Intailways5(14%9(25%328(28%)36201%85014%)29682pnt Крайно потребление на енергия 20по сектори и видове транспорт Източник: DG TREN 2007 От: Железопътен транспорт и околна среда, страница 5-Факти Цифри, ноември 2008 г.
Местно замърсяване на въздуха二mИзточникwwwecopassengeforg200От: Железопътен транспорт и околна среда, страница 20- Факти Цифри, ноември 2008 г.
Ексергия и екологични съображения в технологията и приложенията на газовите турбини Свойства на горивото Макс. Мин. бележка Стойност на нагряване, MJ/m3 Няма 73-112054 Абсолютни граници Коефициент на възпламенимост22:1 Богат: Съотношение обеднено гориво/въздух Граници, мол Етан, CH Бутан Chio по-високо от видовете реагенти парафини (C++) от видовете реагенти eВъглерод на видовете реагенти на реагентите sp Общо Инерти от общо (реагенти инерти Аромати (Бензен CaHee C7 Hs и т.н. Доклад Таблица 4 4 Диапазон от типични спецификации на гориво за тежкотоварни газови турбини (адаптирано от GERtems, преработен януари 2002 г.)Конвенционални и нови горива за авиационни и промишлени газови турбини, съобразени с околната средаКонвенционалните горива за авиационни газови турбини са обикновено Kerosene froldeumsing установено рафиниране pIdii синтетичен керосин от синтез на Fischer-Tropsch(FT) с използване на въглища, природен газ или друга въглеводородна суровина (напр.
g шисти, битуминозни пясъци и т.н.) Те се произвеждат газифициране на въглеводородния ресурс, последвано от втечняване до дата 26 юни 2009 г.) Нови екологични горива за газови турбини Биогорива от биологично получени метилови естери на мастни киселини (FAME), смесени с конвенционалниii Биоетанол и биометанол, чисти или смесени в регулирано, произведени от процес на синтез на Фишер-Тропш (FTS), използващ биомаса от слънчоглед и др., както и животински биосингаз, произведен чрез газификация на биомаса, лигноцелулозна биомаса и други селскостопански отпадъци, използвани като храна за FIS (биогорива от 2-ро поколение) за производство на течен LNG, метан и водород Както метанът, така и водородът ще трябва да бъдат втечнени за самолети. Таблица 45 по-долу дава относителни свойства на конвенционалното гориво за въздухоплавателно средство Lion с керобиодизел (ще варира в зависимост от типа метилови естери на мастни киселини [FAME])
Газ TurbiHeat на горене Airframe432[MJ/kg типичен pec, мин. Плътност [kg/ ma] обхват75-840860-900792-852Wing tankProx Carbon lengtrace нива) C16-C22Точка на възпламеняване, Cmin5 до -10 с wing tankPoint°Cмаксимални граници, Студено състояние и сяра [ ppm)max300010001505ИзключеноHd lifetrolled Не е известноВъглеводородни FAMEo FAMEFот: Ppt Presmpany Specialist-Fluids, Rolls Royce plc, озаглавен Производител на газови турбини, горива2006, които реагират със суровина (утайка от мелница за въглеводороди, гориво, получено от черна течност, отпадъци от селскостопанска биомаса и лигноцелула лоши растения) за производство на би. Това е газ, богат на въглерод монооксид и водород с типичен състав, показан в табл.4
6 по-долу Constituentse(cozBenzene-Toluene-Xylene(BTX)Ethane(C2HsDthers(NH3, H2S, HCl, прах, пепел и т.н.) Източник: M Balat et al Преобразуване и управление на енергия 50(2009)3158-316846 Типичен комп.
