search query: @instructor Wiksten, Ralf / total: 18
results-list
reference: 7 / 18
« previous | next »
Author:Penttinen, Marjut
Title:Exergiahäviöiden minimointi polttoprosesseissa entropian generointia vähentämällä
Minimization of exergy losses in combustion processes by decreasing the entropy generation
Publication type:Master's thesis
Publication year:2009
Pages:87 (+1)      Language:   fin
Department/School:Energiatekniikan laitos
Main subject:Lämpötekniikka ja koneoppi   (Ene-39)
Supervisor:Lampinen, Markku
Instructor:Saari, Kari ; Wikstén, Ralf
OEVS:
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Instructions
close

Reading digital theses in the closed network of the Aalto University Harald Herlin Learning Centre

In the closed network of Learning Centre you can read digital and digitized theses not available in the open network.

The Learning Centre contact details and opening hours: https://learningcentre.aalto.fi/en/harald-herlin-learning-centre/

You can read theses on the Learning Centre customer computers, which are available on all floors.

Logging on to the customer computers

  • Aalto University staff members log on to the customer computer using the Aalto username and password.
  • Other customers log on using a shared username and password.

Opening a thesis

  • On the desktop of the customer computers, you will find an icon titled:

    Aalto Thesis Database

  • Click on the icon to search for and open the thesis you are looking for from Aaltodoc database. You can find the thesis file by clicking the link on the OEV or OEVS field.

Reading the thesis

  • You can either print the thesis or read it on the customer computer screen.
  • You cannot save the thesis file on a flash drive or email it.
  • You cannot copy text or images from the file.
  • You cannot edit the file.

Printing the thesis

  • You can print the thesis for your personal study or research use.
  • Aalto University students and staff members may print black-and-white prints on the PrintingPoint devices when using the computer with personal Aalto username and password. Color printing is possible using the printer u90203-psc3, which is located near the customer service. Color printing is subject to a charge to Aalto University students and staff members.
  • Other customers can use the printer u90203-psc3. All printing is subject to a charge to non-University members.
Location:P1 Ark Aalto  5497   | Archive
Keywords:entropy generation
irreversible thermodynamics
energy loss
combustion process
membrane
entropian generointi
irreversiibeli termodynamiikka
energiahäviöt
polttoprosessi
kalvo
Abstract (eng): The aim of this research is to find new combustion methods to improve the efficiency of the combustion processes in electricity production.
In the previous study the entropy generation was discovered to be very high during conventional isobaric combustion of carbon.
This means high exergy losses, i.e., a lot of energy from fuel, which can be converted to work, is lost.
In this research the current situation is determined first by calculating the adiabatic combustion temperature and entropy generation for different air factors in conventional isobaric combustion for fuels like carbon, methane, petrol, diesel and ethanol.
A correlation between entropy generation and pressure is defined, when the combustion is not isobaric.

In order to decrease entropy generation the combustion must be led to its state of equilibrium.
That means pressure increase during combustion.
The state of equilibrium is approached by two different methods.
First method is a circulating system for flue gas.
In this system the temperature and pressure of flue gases is transferred stepwise to new combustion air by moving containers.
Thus a compressor is not needed.
An isobaric circulating system is calculated at first to examine the possible decrease of entropy generation by circulation.
The pressure increase caused by decrease of entropy generation can then be defined.
The isobaric circulation is not possible though, because the motion of gases requires a driving force like pressure difference.
Thereby the next step is to test an isochoric circulating system, where the combustion is performed at constant volume.
The isochoric system is not able to work due to occurred mass unbalance.
In addition, the pressure increase is insufficient.

Another method to decrease entropy generation during combustion is to use a ceramic membrane as walls of a combustion chamber.
The membrane is permeable to O2-molecules from ambient air, but not to CO2- and H2O -molecules produced in combustion.
These combustion products cause pressure increase in the chamber.
As a suitable level of pressure is achieved, the flue gases are led to a gas turbine.
Due to pressure increase the entropy generation is low.
This type of combustion with pure oxygen produces high adiabatic combustion temperature.
Thus cooling or instant expansion work from system to its surroundings is needed due to the resistance of materials.
At high pressures the theoretical efficiency of the process without cooling is better than in conventional combustion processes, but it could be still improved, if the flue gases were able to cool to lower temperature in expansion.
Abstract (fin): Tutkimuksen tarkoituksena on kehittää uusia polttotekniikoita sähköntuotannon hyötysuhteen parantamiseksi.
Aiemmassa tutkimuksessa havaittiin, että hiilen tavanomaisella vakiopaineisella poltolla entropian generointi on suuri.
Tämä tarkoittaa polttoprosesseissa suurta exergiahäviötä, eli polttoaineen työksi muunnettavissa olevaa energiaa kuluu paljon hukkaan.
Tässä tutkimuksessa määritetään aluksi lähtötilanne nykytekniikan mukaiselle polttotavalle.
Siten polttoaineille hiili, metaani, bensiini, diesel ja etanoli lasketaan tavanomaisen vakiopaineisen polton adiabaattiset palamislämpötilat sekä entropian generointimäärät eri ilmakertoimilla.
Lisäksi määritetään korrelaatio entropian generoinnin ja paineen välille eri polttoaineille, kun palaminen ei tapahdu vakiopaineessa.

Entropian generoinnin vähentämiseksi palaminen on ohjattava lähemmäksi tasapainotilaansa.
Kun näin tapahtuu, paine nousee palamisen aikana.
Paineen nostamista autetaan kahdella eri tavalla.
Ensimmäinen keino on pakokaasujen säiliötyyppinen kierrätysjärjestelmä, jossa pakokaasujen paine ja lämpötila pyritään siirtämään talteen uuteen palamisilmaan.
Kompressoria ei tällöin tarvita.
Järjestelmälle lasketaan aluksi isobaarinen eli vakiopaineinen kierrätys, jotta nähdään alkutilanne sille, miten paljon entropian generointia on kierrätyksellä mahdollista vähentää.
Entropian generoinnin vähentämisestä johtuva paineennousu voidaan silloin laskea.
Isobaarinen kierrätys ei kuitenkaan ole mahdollista, sillä kaasut eivät luku säiliöstä toiseen ilman ajavaa voimaa, kuten paine-eroa.
Seuraavaksi testataan kierrätysjärjestelmää, jossa palaminen tapahtuu isokoorisesti eli vakiotilavuudessa.
Tämä järjestelmä ei kuitenkaan toimi mm. ainetaseiden vuoksi.
Lisäksi isokoorinen poltto ei nosta painetta tarpeeksi.

Toinen keino vähentää entropian generointia palamisen aikana on käyttää keraamista kalvoa polttokammion seinäminä.
Kalvo päästää läpi ympäröivästä ilmasta polttoon tarvittavan hapen.
Sen sijaan palamistuotteet hiilidioksidi ja vesihöyry eivät läpäise kalvoa, joten ne kasvattavat polttokammion painetta.
Sopivan painetason saavutettua kaasut johdetaan esimerkiksi turbiinille.
Polttokammion paineennousun ansiosta prosessin entropian generointi on pientä.
Tällainen happipoltto aiheuttaa erittäin korkean adiabaattisen palamislämpötilan, joten materiaalien kestävyyden takia prosessin täytyisi tehdä työtä tai siihen tulisi lisätä jäähdytys.
Teoreettinen hyötysuhde on suurilla paineilla korkeampi kuin tavanomaisessa poltossa, mutta sitä voitaisiin vielä nostaa, jos pakokaasut saataisiin paisuessaan jäähtymään alempaan lämpötilaan.
ED:2010-02-01
INSSI record number: 38838
+ add basket
« previous | next »
INSSI