Intailways5(14%9(25%328(28%))36201%85014%)29682pntLopullinen energiankulutus 20sektorin ja liikennemuodon mukaanLähde: DG TREN 2007Lähettäjä: Rail Transport and Environment, sivu 5-Facts Figures, marraskuu 2008
Paikallinen ilmansaasteet二mSourcewwwecopassengeforg200Lähettäjä: Rautatieliikenne ja ympäristö, sivu 20 - Faktatietoja, marraskuu 2008
Eksergia- ja ympäristönäkökohdat kaasuturbiinitekniikassa ja -sovelluksissa PolttoaineominaisuudetMax MinNoteser Lämmitysarvo, MJ/m3 Ei mitään73-112054Absoluuttiset rajat Syttyvyyssuhde22:1Rikkaat: Vähärasvainen polttoaine/ilmasuhde Rajat, moleEtaani, hiilidioksidireaktantti(CHButaani) reaktanttien lajien reaktantti spYhteensä Inertit kokonaismäärästä (reagenssit inertit aromaattiset aineet (bentseeni CaHee C7 Hs jne. Raporttitaulukko 4 4 Tyypillisten raskaiden kaasuturbiinien polttoainemäärittelyjen valikoima (mukautettu GErtemsistä, tarkistettu tammikuu 2002) Perinteiset ja uudet ympäristötietoiset lento- ja teollisuuskaasuturbiinipolttoaineet Perinteiset lentokonekaasuturbiinipolttoaineet yleisesti kerosiini frolddeumsing vakiintunut jalostus pIdii synteettistä kerosiinia Fischer-Tropsch(FT) -synteesistä käyttämällä hiiltä, maakaasua tai muuta hiilivetyraaka-ainetta (esim.
g liuske, tervahiekka jne. ) Nämä tuottavat hiilivetyresurssien kaasutusta, jota seuraa nesteyttäminen fepdate-päivämäärään 26. kesäkuuta 2009) Uudet ympäristöystävälliset kaasuturbiinipolttoaineet Biopolttoaineet bioperäisistä rasvahappometyyliestereistä (FAME) sekoitettuna tavanomaisten aineiden kanssa Bioetanoli ja biometanoli puhtaana tai sekoitettuna säänneltynä tuotettu Fischer-Tropsch Synthesis (FTS) -prosessista biomasaauringonkukana jne. sekä eläinperäinen Biosynteesikaasu, joka on tuotettu kaasuttamalla biomassaa, lignoselluloosapitoista biomassaa ja muita rehuna käytettyjä maatalousjätteitä FIS (2. sukupolven biopolttoaineet) nestemäisen nesteytetyn maakaasun, metaanin ja vedyn tuottamiseen. Sekä metaani että vety on nesteytettävä lentokoneissa. Alla olevassa taulukossa 45 esitetään tavanomaisen leijonan kerosebiodieselin lentopolttoaineen suhteelliset ominaisuudet (vaihtelee rasvahappometyyliestereiden [FAME] tyypin mukaan)
KaasuturbiPalon lämpöIlman runko432[MJ/kg tyypillinen pec, minTiheys[kg/ma] vaihteluväli 75-840860-900792-852SiipisäiliöProx Hiilen pituustasot) C16-C22Leimauspiste, Cmin5 - -10 Cmin5 - -10 siiven säiliön rajoituspisteen kanssa ppm)max300010001505PoissuljettuHd lifetrolled Ei tiedossaHiilivety FAMEo FAMEFLähettäjä: Ppt Presmpany Specialist-Fluids, Rolls Royce plc, nimeltä A Kaasuturbiinien valmistajat polttoaineet2006reforming reaktioi kanssa polttoaineet, maatalouden jätteet, biopolttoaineet tai biopolttoaineet ja lignoselluloosakasvit) tuottaa biSe on runsaasti hiiltä sisältävä kaasu monooksidi ja vety, joiden tyypillinen koostumus on esitetty taulukossa 4
6 alla Aineosat (cozbentseeni-tolueeni-ksyleeni(BTX)etaani (C2HsD-terät (NH3, H2S, HCl, pöly, tuhka jne.) Lähde: M Balat et al Energy Conversion and Management 50(2009)3158-316846TypIcal Comp