Ексергия и екологични съображения в технологията и приложенията на газовите турбини Полезна справка за термопреобразуването на биомаса в горива и химикали може да се намери в горепосочената статия от M Balat et al. Захранвани с етанол газови турбини за производство на електроенергия, наречени LPP Combive, демонстрират, че по време на газNOx, CO, SO и PM (сажди) от биогориво етанол (ASTM Dme като технология за ниво на природен газ, аз също твърдях, че изгарянето на биопроизводния етанол не води до нетни емисии на CO Газови турбини и биодизел Проучване на bolszo и McDonnell (2009) за емнизация на биодизел, работещ с тяло с 30 kW, че постигнатите минимални нива на емисии на азотни оксиди надвишават минималните, постигнати за дизела, и че оптимизирането на процеса на впръскване на гориво ще подобри теоретичното изследване на биодизела беше наскоро публикувано от Glaude et al (2009) индексът на азотни оксиди се отнася за дизели в газови турбини, приемащи конвенционални петролен газьол и природен газ като емисии на NOx в газови турбини и се използва като критерий за емисиите на NOx, наложени от противоречивите резултати от лабораторен тест на микротурбина и два скорошни полеви теста на газови турбини – метилов естер на рапица (RME) и метилов естер на други бобови култури (SME), лабораторният тест показва по-високи емисии на NOx, докато двата полеви теста показват леки емисии на NOx, относително ясно, че биодизелите имат намалени емисии, съдържащи въглерод, и има съгласие и относно експерименталните данни от дизелови двигатели, които показват леко увеличение на NOx спрямо петролния дизел Петте FAME, изследвани от Glaude et al са RME, Резултатите показват, че петролните дизелови горива са склонни към genhile природният газ е най-нисък, като биодизелът е между тях
Това класиране в двата полеви теста, споменати по-рано. Беше също така установено, че температурата, докато биогоривата са по-малко чувствителни към вариациите на състава g производителност на газовата турбина Цикълът на Джаул (известен също като цикъл на Брайтън) е идеалният цикъл на газова турбина, срещу който производителността (т.е. преценява се топлинната ефективност на цикъла ncr) на действителен цикъл на газова турбина. Предпочитаме да ограничим използването на JouleC D Bolszo и v G McDonell, Оптимизиране на емисиите на газова турбина, работеща с биодизел, Proceedingsrre A Glaude, Rene Fournet, Roda Bounaceur и Мишел Молиер, (2009), Газови турбини и дизел: Изясняване на относителните nox индекси на FAME, газьол и природен газ
Газова турбина към идеалния цикъл на Пайн, докато цикълът на Брайтън се използва изключително за действителния цикъл на газовата турбина Цикълът на цялата газова турбина (или цикъл на Джаул) се състои от четири идеала, които се появяват, както е показано на Фигура 5 1. Термичната ефективност на цикъла на Джаул по отношение на съотношение на налягането rp, дадено от параметъра tio Pp, дадено от p=pF|=11) Следователно топлинната ефективност на цикъла на джаул на идеалния газ е функция само на налягането tio, тъй като зависи само от изоентропичните тере съотношения, но независимо от компресора и входа на турбината температурите поотделно без знание за тях е по същество изоентропичното температурно съотношение, абсцисата на фиг. 51
Ако въздухът е работният флуид, използван в идеалния цикъл на Джаул, цикълът се отнася за стандартен джаул Фигура 5 1 Идеален цикъл на Джаул (a)p-V и (b)T-Фиксиране на входящата температура към компресора Ta и входящата температура към турбината Tавтоматично задава граница за съотношението hichafterisentropic компресия от Ta е равно на TIT Tb Въпреки това, когато това се случи, мрежата на цикъла на T-s и p-v диаграниндикацията. Хейуд разглежда интересно графично представяне на eq 5 1 по-горе за T=15oC и Th=100° C като тя
