovní tekutinou používanou v ideálním joulovém cyklu, cyklus se označuje jako standardní joule. Obr. 5 1 Ideální joulův cyklus (a)p-V a (b)T-Upevnění vstupní teploty do kompresoru Ta a vstupní teploty do turbíny Tautomaticky nastaví limit k tomu poměr, jehož po isentropická komprese z Ta je rovna TIT Tb Když k tomu však dojde, netof cyklu na T-s a p-v diagraindikuje Haywood zvažuje zajímavé grafické znázornění rovnice 5 1 výše pro T=15oCand Th=100° C jako ona
Úvahy o exergii a životním prostředí v technologii a aplikacích plynových turbín Srati ferair cal4For Ta 15C a Tb= 100C ukazuje Mezní tlak-5)aMton ro=9982 aproximovaný 1005=he Joule cyklu na t-s diagramu, který jak se otáčky blíží, je používán při nevratnosti procesu, kterých se graf týká Fi52účinek kléru Izentropický teplotní poměr p (ta=15C) Od51 Účinky v aktuálních cyklech cyklů plynové turbíny a spalovací komořevytvoření užitečné práce hObr.
53, kde tepelné a pracovní podmínky v každém z předběžných údajů identifikovaly třecí účinky ve výměnících tepla, potrubí a spalovací komoře Wethan pro ideální Jouleův cyklus, odhalující značný vliv účinnosti turbíny a kompresoru na tepelnou účinnost cyklu Analytický výraz pro Braytonův cyklus tepelnou účinnost lze ukázat jako 1-1/p) (a-P(52)(B-p)zde a"nenre, B-1+nd(e-1)) a B-Tb/Te je znázorněno pro turbínu a kompresorntropní účinnost 88%o a 85% v tomto pořadí, t,- 15C pro dvě hodnoty tb- 800Cnd 500C, v tomto pořadí poměr snížen z na 112 pro t"800C a na pouhých 48 při tb-500C Zde je optimálně dosažitelný v jediném kompresoru také jsme zjistili, že v závislosti na e=To/Ta ukazuje drastické snížení z TIT=800C na TIT=500
Plynové turbínyPráce korpresorové jednotky fl1=13zatímco4)Jawith a-ncnre a e-Tb/Ta jako dříve Od 5s, přičemž také z diferencování získáme, že Wret je maximální, když ppVa Variace w s adiabatickým hObr, 53 Diagram entalpie-erropie Braytonův cyklus, s turbínou a Compremaywoodem IHaywood n diskutuje o grafickém cawthorne a Davis[ pro thou variaci v Pp pro pevné hodnotyf t a Th
Maximální účinnost je získána při valtsa1/, tangenciuje tha-usnn body maximální tepelné účinnosti thWarPw a popt jsou hodnoty pr často, pak Pw=V(1-nom)kde Obr 54 Změny tepla dodávaného do spalovací komory QB, pracovní příkon turbíny Wc a Wret s izoentropickým teplotním poměrem Pp From Haywood I
Ohledy exergie a životního prostředí v technologii a aplikacích plynových turbín Obrázky 55 a 56 znázorňují schéma plynové turbíny s jednoduchým cyklem s otevřeným průtokem s jednou stejnoměrnou rychlostí, jako jsou pohony generátoru, zatímco u dvouhřídelové turbíny je rotor mechanicky oddělen od vysokorychlostního tlaková turbína a rotor kompresoru Je tedy aerodynamicky spřažen, takže je vhodný fCombustorCompressor(43)GeneratorurbineVstup vzduchuObr 5
5 Jednohřídelová plynová turbína s jednoduchým cyklem, otevřeným průtokem, spalování, výfuk, tlak, zatížení
56 Plynová turbína s jednoduchým otevřeným průtokem, dvouhřídelová plynová turbína pro mechanické pohony52 Vlastnosti plynové elektrárny s jednoduchým cyklem vs. s kombinovaným cyklem nejvyšší hodnota v jednoduchém cyklu, účinnost spalování a maximální výkon jsou funkcí teploty spalování, čím vyšší je tlakový poměr, tím větší přínosy plynoucí ze zvýšené teploty výpalu za daných okolnostíExergie a hlediska životního prostředí v technologii a aplikacích plynových turbín a vnitrozemských vodních cestách (145 %), letectví (119 %) Od: Železniční doprava a envipage 5 – Čísla faktů, listopad 2008 Železniční doprava a životní prostředí, strana 5-Fakta 8 čísel, Nou 2008]