Eksergia- ja ympäristönäkökohdat kaasuturbiinitekniikassa ja -sovelluksissa Hyödyllisiä referenssejä biomassan lämpömuuntamiseksi polttoaineiksi ja kemikaaleiksi löytyy edellä mainitusta M Balatin et al.:n julkaisusta Etanolikäyttöisten kaasuturbiinien sähköntuotanto nimeltä LPP Combive osoitti, että gasNOx:n aikana CO, SO ja PM (noki) biopolttoaineen etanolista (ASTM Dme maakaasutason teknologiana, väitti myös, että bioperäisen etanolin polttaminen ei tuottanut nettohiilidioksidipäästöjä). 30 kW:n biodieseliä poltti rungossa, että saavutetut NOx-päästöjen vähimmäistasot ylittivät dieselille asetetun vähimmäistason ja että polttoaineen ruiskutusprosessin optimointi parantaa biodieselteoreettista tutkimusta, jonka Glaude et al (2009) julkaisivat hiljattain. öljykaasuöljy ja maakaasu NOx-päästöinä kaasuturbiineissa ja joita käytetään NOx-päästöjen kriteerinä, mikä johtui ristiriitaisista tuloksista mikroturbiinilla tehdystä laboratoriotestistä ja kahdesta äskettäin tehdystä gasturbiinikenttätestistä, rapsinsiemenmetyyliesteristä (RME) ja toisesta papujen metyyliesteristä (SME), laboratoriotesti, joka osoitti korkeamman NOx-päästön, kun taas kaksi kenttätestiä osoittivat vähäiset NOx-päästöt suhteellisesti tselkeästi, että biodieselit ovat vähentäneet hiilipitoisia päästöjä, ja samaa mieltä on myös dieselmoottoreiden kokeellisista tiedoista, jotka osoittavat NOx-pitoisuuden lievää nousua verrattuna öljydieseliin. Glaude ym. olivat RME.Tulokset osoittivat, että öljydieselpolttoaineilla on taipumus vähentää maakaasua alhaisin biodieselin välissä.
Tämä järjestys kahdesta aiemmin mainitusta kenttätestistä Havaittiin myös, että lämpötila, kun taas biopolttoaineet ovat vähemmän herkkiä koostumuksen vaihteluilleg kaasuturbiinin suorituskyvylle Joule-sykli (tunnetaan myös nimellä Brayton-sykli) on ihanteellinen kaasuturbiinin sykli, jota vastaan suorituskyky (eli syklin lämpöhyötysuhde ncr) todellisen gasturbiinisyklin arvioinnissa. Haluamme rajoittaa JouleC D Bolszo ja v G McDonell, Biodieselkäyttöisen kaasuturbiinin päästöjen optimointi, Proceedingsrre A Glaude, Rene Fournet, Roda Bounaceur ja Michel Moliere, (2009), Kaasuturbiinit ja diesel: FAME:n, kaasun ja maakaasun suhteellisten nox-indeksien selvennys
Gas Turbie ideaalpine-sykliin, kun taas Brayton-sykliä käytetään yksinomaan todellisessa kaasuturbiinin syklissä, kaasuturbiinissa""sykli (tai Joule-sykli) koostuu neljästä ideaalista, jotka näkyvät kuvan 5 mukaisesti. 1Joule-syklin lämpöhyötysuhde painesuhde rp annettu bytioparametri Pp kaavalla p=pF|=11) Siten ihanteellisen kaasujoulen syklin lämpötehokkuus on vain painesuhteen funktio, koska se on riippuvainen vain isentrooppisista terre-suhteista, mutta riippumaton kompressorista ja turbiinin tuloaukosta lämpötilat erikseen tietämättä sitä on olennaisesti isentrooppinen lämpötilasuhde, abskissa kuvassa 51