Ексергия и екологични съображения в технологията и приложенията на газовите турбини Rat ferair cal4For Ta 15C и Tb= 100C показва ограничаващото наляганеustust-5)aMton ro=9982 приблизително до 1005=he цикъл на джаул на t-s диаграмата показва, че когато rp се приближава до това, се използва, когато има необратимостта на процеса, за която се отнася графиката Fi52cle ефект Изентропично температурно съотношение p (ta=15C) От51 Ефекти в действителните преобразуватели на цикъла на газовата турбина и горивната камера производство на полезна работа hFig
53, където топлината и условията на работа във всеки от предварително идентифицираните ефекти на триене в топлообменниците, тръбопроводите и горивната камера Wethan за идеалния цикъл на Джаул, разкриващи значителния ефект на неефективността на турбината и компресора върху топлинната ефективност на цикъла. Аналитичен изразът за цикъла на Брайтън топлинна ефективност може да бъде показан на 1-1/p)(a-P(52)(B-p)тук a"nenre, B-1+nd(e-1)), а B-Tb/Te е изобразен за турбина и компресорна ефективност от 88%o и 85% съответно, t,- 15C за две стойности на tb- 800C и 500C съответно Там съотношението е намалено от 112 за t"800C и само до 48 при tb-500C Този оптимален реалистично постижим в един компресор Тук също така откриваме, че в зависимост от e= To/Ta показва драстично намаление от TIT=800C до TIT=500
Газови турбиниКопресорът работи fl1=13while4)Jawith a-ncnre и e- Tb/Ta както преди От 5es whand wheСъщо така от диференцирането получаваме, че Wret е максимално, когато ppVa Вариацията на w с адиабатиката hFig, 53 Диаграма на енталпия-еропия за действително Цикъл на Брейтън, с турбина и Compremaywood IHaywood n обсъжда графичния Cawthorne и Davis[ за тази вариация в Pp за фиксирани стойности f t и Th
Максималната ефективност се получава при valtsa1/, tangindicates tha-usnn точките на максимална топлинна ефективност на thWarPw и popt са стойностите на pr съответно, тогава Pw=V(1-nom), където Фигура 54 Промяна на топлината, подадена към горивната камера QB, работа на турбината Wc и Wret с изоентропично температурно съотношение Pp От Haywood I
Ексергия и екологични съображения в технологията и приложенията на газовите турбини Фигури 55 и 56 показват схемата на газова турбина с прост цикъл и отворен поток с единична равномерна скорост, като например задвижванията на генератора, докато в двуваловата турбина роторът е механично отделен от турбина под налягане и ротор на компресора По този начин той е аеродинамично свързан, което го прави подходящ fГоривен компресор(43)Генераторна турбина Входящ въздух Фиг. 5
5 Газова турбина с прост цикъл и отворен поток с един вал CombustorExhaustCompresLoadT
urbineInlet AirFig 56 Газова турбина с обикновен отворен поток и двоен вал за механични задвижвания52 Характеристики на газова електроцентрала с прост цикъл срещу комбиниран цикъл горната фигура на прост цикъл, при ефективност на запалване и максимална производителност са функция на температурата на запалване, по-високото съотношение на налягането, толкова по-големи са ползите от повишената температура на изпичане В даденостЕксергия и екологични съображения в технологията и приложенията на газовите турбини и вътрешните водни пътища (145%), авиацията (119%) От: Железопътен транспорт и Envipage 5- Факти Цифри, ноември 2008 г. Железопътен транспорт и околна среда, страница 5-Факти 8 Фигури, Nou 2008]
Секторното потребление на енергия за 2005 г. се появява на фигурата, показана по-долу, от която секторът на транспорта имаше втория по големина дял от 31% след сектора на услугите на домакинствата, делът на авиацията в потреблението на енергия в сектора на транспорта беше 14%, на второ място след автомобилния транспорт Подобна тенденция ще бъдат открити в други, което представлява по-голямата част от глобалната енергия. По същия начин, местните данни за замърсяването на въздуха за NOx и PM1o се появяват по-долу за пътуване от 545 км с три вида транспорт. Транспортирането на 100 тона товари на разстояние от 700 км между Холандия и Швейцария генерира информацията за местното замърсяване, както е показано на фигурата bel Сравнение на товарен транспорт NOx и PMio Таблицата по-долу сравнява местното замърсяване на въздуха от транспортирането на 100 тона средни товари от пристанището на Ротердам, Холандия, до локално замърсяване на въздуха (100 тона товар, Базел - Ротердам, 700 км )41425EURO4Източникwwwecotransitorg200От: Железопътен транспорт и околна среда, страница 19- Факти Цифри, ноември 2008 г. Енергийната ефективност е от изключително значение за справяне с проблема с климата. Някои са направени от някои подсектори, както показва фигурата по-долу
