Page 14

Józsa V.: Gázturbina hatásfoknövelési eljárása bioetanol segítségével 0.208

Hatásfok [-]

0.206 0.204 0.202 y = -0.0008x + 0.2243 R2 = 0.9611

0.2 0.198 0.196 20

25

30

35

40

Kompresszor belépő hőmérséklete [°C]

2. ábra. A belépési hőmérséklet változásának hatása a hatásfokra

Amint látható, drasztikus változás nem lép fel, azonban tudjuk, hogy energetikában a kis többleteknek is jelentő anyagi vonzatuk van éves szinten, így minden lehetőséget meg kell ragadni a hatásfok növelésének érdekében. A következőkben a légelőkészítőn egy adott hőmérsékletet beállítva végeztünk méréseket a hatásfokra, különböző beporlasztott etanol tömegáramoknál. Biztonsági okokból a gyulladási határkoncentráció 10%áig növeltük az alkohol tömegáramát. A hűtőhatást a vártnak megfelelően sikerült kimutatni, azonban ha a földgázzal bevitt hőhöz hozzáadjuk az etanollal bevitt hőt, a hatásfok a 3. ábrán látható módon alakul. 0.19

Hatásfok [-]

0.185 0.18 0.175

y = -25.89x + 0.2041 R2 = 0.998

0.165 0.0007

0.0009

Következtetések Az etanol belépő légáramba való porlasztásával hűthető a belépő levegő hőmérséklete, így a termikus hatásfok növekszik. A közel 10-es légfelesleg és a 850 °C-os turbinára engedhető füstgázhőmérséklet miatt nem tudott 100%-ban elégni az etanol, így a károsanyag kibocsátás igen jelentős mértékben megugrott, a hatályos szabvány szempontjából elfogadhatatlanul magas szennyezést okozva. Azonban fontos megjegyezni, hogy a NOx koncentráció minden esetben csökkenést mutatott. A kísérletet érdemes lenne megismételni egy kisebb légfelesleg mellett üzemelő gázturbinában is a kibocsátás elemzésének céljából. Egy erőművekben használatos gázturbina 3-as légfelesleggel és 1400 °C-os turbinára érkező füstgázhőmérséklettel rendelkezik. Így az etanol várhatóan nagyobb hányadban, akár teljesen is el tudna égni.

Köszönetnyilvánítás

0.17 0.0005

miután kiürült a rendszerből az etanol, mértünk egy beporlasztás nélküli esetet is, tehát váltakozva vettük fel a mérési pontokat egymás után. Az emissziós értékeket vizsgálva megbizonyosodhattunk arról, hogy a beporlasztott etanol nem volt képes maradéktalanul elégni. Így a füstgáz UHC és CO tartalma oly mértékben növekedett, hogy az érvényes magyar szabványban szereplő határértékeket többszörösen is túlléptük. A CO2 koncentrációt a kísérlet nem befolyásolta. Viszont az etanol már kis beporlasztási tömegáram esetén is kedvezően hatott a NOx kibocsátásra, minden esetben megfelezte az etanol beporlasztása nélkül mért értékeket. Tehát etanol felhasználásának a tárgyalt módja a túl nagy károsanyag kibocsátás miatt nem használható, mivel a beporlasztott alkohol nagy része nem égett el és így távozott a rendszerből. A minimális kibocsátást és ezzel együtt jó hatásfokú hasznosítást érhetünk el, ha közvetlenül az égőtérbe juttatjuk.

0.0011

0.0013

0.0015

Beporlasztott etanol tömegárama [kg/s] 3. ábra. A hatásfok változása etanol befecskendezése esetén

A jelentős hatásfokcsökkenést csak az el nem égett etanol okozhatta. Mivel a mikro-gázturbina 10-es légfelesleg mellett üzemelt, ezért a levegőbe kevert alkoholgőz nem tudott maradéktalanul elégni. Energiatermelési szempontból tehát kifizetődőbb, ha inkább elégetjük a rendelkezésre álló etanolt az égőtérben. A mérés hosszú időt vett igénybe, ezért a környezeti változásokat úgy küszöböltük ki a beporlasztásos és a beporlasztás nélküli (eredeti üzemi beállítások melletti) esetek összehasonlíthatósága miatt, hogy egy mérést beporlasztással végeztünk el, majd

Köszönöm Sztankó Krisztiánnak az elméleti és gyakorlati támogatást, valamint a Jendrassik György hőtechnikai laboratórium munkatársainak a segítséget a kísérleti berendezések összeállításában.

Irodalom [1] M. P. Boyce. Gas Turbine Engineering Handbook Second Edition. Texas: Gulf Publishing Company 1995. [2] A. H. Lefebvre, D. R. Ballal. Gas Turbine Combustion Third Edition. CRC Press 2010. [3] Sztankó K., Kun-Balog A. Alcohol based fuel utilization in micro gas turbine. Heat engines and environmental protection. Balatonfüred, Hungary 2011. Budapest: pp. 159-164. ISBN 978-963-313-029-2

NOx kibocsátás csökkenése

UHC és CO kibocsátás növekedése 80

4. ábra. A füstgázelemzés eredménye

12

3000 2500

UHC CO

2000 1500 1000 500 0 0.0006

0.0008

0.001

0.0012

Beporlasztott etanol tömegárama [kg/s]

0.0014

Kibocsátás csökkenése [ppm]

Kibocsátás növekedése [ppm]

3500

70 60 50 40 30 20 10 0 0.0006

0.0008

0.001

0.0012

0.0014

Beporlasztott etanol tömegárama [kg/s]

ENERGIAGAZDÁLKODÁS

53. évf. 2012. 4. szám

Enga 2012 4szam  

Enga 2012 4. szám