Spotřeba energie v sektoru za rok 2005 je uvedena na obrázku níže, z něhož sektor dopravy měl druhý největší podíl 31 % po sektoru služeb pro domácnosti, podíl letectví na spotřebě energie v sektoru dopravy byl 14 %, druhý za silniční dopravou Podobný trend by se nacházelo v jiných, které tvoří většinu celosvětové energie Podobně se níže objevují místní údaje o znečištění ovzduší pro NOx a PM1o pro cestu 545 km třemi způsoby dopravy Přeprava 100 tun nákladu na vzdálenost 700 km mezi Nizozemskem a Švýcarskem generuje informace o místním znečištění, jak je uvedeno na obrázku belPorovnání nákladní dopravy NOx a PMioTabulka níže porovnává místní znečištění ovzduší z přepravy 100 tun průměrného zboží z přístavu Rotterdam, Nizozemsko s místním znečištěním ovzduší (100 tun nákladu, Basilej - Rotterdam, 7oo km )41425EURO4Sourcewwwecotransitorg200Z: Železniční doprava a životní prostředí, strana 19 – Fakta, listopad 2008Energetická účinnost je nanejvýš důležitá při řešení problému klimatuNěkteré pododvětví, jak ukazuje obrázek níže
V Německu spotřeba měrné energie pro Deutsche Bahn, jak pro regionální osobní vlaky, tak pro nákladní dopravu, od roku 1990 neustále klesala v důsledku akčního plánu energetické účinnosti společnosti Specifická spotřeba primární energie (na os. km nebo tkm) 1990-2007Deutsche bahn - Cestující regionální199020002005zdroj: Deutsche BahnFrom: Železniční doprava a životní prostředí, strana 11-Fakta, listopad 2008Nakonec pohled na hlukový profil sorProcenta občanů, kteří jsou „vysoce narušeni, když jsou vystaveni hluku ze železniční, letecké a silniční dopravy156668m Doprava a životní prostředí:Rail68m , strana 22 – Fakta, listopad 2008
Ohledy exergie a životního prostředí v technologii a aplikacích plynových turbín Z výše uvedeného je zřejmé, že stejně jako ostatní sektory jsou vyzvány ke snížení svých emisí skleníkových plynů, totéž by mělo platit pro sektor dopravy Plynové turbíny jsou obecně využívány v průmyslu Tvrdí se thaiWorkshop, Baltimore, USA, 12.-13. října 2004] Od roku 2004 na workshopu IPIECA se počítalo s náhradním palivem pro tryskové motory a na obzoru nebylo ani alternativní palivo therniche. Mezi lety 2008 a 2010 však tryskové palivo odvozené ze zemního plynu /Letecký průmysl Informagenerace50 biopaliva z let55 směs oleje jathropha a standardního leteckého paliva Al [The SeattleTimes, 31. prosince 2008 Podobně, informace leteckého průmyslu ze dne 16. ledna 2009 oznámily, že americký Federální úřad pro letectví (FAA) oznámil výsledky zkušebního letu komerční letecké společnosti s použitím směsi trysek palivo a biopalivo pocházející z rostlin algaend jatropha počátkem ledna 2009 V červnu 2009 podvýbor pro letecká paliva oznámil, že schválil specifikace pro syntetickou směs syntetických plynových turbín odvozených od Fischer-Tropsoea využívaných v energetice, průmyslu a transporsekcích, které se ukázaly být je odpovědný za většinu emisí uhlíku, a proto je nezbytné udržet současnou snahu o zlepšení exergie a environmentálního výkonu plynových turbín obecně (pozemní, letecké, plynové turbínové technologie) Některé z nich zvážíme v těchto Braytonových součástech s otevřeným cyklem – jednoduché plynové turbíny s cyklem a kombinovaným cyklemSpalovací komora Spalovací komora Stlačený vzduch z jejich odstředivé axiální smyčky proudí přímo do spalovací komory (jako je ta znázorněná na obr. 21 níže) v plynové turbíně s Braytonovým opimplem, kde jeho část (< 1/3) se používá v přímotopném ohřívači vzduchu ke spalování paliva, které se následně mísí se zplodinami hoření, přičemž vše se provádí s minimální tlakovou ztrátou Minimalizace pitical ve stupních od vstupu do kompresoru ke vstupu do turbíny až po zajistit optimální produkci energie z plynové turbíny
Turbínová komora 3-stupňového zařízení s plynovou turbínou je znázorněna na obr. 2 2 a obr. 23 typické lopatky turbínového stupně. Značné objemy vzduchu a spalovacího stroje, prostřednictvím řady procesů Tyto procesy následují po tematické kompresi z atmosférického vstupního prostoru k izobarickému (konstantnímu tlaku) spalování paliva ve spalovací komoře a poté následuje adiabatická (neisentropická) expanze horkých plynů a konečné vypuštění tohoto procesu Je dosaženo přenosu energie mezi kapalinou a rotorem v procesech komprese a komprese spíše kinetickou akcí než reciproční machi