В Германия потреблението на специфична енергия за Deutsche Bahn, както за регионалните пътнически влакове, така и за товарните превози, е намаляло постоянно от 1990 г. насам поради плана за действие за енергийна ефективност на компанията Специфично потребление на първична енергия (на pkm или tkm) 1990-2007 Deutsche Bahn - Регионален пътнически199020002005източник: Deutsche Bahn От: Железопътен транспорт и околна среда, страница 11-Факти, цифри, ноември 2008 г. И накрая, поглед върху шумовия профил на или процентите на гражданите, които са „силно обезпокоени, когато са изложени на шум от железопътния, въздушния и автомобилния трафик156668m:Железопътен транспорт и околна среда , страница 22 - Факти Цифри, ноември 2008 г
Ексергия и екологични съображения в технологията и приложенията на газовите турбини От гореизложеното е ясно, че точно както другите сектори са призовани да намалят своите емисии на парникови газове, същото трябва да важи и за транспортния сектор Газовите турбини се използват в промишлеността като цяло Твърди се thaiWorkshop, Балтимор, САЩ, 12-13 октомври 2004 г.] От семинара на IPIECA през 2004 г. имаше предвиден заместител на реактивното гориво, нито алтернативно гориво от ниша на хоризонта. Въпреки това, между 2008 г. и 2010 г. реактивно гориво, получено от природен газ /биогорива за генериране на информация за авиокомпаниите от 50 50 смес от масло от ятрофа и стандартно Al реактивно гориво [The SeattleTimes, 31 декември 2008 г. По същия начин, информацията за авиокомпанията Industry Informationtion от 16 януари 2009 г. съобщи, че Федералната авиационна администрация на САЩ (FAA) е обявила резултатите от тестов полет на търговска авиокомпания, използващ смес от реактивни гориво и биогориво, получени от растения водорасли и ятрофа в началото на януари 2009 г. През юни 2009 г. подкомитетът по авиационни горива съобщи, че е одобрил спецификации за синтетична смес от синтетични газови турбини, получени от Fischer-Tropsoeum, използвани в енергетиката, промишлеността и транспортните системи, за които е доказано, че са отговорен за по-голямата част от въглеродните емисии. Следователно е наложително да се поддържа настоящият стремеж за подобряване на ексергията и екологичните характеристики на газовите турбини като цяло (земя, авиация, технология за газови турбини). цикъл и комбиниран цикълГазови турбиниГоривна камера Горивна камера Сгъстеният въздух от центробежния аксиален флоп) тече директно към горивната камера (като тази, показана на Фигура 21 по-долу) в газова турбина с цикъл на Брайтън, където част от нея (< 1/3) се използва в нагревател за въздух с директно нагряване за изгаряне на горивото, след което то се смесва с продуктите от горенето, като всичко това трябва да се извърши с минимална загуба на налягане Минимизиране на питичното на етапите от входа към компресора до влизането в турбината до осигурява оптимално производство на мощност от газовата турбина
Турбинната камера на 3-степенна газова турбина е показана на Фигура 2 2 и Фигура 23 показва типични лопатки на етапа на турбина Значителни обеми въздух и горивна машина, чрез поредица от процеси. Тези процеси следват топичната компресия от атмосферния входящ кондон до изобарично (постоянно налягане) изгаряне на горивото в горивната камера и след това последвано от адиабатно (неизентропично) разширение на горещите газове и накрая разреждане на процеса Постига се трансфер на енергия между флуида и ротора в процесите на компресия и компресия чрез кинетично действие, а не чрез възвратно-постъпателни движения