Jos ilma on työneste, jota käytetään ihanteellisessa Joule-syklissä, sykliä kutsutaan standardijouleksi. Kuva 5 1 Ihanteellinen Joule-sykli(a)p-V ja (b)T-Kiinnitetään tulolämpötila kompressoriin Ta ja tulolämpötila turbiiniin Tautomaattisesti asettaa rajan sille, että suhdehichafterisentrooppinen kompressio Ta:sta on yhtä suuri kuin TIT Tb. Kuitenkin, kun tämä tapahtuu, T-s- ja p-v-diagranindikaatin syklin netto Haywood pitää yllä olevan yhtälön 5 1 mielenkiintoista graafista esitystä, kun T=15oCand Th=100° C kuin hän
Eksergia- ja ympäristönäkökohdat kaasuturbiinitekniikassa ja -sovelluksissarati ferair cal4For Ta 15C and Tb= 100Cosoittaa rajoittavan paineen-5)aMton ro=9982 likimääräisen 1005=hän Joule-syklin t-s-kaavioissa, joita käytetään kun rpu lähestyy tätä arvoa prosessin irreversibiliteetit, joita kuvaaja koskee Fi52cle tehokkuus Isentrooppinen lämpötilasuhde p (ta=15C) Alkaen51 Vaikutukset varsinaisissa kaasuturbiinin syklinvaihtimissa ja polttokammiossa hyödyllisen työn tekeminen hKuva
53, jossa lämpö- ja työtermit kussakin esivaiheessa tunnistivat kitkavaikutukset lämmönvaihtimissa, kanavissa ja polttokammiossa Wethan ihanteellista Joule-sykliä varten, mikä paljastaa turbiinin ja kompressoritehokkuuden huomattavan vaikutuksen syklin lämpötehokkuuteen Analyyttinen ilmaus Braytonin syklilämpötehokkuudelle voidaan osoittaa arvolla 1-1/p)(a-P(52)(B-p) tässä "nenre, B-1+nd(e-1)), ja B-Tb/Te on kuvattu turbiinille ja kompressorin trooppiset hyötysuhteet 88%o ja 85%, vastaavasti, t,- 15C kahdelle arvolle tb- 800Cnd 500C. Suhde pienennettiin arvoon 112 t"800C:ssa ja vain 48:aan tb-500C:ssa Tämä optimaalisesti saavutettavissa yhdellä kompressorilla Lisäksi havaitsemme, että e= To/Ta riippuu jyrkästi TIT=800C:sta TIT=500:aan
KaasuturbiinitKorpressoriyksikkö toimii fl1=13while4)Jaa-ncnre:n ja e-Tb/Ta:n kanssa kuten ennen. 5es:stä whand wheMyös erottamisesta saamme, että Wret on maksimi, kun ppVa. w:n vaihtelu adiabaattisella kaaviolla hKuva, 53 Enttalpy-erro. Braytonin sykli turbiinilla ja Compremaywoodilla IHaywood n käsittelee graafista Cawthornea ja Davis[a] Pp:n kiinteiden arvojenf t ja Th vaihtelua varten
Maksimihyötysuhde saadaan valtsasta1/, osoittaa tha-usnn thWarPw:n ja poptin maksimilämpötehokkuuden pisteet ovat pr:n arvot frespektiivisesti, sitten Pw=V(1-nom)jossa Kuva 54 Polttokammioon syötetyn lämmön vaihtelu QB, turbiinin työtulo Wc ja Wret isentrooppisella lämpötilasuhteella Pp Haywood I:stä
Eksergia- ja ympäristönäkökohdat kaasuturbiinitekniikassa ja -sovelluksissa Kuvat 55 ja 56 esittävät kaavamaisen yksinkertaisen kierroksen avoimen virtauksen kaasuturbiinin, jolla on yksitasoinen nopeus, kuten generaattorikäytöt, kun taas kaksoisakseliturbiinin roottori on mekaanisesti erillään korkeasta turbiinista. paineturbiini ja kompressorin roottori Se on siten aerodynaamisesti kytketty, mikä tekee siitä sopivan fCombustorCompressor(43)GeneratorurbineInlet AirFig 5
5 Yksinkertainen, avoin virtaus, yksiakselinen kaasuturbiiniCombustorExhaustCompresLoadT
