Simulační laboratoř

Vyjma vodních elektráren většina elektráren využívá určitý typ kotle a parní turbíny. Schéma jednoduché parní elektrárny je uvedeno níže:

Vysokotlaká pára opouští kotel a vstupuje do turbíny. Pára se v turbíně rozpíná a koná práci, která umožňuje turbíně pohánět elektrický generátor. Výstupní pára opouští turbínu a vstupuje do kondenzátoru, kde se teplo z páry předává chladicí vodě. Tlak kondenzátu vystupujícího z kondenzátoru se zvyšuje v čerpadle, čímž se kondenzát dostává do kotle. Tento termodynamický cyklus je znám jako Rankinův cyklus.

Účinnost Rankinova cyklu

Jak bylo uvedeno výše, vždy dochází ke ztrátám části tepla z páry do chladicí vody. Kromě toho spotřebovávají energii napájecí čerpadla, čímž se snižuje čistý pracovní výkon. Účinnost Rankinova cyklu pak lze vyjádřit jako:

nebo

vztaženo k výše uvedenému diagramu a s použitím hodnot entalpie v Rankinově cyklu můžeme psát:

Zlepšení účinnosti Rankinova cyklu

Vliv tlaku a teploty na Rankinův cyklus

Poklesne-li tlak ve výfukových plynech z P4 na P4′ s odpovídajícím poklesem teploty, při níž se teplo v kondenzátoru odvádí, zvýší se čistá práce o plochu 1-.4-4′-1′-2′-2-1 (viz diagram níže)

Podobně, je-li pára v kotli přehřátá, je zřejmé, že se práce zvýší o plochu 3-3′-4′-4-3 (viz diagram níže):

Přehřátí páry se provádí prodloužením doby působení páry na spaliny. Výsledkem přehřívání je, že při daném výkonu bude mít elektrárna používající přehřátou páru menší rozměry než elektrárna používající suchou sytou páru.

Přehřívací cyklus

Výše jsme uvedli, že účinnost Rankinova cyklu se zvyšuje přehříváním páry. Pokud by se podařilo najít kovy, které by nám umožnily dosáhnout vyšších teplot, mohl by být Rankinův cyklus účinnější. Pro zvýšení účinnosti byl vyvinut přehřívací cyklus, který je schematicky znázorněn níže:

V tomto cyklu se pára v turbíně rozpíná na určitý mezitlak a poté se v kotli přehřívá, načež se v nízkotlaké turbíně rozpíná na výfukový tlak. Rankinův cyklus s tepelnou účinností dohřevu lze vyjádřit takto:

Regenerační cyklus

Další variantou Rankinova cyklu je regenerační cyklus, který zahrnuje použití ohřívačů napájecí vody. Během procesu mezi stavy 2 a 2′ je napájecí voda ohřívána a průměrná teplota je během tohoto procesu mnohem nižší než během procesu odpařování 2′-3. Jinými slovy, průměrná teplota, při níž je teplo dodáváno v Rankinově cyklu, je nižší než v Carnotově cyklu 1′-2′-3-4-1′, a proto je účinnost Rankinova cyklu nižší než účinnost odpovídajícího Carnotova cyklu. Vztah mezi Carnotovým a Rankinovým cyklem je uveden níže.

V regeneračním cyklu vstupuje napájecí voda do kotle v určitém bodě mezi 2 a 2′. V důsledku toho se zvyšuje průměrná teplota, při které je teplo dodáváno. Schéma praktického cyklu je uvedeno níže:

Tepelná účinnost zařízení

Pro výpočet celkové tepelné účinnosti zařízení musíme výše uvedené vzorce upravit tak, aby zahrnovaly teplo přidané v sekcích dohřívače kotle:

Rady & Tipy

V této laboratoři v podstatě počítáte tepelnou účinnost Rankinova cyklu. Musíte však vzít v úvahu dohřívací cyklus a do svých trendů zaznamenat následující značky:

• Q02395 Reheater 1 transferred heat
• Q02375 Reheater 2 transferred heat

Pro teplotu vstupní vody do kotle můžete použít značku Startup Heat Exchanger Feedwater Outlet Temperature#: T02447.

Pro druhý výpočet vyhledejte na stránce 0100 Seznam proměnných podle následujícího obrázku:

Pro třetí výpočet se ujistěte, že jste uzavřeli všechny ventily pro odběr páry, a nastavte T00305 na 10 °C:

Pro výpočet hodnot entalpie můžete použít aplikaci nebo online nástroj, například tabulku přehřáté páry: https://goo.gl/GdVM4U

.