Газова турбина Фиг. 21 Горивна камера може [от Shepherd, D
G, Въведение в GasTurbine d van nostrand co inc
Ексергия и екологични съображения в технологията и приложенията на газовите турбини FiТипично ниво на турбината [Fherd, DG Въведение в газовата турбина dNostrand Co Inc4 Горива за газови турбини - конвенционални и нови гориваКонвенционални горива за газови турбини понастоящем обикновено въглеводороди, технологията за твърдо гориво за газови турбини все още е в ход етапите на изследване и развитие
Новите горива за газови турбини, както беше споменато по-рано във въведението, включват синтетичните авиационни реактивни горива на Fischer-Tropsch и биогоривните горива от второ поколение - течни и газообразни горива. Конвенционалните течни горива за газови турбини включват гамата от рафинирани петролни масла от knd лек дизелов петрол към тежко остатъчно масло (BunkerC или No, 6 мазут), Таблица 4-1 дава окончателния анализ на някои течни горива ГоривоВъглерод Водород Сяра Пепел и т.н.Октан бензин Остатъчно горивоТаблица 41 Най-добри анализирани горива (От Applied Thermodynamics forEngineering Technologists, SI Units by Eastop & ;e McConkey, 2-ро издание, 1970) също така посочва някои от ключовите свойства на някои от многото известни
Енергийни и екологични съображения в технологията и приложенията на газовите турбини са типични характеристики на дестилация за военни и търговски самолети „температурите на еднократно изпаряване на веществото на вода и етил смес от течни няколко въглеводорода и различните й компоненти температури, както може да се види на графикитеBP102030405060708090EPФигура 41 Типични характеристики на дестилация по ASTM за различни видове горива, DegreePower от Severns, Degler Miles, John Wiley Sons Inc.
1964 om Steam, скала AirCentigrade, предоставена от проф. R ' Layi Fagbenle Абстрагирано от пара, въздух и газ Графиката на авиационния бензин в долната част на графиката е за характеристики на запалване на самолети, задвижвани от бутални двигатели. Обикновено е известен високооктанов бензин тъй като турбинните двигатели "avgas" от друга страна могат да работят с широка гама горива с много по-високи точки на възпламеняване, гориво със спецификация Jet A, използвано в САЩ, а повечето от тях имат относително висока точка на възпламеняване от 38 °C и температура на самозапалване. )(или температура на самозапалване) от 210 C, което ги прави по-безопасни за работа от традиционния avgas Тръбата за температура на горене на открито в сравнение с типичните характеристики на дестилация за гориво за газови турбини на самолети на фиг. 4-1
Реактивен самолет A-1
Диапазон от класификация на типично тежкотоварно гориво за газови турбини (адаптирано от GEl41040G-GE Gas Power Systems, преработен януари 2002 г.) Изходната суровина за газифицирани горива е въглищна течност. газификация с вдухване или издухване с въздух. Процесните газове се генерират от много нефтохимически и химични продукти за захранване на газови турбини, например газове от рафинерии) Съставните части на технологичните газове включват H4, H2, CO и CO. Други технологични газове, използвани като горива за газови турбини, са странични продукти от производството на стомана, като например доменна пещ газове и газове от коксови пещи Доменните газове (BFG) съдържат други горива като природен газ или въглеводороди като пропанбутан, ако спецификациите на горивото за газови турбини са показани в таблица 4-4 по-долу. Pb, v Ca и me), алкални (Na и K) и прахови частици Натрий (Na) той е само следи от метални замърсители, които обикновено се срещат в природния газ, и техният източник е солена вода в подземните газови кладенци на замърсители в тежкотоварни газови турбини включва частици, произтичащи от корозионни химикали в газопроводи, въглеводород) кондензати и смазочни масла от компресорни станции; сяра (като H2s или OS): следи от метали; парна и водна фракция; алкални метали, съдържащи се в изхода от компресора; и горивото