dr inż. Marek Cichocki

Analiza zastosowania turbin gazowy w przemyśle przetwórczym

Promotor:
	dr hab. inż. Artur Rusowicz, prof. uczelni - Politechnika Warszawska Wydział MEiL
Promotor pomocniczy:
	dr inż. Marcin Bielecki – BH Poland Sp z o. o.
Recenzenci:
	dr hab. inż. Krzysztof Bieńczak, prof. uczelni - Politechnika Poznańska prof. dr hab. inż. Waldemar Kuczyński – Politechnika Koszalińska prof. dr hab. inż. Andrzej Szlęk – Politechnika Śląska
Dziedzina:
	nauki inżynieryjno-techniczne
Dyscyplina:
	inżynieria środowiska, górnictwo i energetyka

Streszczenie:

Przedmiotem pracy doktorskiej są układy, w których gazy wylotowe z Turbiny Gazowej (TG) zostały bezpośrednio wykorzystane w skali przemysłowej jako: podgrzane powietrze w piecach przemysłowych, źródło ciepła do bezpośredniego osuszania oraz w absorpcyjnych chłodziarkach. Wymienione procesy przemysłowe zostały opisane, wraz z przeglądem udokumentowanych projektów oraz doświadczeń głównych producentów TG. Zbadane rozwiązania pozwoliły na obniżenie energochłonności i tym samym emisji CO2 w zakresie od 7% do 20% oraz redukcję kosztów energii na poziomie 15-30%. Wieloetapowe zagospodarowanie gazów wylotowych z TG umożliwia osiągnięcie całkowitej sprawność układów kogeneracji nawet powyżej 90%.

Praca doktorska obejmuję ocenę możliwości wdrożenia badanych rozwiązań w polskim przemyśle. Na podstawie referencyjnych projektów określono moc badanych TG między 5 a 35 MW. Zbadano różne typy TG: Przemysłowe Małej i Średniej Mocy oraz TG Lotniczo-pochodne. Selekcja TG została dokonana również pod względem parametrów i emisji spalin, oraz możliwości spalania alternatywnych paliw gazowych dostępnych obecnie (Zaazotowany Gaz Ziemny, Gaz Koksowniczy i Wodór) i w przyszłości w Polsce (Syngaz powstały ze zgazowywania węgla). Wykonano szereg analiz obejmujących wpływ warunków otoczenia, profilu pracy, jak również degradacji na kluczowe parametry TG w badanych zastosowaniach bazując na danych eksploatacyjnych. Zbadano również możliwości regulacji temperatury i przepływu gazów wylotowych przez systemy regulacji TG oraz systemy pomocnicze TG.

Opracowano także modele obejmujące bilanse energii i masy dla TG zintegrowanych z procesami przemysłowymi. Zaproponowano filozofię kontroli systemów regulacji i pomocniczych TG, która umożliwi regulacje temperatury oraz przepływu gazów wylotowych przy utrzymaniu stałej mocy TG. Opisano i porównano bezpośrednie i pośrednie metody pomiaru przepływu gazów wylotowych.

Wybór TG nowej generacji oferowanych przez Baker Hughes (η ≥ 36%) dla omawianych zastosowań przyczyni się do dalszego obniżenia energochłonności i kosztów energii. Rekomendowane są dwuwałowe konstrukcje TG wyposażone w modulacje kierownic wlotowych do turbiny niskoprężnej (VNGV), która umożliwia zwiększenie sprawności przy częściowym obciążeniu i rozszerzenie obszaru regulacji dla temperatury i przepływu gazów wylotowych. Porównanie możliwych obszarów regulacji ze zmianami głównych parametrów TG pozwoliło określić najkorzystniejszy system dla każdej z badanych TG.