Master's Thesis

Steam turbine for biomass power plant

Final Thesis 4.69 MB

Author of thesis: Ing. Roman Urbánek

Acad. year: 2023/2024

Supervisor: Ing. Petr Kracík, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Jan Fiedler, Dr.

Abstract:

The master's thesis deals with the design of a condensing steam turbine for a biomass power plant with off-takes for heating heaters with a temperature drop of 60/80 °C in summer and 70/125 °C in winter, and off-takes for low-pressure regeneration. The nominal thermal output of the heat exchangers is 0-10 MWt in summer and 0-50 MWt in winter. The thesis includes a detailed design of the flow parts of the steam turbine, from the design of the control stage, the staged part of the turbine, and the strength verification of individual stages to the design of the balancing piston, sealing system, and bearing design. In conclusion, the operational characteristics of the proposed steam turbine are depicted.

Keywords:

Steam turbine, heat balance diagram, thermodynamic calculation, regeneration, impulse staging, reaction staging, regulatory stage, strength calculation, compensating piston, bearings, operating characteristics.

Date of defence

12.06.2024

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student odprezentoval obsah své diplomové práce. Otázky oponenta byly zodpovězeny. V průběhu obhajoby byly položeny tyto doplňující otázky: Popište a nakreslete ucpávkový systém turbíny. Zodpovězeno. Vysvětlete, proč jste zvolil právě tuto průměrnou teplotu vzduchu. Jaký vliv bude mít změna této teploty? Zodpovězeno.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Energy Institute

Study programme

Power and Thermo-fluid Engineering (N-ETI-P)

Specialization

Power Engineering (ENI)

Composition of Committee

doc. Ing. Jan Fiedler, Dr. (předseda)
Ing. Petr Kracík, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Ladislav Šnajdárek, Ph.D. (člen)
Ing. Pavel Nešpor (člen)
Ing. Pavel Sedlák (člen)
Ing. Tomáš Flimel (člen)

Supervisor’s report
Ing. Petr Kracík, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá návrhem kondenzační parní turbíny pro biomasovou elektrárnu s možností vyvedení tepla do SCZT. V rámci návrhu tepelného schématu byly uvažovány dva nízkotlaké ohříváky, napájecí nádrž s odplyněním, vzduchem chlazený kondenzátor a dva ohříváky topné vody (základní a špičkový). V rámci návrhu byly řešeny tři provozní stavy, a to plně kondenzační (bez odběru tepla do SCZT), letní režim, kdy je pro dodávku tepla využit pouze základní ohřívák, a zimní režim, kdy je využíván pro dodávku tepla základní i špičkovací ohřívák. Návrh technologického schématu plní všechny tři provozní stavy.

Na základě navrženého tepelného schématu student provedl návrh parní turbíny. Student postupoval při návrhu dílčích částí parní turbíny podle doporučených metodik a provedl optimalizaci, a to včetně jednotlivých stupňů v přetlakové části lopatkování sousledně s bilancí navrženého tepelného schématu. Výsledný návrh reflektuje mimo jiné doporučené bezrozměrné podobnostní součinitele v optimálních mezích s ohledem na dovolené pevnostní namáhání jednotlivých stupňů. Součástí návrhu je i systém ucpávkové páry a kluzná ložiska. Pro návrh radiálních ložisek vytvořil student zjednodušený model rotoru.

Pro optimalizovanou variantu parní turbíny je vykreslena provozní charakteristika v závislosti na hmotnostním průtoku páry do turbíny, odebraném teple do SCZT a svorkovém výkonu TG. Provozní charakteristika vychází z matematickofyzikálního modelu, který si student v rámci DP vytvořil pro návrh PT.

Při zpracování práce student projevil zájem o danou problematiku, prokázal schopnost samostatného řešení zadaného úkolu a dokázal dobře zhodnotit získané výsledky. Práce splnila zadání v celém rozsahu, doporučuji ji k obhajobě a hodnotím známkou výborně / A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu B

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Ing. Jan Fiedler, Dr.

DP se zabývá návrhem kondenzační parní turbíny pro biomasovou
elektrárnu s odběry pro topné ohříváky a odběry pro nízkotlakou regeneraci. Obsáhlá DP je členěna do 7 kapitol a  obsahuje 130 stran.
Nejprve bylo navrženo tepelné schéma včetně hmotnostní a tepelné bilance. V dalších částech DP byl proveden detailní termodynamický návrh průtočných částí parní turbíny: regulačního stupně a přetlakového lopatkování stupňové části rozděleného do 5ti kuželů.  Se způsobem optimalizace a výsledky výpočtu souhlasím. Dále byla správně provedena pevnostní kontrola jednotlivých stupňů, návrh systému ucpávek a návrh ložisek. V závěru práce byla vykreslena provozní charakteristika navržené parní turbíny.

Graficky je práce na velmi dobré úrovni, drobné překlepy (obr.7.1 v legendě tepelného výkonu 0-50MW asi chybí desetinná čárka?) nesnižují úroveň. Diplomant prokázal hluboké znalosti z oblasti tepelné energetiky. DP splnila zadání v celém rozsahu a doporučuji ji k obhajobě. 
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. 2) Na obr. č:4.8 okomentujte nárůst úhlu Beta2 u stupně 28-30
  2. 3) Teplárenská turbína byla navržena bez regulovaného odběru páry. Jak je regulován tepelný výkon topných ohříváků?
  3. 1) V navrženém tepelném schématu obr.1.1 máte správně NTO s kaskádování kondenzátu. Proč jste zvolil kaskádování?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová