Höyry- ja kaasuturbiinin mallintaminen prosessisimulointiohjelmaan

Tässä diplomityössä on mallinnettu höyry- ja kaasuturbiini Balas -prosessisimulointi-ohjelmaan. Balas on Valtion Teknillisen Tutkimuskeskuksen kehittämä simulointiohjelma, erityisesti paperi- ja selluteollisuuden prosessien staattiseen simulointiin. Työn tavoitteena on kehittää simulointimallit höyry- ja kaasuturbiinille, sekä tutkia niiden toimivuutta vertaamalla simulointeja mittaus- ja mitoitustietoihin. Työssä on muodostettu matemaattiset mallit höyryturbiinille, höyryturbiinin säätövyöhykkeelle sekä höyryturbiinin off-design laskennalle. Kaasuturbiinille muodostettiin toimintakäyrät, joiden avulla tarkastellaan sen toimintaa off-design tilanteessa. Komponentit mallinnettiin diplomityövaiheessa Matlab-ympäristöön, josta ne siirretään Balasiin erillisessä työvaiheessa. Malleissa on kiinnitetty huomiota erityisesti niiden helppokäyttöisyyteen ja monipuolisuuteen. Höyryturbiinimalleja testattiin simuloimalla erään paperitehtaan yhteydessä toimivan voimalaitoksen vastapaineturbiini säätövyöhykkeineen ja vertaamalla simulointituloksia tehtaan mittaustietoihin. Kaasuturbiinimallia testattiin vertaamalla GE Power MS 7001 kaasuturbiinin mitoitustietoja vastaavilla parametreilla simuloituun tapaukseen.

In this thesis, a steam and gas turbine have been modelled to the Balas process simulation software. Balas is a simulation program created by the Technical Research Centre of Finland, and it is especially suited for static simulation of processes in the pulp and paper industry. The objective of this thesis was to create a simulation model for a steam and gas turbine, and to examine their function by comparing the simulations with measured and dimensioned data. In this work, mathematical models for a steam turbine, the regulation stage, and off-design calculation of a steam turbine have been created. Performance curves for examining the off-design performance of the turbine have been created for the gas turbine. The components were modelled in Matlab and will be implemented to Balas in a different project. Particular attention has been paid to the user friendliness and versatility of the models. The steam turbine models have been tested by simulating a back-pressure turbine with a regulation stage, located in a power plant in connection with a paper mill, and by comparing the simulated values with on-site measurement data. The gas turbine model has been tested by comparing the dimensioned data of a GE Power MS 7001 gas turbine with the simulated model with corresponding parameters.