Upload
boaz
View
40
Download
2
Tags:
Embed Size (px)
DESCRIPTION
ALKALMAZOTT KUTATÁS EGY SAJÁTOS MÓDSZER. Lángkutatás Alkalmazása Massachusetts Institute of Technology 1988-1996 Dunamenti Erőmű 1996-2000. Dr. Barta László ELTE 2008. március 8. KÖSZÖNTŐ. János M. Beér Professor Emeritus of Chemical and Fuels Engineering - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
ALKALMAZOTT KUTATÁS EGY SAJÁTOS MÓDSZER
Lángkutatás AlkalmazásaMassachusetts Institute of Technology
1988-1996Dunamenti Erőmű
1996-2000
Dr. Barta LászlóELTE
2008. március 8.
KÖSZÖNTŐ• János M. Beér• Professor Emeritus of Chemical and Fuels Engineering
• Department of Chemical Engineering Massachusetts Institute of Technology Room 66-30177 Massachusetts AveCambridge MA 02139 USA
• Phone: 617.253.6661Fax: 617.258.5766Email: [email protected]
• D.Sc., University of Sheffield, England, 1968 Ph.D., University of Sheffield, England, 1960 Dipl.-Ing., Technical University of Budapest, 1950
• Honors and Awards The US Department of Energy's Homer Lowry Award, 2003 The George Westinghouse Gold Medal of ASME International, 2001 Energy Systems Award, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1998 Honorary Doctorate, University of Technical Sciences of Budapest, Hungary, 1997 Axel Axelson Johnson Medal of the Royal Swedish Academy of Engineering, 1995 Honorary Member, Hungarian National Academy of Engineering, 1991 Foreign Member, Finnish Academy of Engineering, 1989 ASME Percy-Nicholls Award, 1988 Honorary Doctorate, University of Miskolc, Hungary, 1987 Honorary Member Hungarian Academy of Science, 1986 Coal Science Gold Medal, BCURA, 1986 Egerton Gold Medal of the Combustion Institute, 1986 Melchett Medal of the Institute of Energy, 1985 Fellow, Royal Academy of Engineering (U.K.), 1978
• Research Interests _ clean fossil energy electric power generation _ turbulent combustion of gaseous, liquid and solid fuels _ reduction of pollutant emission from flames by combustion process modification
J.M.Beér and N.A. Chigier: Combustion Aerodynamics , 1972, 1983.
Beérné Csathó Márta: Vándortarisznyámból, 2002. Kalandozásaink, 2003.
KUTATÁS JELLEMZŐI
• Motiváció (rendeletek, gazdaságosság)• Konkrét cél (NOx csökkentés, hatásfok emelés)• Ötlet (lexikális és speciális tudás)• Modellezés (kémiai kinetika, transzport folyamatok, áramlástan)• Pénzforrás (támogatás, bank, tulajdonos)• Kísérlet (laboratóriumi, kis-minta, nagy-minta, prototípus)• Szabadalmaztatás (szellemi tulajdon védelme)• Ipari hasznosítás (erőművek)
ALACSONY NOx ÉGŐ• Motiváció Környezetvédelmi rendeletek, alacsony
beruházási költségű megoldás.• Konkrét cél 100-200 mg/Nm3
(6% O2) földgáz tüzelésnél.• Ötlet A levegő és a tüzelőanyag kontrolált keverése
speciálisan kialakított égővel. Forgó áramlás és radiális sztratifikáció elveinek felhasználása.
• Modellezés Kémiai mechanizmusok (metán égése, nitrogén oxidok
képződése) és áramlástani számítások (sztratifikáció). CHEMKIN és FLUENT számítógépes programok.
• Pénzforrás Combustion Engineering (CE), EPRI (anyagi
érdek, környezetvédelem)
• Kísérlet 1 MW termikus teljesítményű égő és kazán berendezés. Részletes lángvizsgálat. 10 MW teljesítményű prototípus (Winsor). 50 MW teljesítményű termék (Combustion Engineering)
• Szabadalmaztatás MIT kizárólagos tulajdon. MIT-ALSTOM hasznosítási szerződés. MIT-Feltalálók részesedési szerződés.
• Ipari hasznosítás CE csak amerikai piac, évi 1000 db szállítása.
KÉMIAI SZÁMÍTÁSOK• Zeldovich mechanizmus
N2 + O = N + NO
N + O2 = O + NO• Metán égése (Miller és Bowman részletes
mechanizmus)
helyi hőmérséklet és oxigén koncentráció csökkentése.
nyújtott lángalak áramlástani létrehozása.
RADIÁLIS TURBULENS KEVEREDÉS
• Tüzelőanyag és levegő turbulens keveredési intenzitásának csökkentése
• Richardson szám (Beér):
1
drdU
rw
drdρ
ρ1
Ri 2
2
*
KISÉRLETI BERENDEZÉS
KISÉRLETI ÉGŐ
MÉRÉSI EREDMÉNYEK
ALACSONY NOx TÜZELÉS A DUNAMENTI ERŐMŰBEN
• Motiváció Környezetvédelmi rendeletek, alacsony beruházási költségű megoldás.
