ALKALMAZOTT KUTATÁS EGY SAJÁTOS MÓDSZER

1. ALKALMAZOTT KUTATÁS EGY SAJÁTOS MÓDSZER Lángkutatás Alkalmazása Massachusetts Institute of Technology 1988-1996 Dunamenti Erőmű 1996-2000 Dr. Barta László ELTE 2008. március 8.

2. KÖSZÖNTŐ • János M. Beér • Professor Emeritus of Chemical and Fuels Engineering • Department of Chemical EngineeringMassachusetts Institute of Technology Room 66-30177 Massachusetts AveCambridge MA 02139 USA • Phone: 617.253.6661Fax: 617.258.5766Email: jmbeer@mit.edu • D.Sc., University of Sheffield, England, 1968 Ph.D., University of Sheffield, England, 1960 Dipl.-Ing., Technical University of Budapest, 1950 • Honors and AwardsThe 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.

3. 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)

4. 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)

5. 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.

6. 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.

7. RADIÁLIS TURBULENS KEVEREDÉS • Tüzelőanyag és levegő turbulens keveredési intenzitásának csökkentése • Richardson szám (Beér):

8. KISÉRLETI BERENDEZÉS

9. KISÉRLETI ÉGŐ

10. MÉRÉSI EREDMÉNYEK

11. 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)

12. 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.

13. KÉMIAI SZÁMÍTÁSOK • Zeldovich mechanizmus (+ füstgáz) N2 + O + FG = N + NO + FG N + 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.

14. FORGÓ ÁRAMLÁS • Tüzelőanyag és levegő turbulens keveredési intenzitásának növelése • Perdületszám (impulzus nyomaték, axiális impulzus)(Beér):

15. KISÉRLETI BERENDEZÉS Gőzteljesítmény: 670 t/h Gőzhőfok: 540 oC Gőznyomás: 195 bar Kazánhatásfok: 93% Újrahevítési hőfok: 530 oC Újrahevítési nyomás: 35 bar Kondenzátor: Direkt hűtővizes Termelt villamos energia: 215 MW Ciklus bruttó hatásfok: 38% Égők: 8 db függőleges elrendezésú Babcock égő Tüzelőanyag: földgáz, könnyű olaj

16. FÜSTGÁZRECIRKULÁCIÓ 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

17. MAGAS PERDÜLETSZÁMÚ ÉGŐ Hőteljesítmény: 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

18. SZABADALMAZTATÁS

21. ÖSSZEFOGLALÓ