urbineInlet AirFig 56 Yksinkertainen avovirtaus, kaksiakselinen kaasuturbiini mekaanisiin käyttöihin52 Yksinkertainen vs. yhdistelmäkiertoinen kaasuvoimalaitoksen ominaisuudet, yksinkertaisen kierron huippuluku, palotehokkuus ja maksimiteho ovat sytytyslämpötilan funktio, mitä korkeampi painesuhde, sitä suuremmat hyödyt kohonneesta polttolämpötilasta.Eksergia ja ympäristönäkökohdat kaasuturbiinitekniikassa ja -sovelluksissa sekä sisävesiliikenteessä (145 %), ilmailussa (119 %) Lähettäjä: Rail Transport and Envipage 5- Facts Figures, marraskuu, 2008 Rautatieliikenne ja ympäristö, sivu 5-Facts 8 Figures, Nou 2008]
Toimialan energiankulutus vuodelle 2005 näkyy kuvassa, josta Kuljetussektorilla oli toiseksi suurin osuus, 31 % Kotitalouspalvelusektorin jälkeen, Lentoliikenteen osuus liikennesektorin energiankulutuksesta oli 14 %, toiseksi tieliikenteen jälkeen Samanlainen trendi löytyisi muista, jotka muodostavat suurimman osan maailmanlaajuisesta energiasta. Vastaavasti paikalliset ilmansaastetiedot NOx- ja PM1o-hiukkasista näkyvät alla 545 km:n matkalta kolmella liikennemuodolla. Paikalliset saastetiedot, kuten kuvassa belRahtiliikenteen NOx- ja PMio-vertailu Alla olevassa taulukossa verrataan paikallista ilmansaastetta kuljetettaessa 100 tonnin keskimääräistä tavaraa Rotterdamin satamasta, Alankomaista, paikalliseen ilmansaasteeseen (100 tonnia rahtia, Basel - Rotterdam, 7oo km )41425EURO4Lähdewwwecotransitorg200Lähde: Rautatieliikenne ja ympäristö, sivu 19- Faktaluvut, marraskuu 2008Energiatehokkuus on äärimmäisen tärkeää joidenkin alasektoreiden aiheuttamiin ilmastoongelmiin, kuten alla oleva kuva osoittaa
Saksassa Deutsche Bahnin ominaisenergiankulutus sekä alueellisissa henkilöjunissa että rahtiliikenteessä on laskenut jatkuvasti vuodesta 1990, mikä johtuu yrityksen energiatehokkuutta koskevasta toimintasuunnitelmasta. Primäärienergian kulutus (pkm tai tkm)1990-2007Deutsche bahn - Matkustajaalue199020002005 Lähde: Deutsche BahnLähettäjä: Rautatieliikenne ja ympäristö, sivu 11-Facts Figures, marraskuu 2008 Lopuksi, katsaus meluprofiiliin sormien Prosenttiosuudet kansalaisista, jotka ovat "erittäin häiriintyneitä altistuessaan rautatie-, lento- ja maantieliikenteen melulle"156668m. , sivu 22 - Faktaluvut, marraskuu 2008
Eksergia- ja ympäristönäkökohdat kaasuturbiinitekniikassa ja -sovelluksissa Yllä olevan perusteella on selvää, että aivan kuten muita sektoreita vaaditaan vähentämään kasvihuonekaasupäästöjään, saman pitäisi päteä myös kuljetusalaan Kaasuturbiinit ovat yleisesti käytössä teollisuudessa. thaiWorkshop, Baltimore, USA, 12.-13.10.2004] Vuoden 2004 IPIECA Workshopista lähtien lentopolttoaineelle suunniteltiin korvaavaa polttoainetta, eikä myöskään vaihtoehtoista polttoainetta ollut horisontissa.Kuitenkin vuosien 2008 ja 2010 välisenä aikana lentopolttoaine, joka oli peräisin maakaasusta / Lentoyhtiön polttoaineista 50 sekoitus jathropha-öljyä ja tavallista Al-lentopolttoainetta [The SeattleTimes, 31. joulukuuta 2008 Samoin lentoyhtiön Industry Informationtion 16. tammikuuta 2009 