Využití energie spalin v paroplynovém cyklu

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá problematikou využití energie spalin v rámci paroplynového cyklu. Klíčovým prvkem paroplynového oběhu je spalinový výměník, který zajišťuje propojení plynového a parního oběhu. Toto zařízení využívá odpadní teplo spalin na výstupu ze spalovací turbíny (popř. motorgenerátoru se spalovacím motorem) k výrobě páry, která následně pohání parní turbínu. Spalinový výměník významně ovlivňuje účinnost paroplynové elektrárny jako celku. Jeho fungování je hlavním předmětem této diplomové práce. V teoretické části jsou nejprve vyloženy základní principy vybraných termodynamických oběhů a sdílení tepla. Další část rešerše je věnována výměníkům tepla se zaměřením na spalinový výměník, označovaný zkratkou HRSG. Praktická část této práce se zabývá simulací činnosti spalinového výměníku v rámci paroplynového oběhu. V programu Wolfram Mathematica je vytvořen model HRSG průtočného typu a model parního oběhu. Nasimulovaný systém uvažovaného paroplynového zdroje je následně zhodnocen z hlediska výroby elektrické energie. Pomocí vytvořeného programu je nalezen optimální pracovní bod spalinového výměníku, definovaný hmotnostním průtokem a tlakem vody, při němž je výkon dodávaný do sítě maximální.

This master thesis deals with the topic of heat recovery from exhaust gases in a combined cycle. The key component in combined cycle power plants is the Heat Recovery Steam Generator (HRSG). This device recovers waste heat from hot exhaust gases exiting gas turbine (or combustion engine) to generate steam that drives a steam turbine. HRSG has a significant impact on the efficiency of the whole power plant. Therefore, the performance of HRSG is the main subject of this thesis. Firstly, the theoretical basics of chosen thermodynamic cycles and heat transfer are explained. Additionally, the theoretical part provides an introduction to heat exchangers with a special focus on Heat Recovery Steam Generators. In the practical part of this thesis, a model is developed for performance simulation of the once through HRSG in a combined cycle power plant application. The model is created using Wolfram Mathematica software. Subsequently, the developed model is applied to the performance simulation of a chosen combined cycle power plant in order to assess its electricity production. As a result, an optimal operating point of HRSG, given by the mass flow rate and pressure of water, is determined. The optimal operating point corresponds to the maximum power output.