• Konkrét cél 350 mg/Nm3(3% O2) földgáz és 450 mg/Nm3
(6% O2)
olaj tüzelésnél.• Ötlet Égési levegő és füstgáz keverése csökkenti a
lánghőfokot.• Modellezés Kémiai mechanizmusok (metán égése, nitrogén oxidok képződése,
lángkialvás) és áramlástani számítások (intenzív keveredés). CHEMKIN és FLUENT számítógépes programok.
• Pénzforrás Dunamenti Erőmű Rt. (anyagi érdek, környezetvédelem)
• Kísérlet 2x70 MW termikus teljesítményű égő (a 8 db közül 2 db teszt üzemben) és teljes kazán berendezés. Kiterjesztés az összes égőre.
• Szabadalmaztatás Saját kizárólagos tulajdon. MATÜZ-Dunamenti Erőmű Rt. kizárólagos hasznosítási szerződés. MATÜZ-Feltalálók részesedési szerződés.
• Ipari hasznosítás Kizárólag a Dunamenti Erőmű Rt. kazánjaiban.
KÉMIAI SZÁMÍTÁSOK• Zeldovich mechanizmus (+ füstgáz)
N2 + O + FG = N + NO + FGN + O2 + FG = O + NO + FG
• Metán gyulladása és égése (Miller és Bowman részletes mechanizmus)
helyi hőmérséklet csökkentése és lángstabilitás biztosítása.
rövid lángalak (jól kevert) áramlás létrehozása.
FORGÓ ÁRAMLÁS
• Tüzelőanyag és levegő turbulens keveredési intenzitásának növelése
• Perdületszám (impulzus nyomaték, axiális impulzus)(Beér):
6.0)22(
21
0
0
R
R
drrprUU
rdrUWrR
S
KISÉRLETI BERENDEZÉS
Gőzteljesítmény: 670 t/hGőzhőfok: 540 oCGőznyomás: 195 barKazánhatásfok: 93%
Újrahevítési hőfok: 530 oCÚjrahevítési nyomás: 35 bar
Kondenzátor: Direkt hűtővizes
Termelt villamos energia: 215 MWCiklus bruttó hatásfok: 38%
Égők: 8 db függőleges elrendezésú Babcock égő
Tüzelőanyag: földgáz, könnyű olaj
FÜSTGÁZRECIRKULÁCIÓ
8
6
5
7
1
4
2
3
BA
C
D
F
E1
G1
D
E1
G1
F
3
5 4
6
8H
H
A—Re-circulated flue gas duct; B—Combustion Air Duct; C—Flue Gas Belt Duct; D—Belt Duct Damper; E,F—Flue Gas Transfer Ducts; G –Flue Gas Mixer; 1—Furnace; 2—Burners: 3—Flue Gas Re-circulating Fans; 4—FD Fans; 5—Air Pre-heaters; 6—ECO; 7—Stack
MAGAS PERDÜLETSZÁMÚ ÉGŐHőteljesítmény: 70 MW/db
Darabszám: 8
Elrendezés: Függőleges
Gázégő: 12 db körelrendezésű fúvóka
Olajporlasztás: Y-Laval porlasztó gőzsegítéssel
Perdítőelemes kialakitás
Perdületszám: S=0.83
Égéslevegő hőfok: 310 oC
Recirkulált füstgáz mennyisége: max 85 tömeg %
Recirkulált füstgáz hőfoka: 320 OC
Lángőrzés: UV földgázra és Infra olajra
SZABADALMAZTATÁS
NOx Emission from NG Flames in Unit 13.Effect of Flue Gas Recirculation (FGR)
0100200300400500600700800900
1000110012001300
70 90 110 130 150 170 190 210 230 250
Power Generated (MW)
NO
x C
once
ntra
tion
(mg/
Nm
3@3%
O2)
Limit NOx Uncontrolled NOx with FGR
NOx Emission from ETO Flames in Unit 13.Effect of Flue Gas Recirculation (FGR)
0100200300400500600700800900
100011001200
70 90 110 130 150 170 190 210 230 250
Power Generated (MW)
NO
x C
once
ntra
tion
(mg/
Nm
3@3%
O2)
Limit NOx Uncontrolled NOx with FGR
ÖSSZEFOGLALÓMIT Dunamenti Erőmű Megjegyzés
Motiváció Környezetvédelem, Környezetvédelmi rendelet Nemzeti érdek
Konkrét cél Alacsony NOx égő Füstgázrecirkuláció Alacsony költség, magas szellemi input
Ötlet Radiális zónás tüzelés
Alacsony hőfokú, jól kevert láng
Intuitív gondolkodás, lexikális és speciális ismeret
ModellezésRészletes égés kinetika és NO modellek,Áramlási modellek
Részletes égés kinetika és NO modellek,Áramlási modellek
Intenzív alkalmazás, ötletek ellenőrzése. Kémiai, áramlástani, termodinamikai modellek.
PénzforrásVállalati konzorcium, nincs állami támogatás
Kizárólag egy erőmű vállalat Magán szféra
KísérletKis-minta, nagy-minta, prototípus,ipari termék
Kis lépésekben meglévő bernedezés módosítása ipari termékké
Rizikó jelentősen eltérő
SzabadalmaztatásMIT tulajdon és nem kizárólagos használati jogátruházás
Saját tulajdon, kizárólag az erőmű vállalat használati jog. Mindkét esetben fontos
Ipari alkalmazás Kizárólag USA Kizárólag a Dunamenti Erőműben Értékémérő