Plynová TurbiObr. 21 Spalovací komora může [Od Shepherda, D
G, Úvod do GasTurbine d van nostrand co inc
Ohledy exergie a životního prostředí v technologii a aplikacích plynových turbínFiTypický stupeň turbíny [Fherd, DG Úvod do plynové turbíny dNostrand Co Inc4 Paliva pro plynové turbíny – konvenční a nová palivaKonvenční paliva pro plynové turbíny, v současné době průmyslově uhlovodíky, Technologie pevných paliv pro plynové turbíny je stále v fáze výzkumu a vývoje
Nová paliva pro plynové turbíny, jak již bylo zmíněno dříve v Úvodu, zahrnují syntetická letecká paliva Fischer-Tropsch a biopaliva druhé generace – kapalná a plynná paliva Konvenční kapalná paliva pro plynové turbíny zahrnují řadu rafinovaných ropných olejů z lehké motorové nafty k těžkému zbytkovému oleji (topný olej BunkerC nebo č. 6), Tabulka 4-1 uvádí konečnou analýzu některých kapalných paliv Palivo Uhlík Vodík Síra Popel, atd. oktanový benzin Zbytkový topný olej Tabulka 41 Konečná analfuels (z aplikované termodynamiky pro inženýrské technologie, jednotky SI od Eastop & ;e McConkey, 2. vydání, 1970) také uvádí některé klíčové vlastnosti některých z mnoha známých
Energetické a ekologické aspekty v technologii a aplikacích plynových turbín mají typické destilační charakteristiky pro vojenská a komerční letadla „jednotlivé odpařovací teploty směsi vody a etylenu z kapalných několika uhlovodíků a jejich různých složek teploty, jak lze vidět v grafechBP102030405060708090EPObr. pro různé druhy paliv, DegreePower od Severns, Degler Miles, John Wiley Sons Inc
1964 om Steam, stupnice vzduchového stupně dodaná prof. R 'Layi Fagbenle Abstrahováno od páry, vzduchu a plynu Graf leteckého benzínu ve spodní části grafu je pro zapalovací charakteristiky letadel poháněných pístovým motorem Obvykle se jedná o známý vysokooktanový benzín jako "avgas" turbínové motory na druhé straně mohou pracovat s širokými palivy s mnohem vyššími body vzplanutí, palivo specifikace Jet A používané v USA a standardní specifikace A-l většiny z nich mají relativně vysoký bod vzplanutí 38 C a teplotu samovznícení. ) (neboli teplota samovznícení) 210 C, díky čemuž je manipulace s nimi bezpečnější než s přídavným plynem.
Jet A-1
Řada typické klasifikace paliv pro těžké výkony plynových turbín (upraveno podle GEl41040G-GE Gas Power Systems, revidováno v lednu 2002) Surovina pro zplynovací paliva je uhelná kapalina Zplynovací paliva mají obecně nižší, mnohem nižší výhřevnost než ostatní topný plyn a jsou vyráběna kyslíkem zplyňování foukáním nebo foukáním vzduchu Procesní plyny jsou vytvářeny mnoha petrochemickými a chemickými látkami pro pohon plynových turbín, například rafinérské plyny) Složky procesních plynů zahrnují H4, H2, CO a CO Jiné procesní plyny používané jako paliva pro plynové turbíny jsou vedlejšími produkty výroby oceli, jako jsou vysoké pece plyny a koksárenské plyny Vysokopecní plyny (BFG) mají další paliva, jako je zemní plyn nebo uhlovodíky, jako je propanbutan, specifikace paliv pro plynové turbíny jsou uvedeny níže v tabulce 4-4. Kromě těchto povolených úrovní znečištění u každého výrobce turbín jsou také specifické takové stopové kovy jako ( Pb, vCa a me), alkalické kovy (Na a K) a částice sodík (Na), jediný stopový kovový kontaminant, který se běžně vyskytuje v zemním plynu a jeho zdrojem je slaná voda v podzemních plynových vrtech kontaminantů v aplikacích s plynovými turbínami pro velké zatížení zahrnují částice vznikající z korozních chemikálií v plynovodech, uhlovodíkové kondenzáty a mazací oleje z kompresorových stanic; síra (jako H2s nebo OS): stopové kovy; výroba páry a vody; alkalické kovy obsažené ve výtlaku kompresoru; a palivo