Auslegung von ORC-und Dampfkraftprozessen zur Abwärmenutzung

Abstract

Der erste Teil der vorliegenden Arbeit behandelt die grobe Auslegung von ORC-, den einfachen Dampfprozess mit und ohne KV und den Zweidruckprozess mit und ohne KV für Abwärmenutzung mit Hilfe des Programms EES und der Programmiersprache VBA. Besondere Beachtung wird der Modellbildung gewidmet, welches der wichtigste Teil ist. Hier repräsentiert die Abwärme die Wärmequelle und das Kühlwasser die Wärmesenke. Weiters werden alle Wärmetauscher bzw. der Wärmeübergang als ideal angenommen. Letztendlich soll das Programm die maximale elektrische Leistung aus den oben genannten Prozessen bei gegebenen Abgasparametern ermitteln. Die erforderlichen Prozessparameter werden in eine mit Hilfe von VBA programmierte Maske eingegeben und ins EES exportiert, wo die eigentliche thermodynamische Berechnung erfolgt. In EES wird auch ein T - s - Diagramm und ein Q - T - Diagramm erstellt.<br />Die Diagramme und Ergebnisse wie Leistung, thermischer Wirkungsgrad und die wichtigsten Wärmetauschereigenschaften werden dann in Diagram Window von EES dargestellt. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wird eine Simulation und Parameterstudie von ORC-, den Kalina-, Eindruckprozess- und den Zweidruckprozess mit und ohne KV durchgeführt. Die Prozesse werden in IPSEpro modelliert und simuliert. Zur Vereinfachung wird Luft genommen, welches als ideales Gas angenommen wird. Weiters wurde mit Hilfe von PSExcel eine Parameterstudie gemacht und damit ein P-TAbgas-Diagramm b.z.w. ein [eta]th-TAbgas-Diagramm erstellt. Dieses Diagramm zeigt für verschiedene Abgastemperaturen (100°C, 200°C, 300°C, 350°C und 400°C) und Prozesse die zu erwartende Leistung.

The first part of this master thesis decribes the design of Organic Rankine Cycle (ORC), steam power process with and without condensate preheating for waste heat recovery. The program was developed with the aid of program EES and the Computer Language VBA. The most significant part of the design was the modelling of the processes, where the hot flue gas represents the heat source and the cooling water the heat sink. The heat exchangers are endued as an ideal component. Finally the developed program should maximise the power output by given heat source data. The user must enter the required process parameters in a VBA programmed mask and then the datas export to EES. In EES the thermodynamic calculations are executed and a T - s - and a Q - T -Diagram are created. The diagrams and solutions like power output, thermal efficency and the most significant properties of the heat exchangers have been shown in the Diagram Window of EES.<br />In the second part a simulation and parameter study of the ORC -, Kalina and steam power process with and without condensate preheating have been carried out. The processes were modelled and simulated with the simulation program IPSEpro. For simplification the air is assumed as an ideal gas. The parameter study has been made with PSExcel and the results were plotted in a P-TAbgas-Diagram and a [eta]th-TAbgas-Diagram.<br />This diagram shows for different waste heat temperature the awaiting power output.