Thermodynamic analysis of the cogeneration steam-turbine plant at three different operating regimes

U ovome radu izrađena je termodinamička analiza kogeneracijskog postrojenja male snage u tri različita režima rada. Izrađen je proračun gubitaka i efikasnosti za cijeli sustav i sve njegove komponente. Kogeneracijsko postrojenje u prvom režimu radi sa dva generatora pare kojim potrošnja goriva iznosi 142,4 t/h, protutlačnom i kondenzacijskom turbinom i sustavom za regenerativno zagrijavanje napojne vode. Postrojenje kao gorivo koristi otpatke u preradi šećerne trske koji se melju u mlinovima, nakon čega u sebi sadrže vlagu koju je potrebno osušiti, a nakon toga se skladišti. Ostaci dobiveni ovakvom preradom nazivaju se bagase. Ovim režimom se za rad postrojenja troši najviše goriva, najveći su ukupni gubici jer tada postrojenje radi s najviše komponenata. Ukupni energijski gubici tijekom prvog režima rada postrojenja iznose 80,714 MW, a eksergijski 170,198 MW. Ukupna efikasnost cijelog postrojenja tijekom ovog režima rada je najveća, te energijska efikasnost iznosi 73,23%, a eksergijska efikasnost 38,06%. Prvi režim rada koristi se uglavnom tijekom žetve i kada je potrebno proizvoditi toplinsku energiju. U drugom režimu rada iz postrojenja se isključuje protutlačna turbina i jedan generator pare, taj režim koristi se kada nije potrebno proizvoditi toplinsku energiju, te prilikom smanjenih zaliha šećerne trske jer je potrošnja goriva tada znatno niža. U ovom režimu postrojenje radi kao klasična termoelektrana što znači da će imati i znatno manju ukupnu efikasnost što je dokazano u proračunu. Dobiveno je da energijska efikasnost iznosi 31,28%, a eksergijska efikasnost 32,24%. Ukupni energijski gubici cijelog postrojenja tijekom ovoga režima rada iznose 62,889 MW, a ukupni eksergijski gubici 60,401 MW. Tijekom trećeg režima rada postrojenje također radi kao klasična termoelektrana, ali se pregrijana para proizvodi samo pomoću solarnih kolektora. Ovaj režim rada koristi se tijekom dijela godine kada je najveće sunčevo zračenje, a ukupni gubici i efikasnost cijelog postrojenja su najmanji. Ukupni energijski gubici tijekom trećeg režima rada iznose 50,16 MW, a ukupni eksergijski gubici 9,973 MW, dok ukupna energijska efikasnost iznosi 19,67%, a ukupna eksergijska efikasnost 20,28%.This work contains a thermodynamic analysis of a low-power cogeneration plant in three different modes of operation. The calculations of losses and efficiencies of the whole plant and all its components were performed. In the first mode cogeneration plant works with two steam generators with a fuel consumption of 142,4 t/h, a backpressure and condensing turbine, and also with a system for regenerative heating of feedwater. Fuel used in the plant is obtained from the processing of sugar cane which is milled in the mills. After being processed in the mills, sugar cane contains the moisture so it needs to be dried and then stored. Residues from this processing are called bagasse. This regime consumes the most fuel for the operation of the plant. Total losses are the highest because plant works with the most components. In the first plant operating mode, total energy losess amount to 80,714 MW while exergy losess amount to 170,198 MW. In this first mode total efficiency of the whole plant is the highest when energy efficiency amount 73,23% and exergy efficiency amounts to 38,06%. The first mode is used mainly during harvest and also when it is necessary to produce heat. In the second operating mode, the backpressure turbine and one steam generator are excluded from the plant. This mode is used when no heat is needed and when stock of sugar cane is low because fuel consumption is much lower. The plant works like a classic thermal power plant which means that it will have a much lower overall efficiency as proved in the calculations. In this operation mode energy efficiency amonuts to 31,28% while exergy efficiency amounts to 32,24%. For the whole plant in this operating mode total energy losses amounts to 62,889 MW when total exergy losses amount to 60,401 MW. During the third operating mode, the plant also works as a classic thermal power plant, but superheated steam is produced only by a solar collector. This mode is used during the part of the year with the highest solar radiation and the total efficiency of the whole plant is the lowest in such operating mode. Total energy losses in this operation mode amonut to 50,16 MW while exergy amounts to 9,973 MW but total energy efficiency amonuts to 19,67% while total exergy efficiency is 20,28%