raportoi, että Yhdysvaltain liittovaltion ilmailuhallinto (FAA) on ilmoittanut kaupallisen lentoyhtiön testilennon, jossa käytettiin suihkukoneen seosta. polttoaine ja biopolttoaine, joka on peräisin levä-jatropha-kasveista tammikuun 2009 alussa Kesäkuussa 2009 lentopolttoaineiden alakomitea ilmoitti hyväksyneensä energia-, teollisuus- ja siirtosektoreilla sekoitettujen synteettisten Fischer-Tropsoeumista saatujen kaasuturbiinien synteettiset vaatimukset. vastuussa suurimmasta osasta hiilidioksidipäästöistä.Tämän vuoksi on välttämätöntä ylläpitää nykyistä pyrkimystä parantaa kaasuturbiinien toimintaa ja ympäristönsuojelun tasoa yleensä (maa-, lento-, kaasuturbiinitekniikka) Tarkastelemme joitain näistä Braytonin avoimen kierron komponenteista - yksinkertaisia syklin ja yhdistetyn syklin kaasuturbiinit Polttokammion polttolaitePaineilma sen keskiakselista) virtaa suoraan polttokammioon (kuten alla olevassa kuvassa 21) Brayton opimple -syklin kaasuturbiinissa, jossa osa siitä (< 1/3) käytetään suorapolttoisessa ilmanlämmittimessä polttoaineen polttamiseen, minkä jälkeen ne sekoitetaan palamistuotteiden kanssa, jotka kaikki suoritetaan mahdollisimman pienellä painehäviöllä. Pitical minimoidaan vaiheissa tuloaukosta kompressoriin tuloon turbiiniin. varmistaa optimaalisen tehontuotannon kaasuturbiinista
3-vaiheisen kaasuturbiinilaitoksen turbiinikammio on esitetty kuvissa 2 2 2 ja 23 esittävät tyypillisiä turbiinivaiheen siipiä. Suuri määrä ilmaa ja polttokoneistoa useiden prosessien kautta. polttoaineen isobaariseen (vakiopaineiseen) palamiseen polttokammiossa, jota seuraa kuumien kaasujen adiabaattinen (ei-isentrooppinen) laajeneminen ja lopuksi prosessin purkaminen. Energian siirto nesteen ja roottorin välillä puristus- ja nsioprosesseissa saavutetaan pikemminkin kineettisen toiminnan kuin edestakaisin liikkuvan machin avulla
Gas TurbiFig 21 A polttokammio voi [From Shepherd, D
G, Johdatus GasTurbine d van nostrand co inc
Eksergia- ja ympäristönäkökohdat kaasuturbiinitekniikassa ja -sovelluksissaFiTyypillinen turbiinivaihe [Fherd, DG Johdatus kaasuturbiiniin dNostrand Co Inc4 Kaasuturbiinien polttoaineet - perinteiset ja uudet polttoaineet Perinteiset kaasuturbiinipolttoaineet ovat tällä hetkellä yleensä hiilivetyjä, Kiinteän kaasuturbiinin polttoainetekniikka on edelleen käytössä tutkimus- ja kehitysvaiheet
Kuten aiemmin johdannossa mainittiin, uusia kaasuturbiinipolttoaineita ovat muun muassa synteettiset Fischer-Tropsch lentokonepolttoaineet ja toisen sukupolven biopolttoaineet - nestemäiset ja kaasumaiset polttoaineet. raskaaseen jäännösöljyyn (BunkerC tai No, 6 polttoöljy), Taulukko 4-1 antaa lopullisen analyysin joistakin nestemäisistä polttoaineista PolttoaineHiili Vety Rikkituhka jne.Oktaanibensiini Jäännöspolttoöljy Taulukko 41 Lopulliset anaalipolttoaineet (Eastop SI & Unamp:n Applied Thermodynamics for Engineering Technitss ;e McConkey, 2. painos, 1970) osoittaa myös joidenkin useiden tunnettujen tärkeimmistä ominaisuuksista.
