Beta 1


Title Simulering af Kraftværker – Dellast og Dynamik
Author Hammond Szameitat, Nicklas
Supervisor Elmegaard, Brian (Termiske Energisystemer, Institut for Mekanisk Teknologi, Danmarks Tekniske Universitet, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark)
Institution Technical University of Denmark, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark
Thesis level Master's thesis
Year 2006
Abstract De centrale danske kraftværker skal i dag, som følge af udviklingen på det danske elmarked, i højere grad producere med variabel last, hvilket giver problemstillinger i driften, da kraftværkerne bliver designet til konstant fuld last. I dette projekt analyseres driften af kraftværket under dellast med fokus på den termodynamiske proces, der foregår på vandsiden af en bensonkedel, hvor ufordampet vand cirkuleres gennem en flaske. Projektets hovedformål er at klarlægge fordele og ulemper ved to forskellige konfigurationer af flaskearrengementet i bensonkedlen. I den ene ledes vandet fra flasken tilbage til ekonomiseren via en pumpe, i den anden ledes det gennem en ventil den sidste fødevandsbeholder. Til undersøgelsen er to modeller opbygget i simuleringsprogrammet DNA. En statisk model af et kraftværk med Skærbækværkets blok 3 som forbillede, der kan simuleres ned til 20% last, og en mindre dynamisk model, der fokuserer på de dynamiske forhold i flasken. Cirkulationspumpen i den ene konfiguration pumper kondensat og skal beskyttes mod kavitation, enten ved lav placering af pumpen eller ved indsprøjtning af koldt vand i kondensatet. Ifølge simuleringerne er indsprøjtning af koldt vand unødvendigt, men benyttes det, bliver kraftværkets virkningsgrad marginalt forringet. Ved sammenligning af de to konfigurationer af flasken, giver cirkulation til ekonomiseren i alle tilfælde en bedre virkningsgrad for kraftværket. Virkningsgradsforbedringen skyldes en mere hensigtsmæssig fødevandsforvarmning i forhold til cirkulation til fødevandsbeholderen. Ved lavere last bliver forskellen i virkningsgrad mere udpræget. Den dynamiske simuleringsmodel opbygges med det formål at vurdere stabiliteten af væskehøjden i flasken, da uønskede svingninger er observeret i denne. Ud fra modellen kan det fastslås, at flasken isoleret set ikke kan holde en konstant væskehøjde, men skal reguleres med en regulator. Regulatoren vil til gengæld stabilisere flasken og holde en konstant væskehøjde ved ændring af varmetilførsel og variation af massestrøm i systemet. Samlet set giver cirkulation til ekonomiseren den bedste virkningsgrad, men kræver installation af og hensyn til cirkulationspumpen. Cirkulation til fødevandsbeholderen giver et simplere system, men dårligere virkningsgrad i lavlast. Hvilken konfiguration der er bedst afhænger af, hvordan et system dimensioneres og beslutningen skal tages på baggrund af både energitekniske og økonomiske beregninger, der er tilpasset dette system.
Abstract The centralized power plants in Denmark are as a result of the development in the Danish power supply obliged to operate in part load, and this gives rise to concerns, as the power plants are optimized to full load operation. In the present project the operation of a power plant in part load is analyzed. The focus is on the thermodynamic process on the waterside of the boiler, where unevaporated water is circulated through a bottle. The main purpose of the project is to clarify advantages and drawbacks of two different configurations of the bottle in a benson boiler. In one configuration the water is circulated to the economizer through a pump, in the other configuration it is led to the feed water tank through an expansion valve. For this investigation two models have been constructed in the simulation program DNA. A static model with the Skærbækværket 3 as an example, that can be simulated from 100% to 20% load, and a smaller dynamic model that focuses on the dynamic conditions in the bottle. The circulation pump in the first configuration is pumping condensate, and must be protected from cavitation, either by low placement of the pump or by injection of cold water into the condensate. According to the simulations it is not necessary to inject cold water, but if this strategy is used, it will reduce the efficiency of the power plant marginally. When comparing the two bottle configurations, circulation to the economizer gives a better overall efficiency. The improvement in efficiency is based on a more suitable preheat of the feed water, than with circulation to the feed water tank. At lower loads this improvement becomes more pronounced. The purpose of the dynamic simulation model is to evaluate the stability of the liquid level in the bottle, as unwanted oscillations of this level has been observed. From simulations it is observed, that the bottle as an isolated component is unable to maintain a steady liquid level, unless the flow from the bottle is regulated. Regulation on the other hand makes it possible to maintain a constant level, even though the heat supply and mass flow fluctuate. Taken together circulation to the economizer gives the best efficiency but requires installation of a circulation pump. Circulation to the feed water tank results in a simpler system, but with a lower efficiency. The choice of configuration depends on considerations of the specific system, and the decision must be based on economic and thermodynamic calculations of this specific system.
Imprint Technical University of Denmark (DTU) : Kgs. Lyngby, Denmark
Fulltext
Original PDF PEPRap.pdf (0.53 MB)
Admin Creation date: 2009-11-05    Update date: 2010-10-28    Source: dtu    ID: 252032    Original MXD