Simulatorlaboratorium

Med undtagelse af vandkraftværker anvender de fleste elproduktionsanlæg en type kedel og dampturbine. Et skematisk diagram af et simpelt dampkraftværk er vist nedenfor:

Højtryksdamp forlader kedlen og kommer ind i turbinen. Dampen udvider sig i turbinen og udfører arbejde, som gør det muligt for turbinen at drive den elektriske generator. Udstødningsdampen forlader turbinen og kommer ind i kondensatoren, hvor der overføres varme fra dampen til kølevand. Trykket i det kondensat, der forlader kondensatoren, øges i pumpen, hvorved kondensatet kan strømme ind i kedlen. Denne termodynamiske cyklus er kendt som Rankinecyklusen.

Rankinecyklusens virkningsgrad

Som nævnt ovenfor går der altid noget varme tabt fra dampen til kølevandet. Desuden bruger fødepumperne energi og reducerer dermed nettoarbejdets effekt. Rankinecyklusens virkningsgrad kan derefter udtrykkes som:

eller

hvis man henviser til diagrammet ovenfor og anvender enthalpiværdierne i Rankinecyklusen, kan man skrive:

eller

:

Forbedringer af Rankine-cyklusens virkningsgrad

Indflydelse af tryk og temperatur på Rankine-cyklusen

Hvis udstødningstrykket falder fra P4 til P4′ med det tilsvarende fald i den temperatur, ved hvilken varmen afvises i kondensatoren, øges nettoarbejdet med areal 1-4-4′-1′-1′-2′-2-1 (se nedenstående diagram)

På tilsvarende måde, hvis dampen overophedes i kedlen, er det indlysende, at arbejdet øges med areal 3-3′-4′-4-3 (se nedenstående diagram):

Overophedning af dampen sker ved at øge den tid, dampen er udsat for røggasserne. Resultatet af overophedning er, at for en given effekt vil et anlæg, der anvender overophedet damp, være mindre end et anlæg, der anvender tør mættet damp.

Regenopvarmningscyklus

Ovenfor bemærkede vi, at Rankine-cyklussens effektivitet øges ved at overophedning af dampen. Hvis man kunne finde metaller, der gør det muligt at nå højere temperaturer, kunne Rankine-cyklusen blive mere effektiv. For at forbedre virkningsgraden er der udviklet en genopvarmningscyklus, som er vist skematisk nedenfor:

I denne cyklus ekspanderes dampen til et vist mellemliggende tryk i turbinen og genopvarmes derefter i kedlen, hvorefter den ekspanderer i lavtryksturbinen til udstødningstrykket. Rankine-cyklus med genopvarmning termisk virkningsgrad kan udtrykkes som:

Den regenerative cyklus

En anden variation fra Rankine-cyklusen er den regenerative cyklus, som indebærer brug af fødevandsvarmere. Under processen mellem tilstand 2 og 2′ opvarmes fødevandet, og den gennemsnitlige temperatur er meget lavere under denne proces end under fordampningsprocessen 2′-3. Med andre ord er den gennemsnitlige temperatur, ved hvilken der tilføres varme i Rankine-kredsløbet, lavere end i Carnot-kredsløbet 1′-2′-3-4-1′, og Rankine-kredsløbet har derfor en lavere virkningsgrad end det tilsvarende Carnot-kredsløb. Sammenhængen mellem Carnot-cyklus og Rankine-cyklus er vist nedenfor.

I den regenerative cyklus kommer fødevandet ind i kedlen på et tidspunkt mellem 2 og 2′. Som følge heraf øges den gennemsnitlige temperatur, ved hvilken der leveres varme. En skematisk fremstilling af den praktiske cyklus er vist nedenfor:

Anlæggets termiske virkningsgrad

For at beregne den samlede termiske virkningsgrad for anlægget skal vi justere ovenstående formler for at indarbejde den varme, der tilføres i kedlens genvarmningssektioner:

Hinvisninger & Tips

I denne opgave skal du i det væsentlige beregne Rankine-cyklens termiske effektivitet. Du skal dog tage hensyn til genopvarmningscyklusen og logge følgende tags i dine tendenser:

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

For Boiler Feedwater Inlet Temperature, you may use the Startup Heat Exchanger Feedwater Outlet Temperature tag#: T02447.

For den anden beregning skal du finde Variable List Page 0100 som vist nedenfor:

For den tredje beregning skal du sikre dig, at du har lukket alle dampudtrækningsventiler og indstillet T00305 til 10 °C:

For at beregne enthalpiværdierne kan du bruge en app eller et onlineværktøj såsom Superheated Steam Table: https://goo.gl/GdVM4U