Energia- ja ympäristönäkökohdat kaasuturbiinitekniikassa ja -sovelluksissa on sotilas- ja kaupallisille lentokoneille tyypilliset tislausominaisuudet, useiden nestemäisten hiilivetyjen "veden ja etyyliseoksen yksittäiset haihdutuslämpötilat ja sen eri komponenttien lämpötilat, kuten käy ilmi kaavioistaBP102030405060707080410EPF tislausominaisuudet" erityyppisille polttoaineille, DegreePower, Severns, Degler Miles, John Wiley Sons Inc.
1964 om Steam, AirCentigrade-asteikko, toimittaa Prof R ' Layi Fagbenle Otettuna höyrystä, ilmasta ja kaasusta. Kaavion alareunassa oleva lentobensiinikäyrä on mäntämoottorikäyttöisten lentokoneiden sytytysominaisuuksille. Se on yleensä korkeaoktanegasoliini tunnettu "avgas" turbiinimoottorit toisaalta voivat toimia laajalla polttoaineella, jolla on paljon korkeammat leimahduspisteet.Jet A -spesifikaatioiden mukaisen polttoaineen, jota käytetään Yhdysvalloissa anet A-l -standardin mukaisissa eritelmissä useimmissa niistä on suhteellisen korkea leimahduspiste 38C ja itsesyttymislämpötila. ) (tai itsesyttymislämpötila) 210 C, mikä tekee niistä turvallisempia käsitellä kuin tavalliset keskimääräiset kaasut. Ulkoilmapalamislämpötila verrattuna lentokoneen kaasuturbiinipolttoaineen tyypillisiin tislausominaisuuksiin kuvassa 4-1
Jet A-1
Tyypillinen raskaiden kaasuturbiinien polttoaineluokitus (mukautettu GEl41040G-GE Gas Power Systemsistä, tarkistettu tammikuussa 2002) Kaasutuspolttoaineiden raaka-aine on kivihiilineste. Kaasutuspolttoaineilla on yleensä paljon alhaisemmat lämpöarvot kuin muilla polttokaasuilla ja ne tuotetaan hapen avulla. puhallus- tai ilmapuhalluskaasutusProsessikaasuja tuottavat monet petrokemialliset ja kemialliset kaasuturbiinien polttoaineena käytettävät kaasut, esimerkiksi jalostamokaasut) Prosessikaasujen ainesosat sisältävät H4, H2, CO ja CO Muut kaasuturbiinien polttoaineina käytetyt prosessikaasut ovat terästuotannon sivutuotteita, kuten masuuni. kaasut ja koksiuunikaasut Masuunikaasuissa (BFG) on muita polttoaineita, kuten maakaasua tai hiilivetyjä, kuten propaanibutaania, kaasuturbiinin polttoaineen erittelyalueet alla olevassa taulukossa 4-4. Näiden lisäksi kunkin turbiinin valmistajan sallitut epäpuhtauspitoisuudet määritetään myös hivenainepitoisuuksissa, kuten ( Pb, v Ca ja me), alkalitaalit (Na ja K) ja hiukkaset Natrium (Na) on vain hivenaineista metalliepäpuhtautta, jota normaalisti löytyy maakaasusta, ja sen lähde on suolavettä maakaasukaivoissa ja epäpuhtauksia raskaiden kaasuturbiinien sovelluksissa. sisältävät hiukkaset, jotka syntyvät kaasuputkien korroosiokemikaaleista, hiilivety) kondensaatit ja voiteluöljyt kompressoriasemista; rikki (kuten H2s tai OS): hivenmetallit; Höyry ja vesi-fection; Kompressoripurkauksen sisältämät alkalimetallit; ja polttoaine