Laboratorium Symulatora

Wyłączając elektrownie wodne, większość elektrowni wykorzystuje jakiś rodzaj kotła i turbiny parowej. Schemat prostej elektrowni parowej pokazano poniżej:

Para o wysokim ciśnieniu opuszcza kocioł i wchodzi do turbiny. Para rozpręża się w turbinie i wykonuje pracę, dzięki której turbina może napędzać generator elektryczny. Para spalinowa opuszcza turbinę i trafia do skraplacza, gdzie następuje przekazanie ciepła z pary do wody chłodzącej. Ciśnienie kondensatu opuszczającego skraplacz jest zwiększane w pompie, co umożliwia przepływ kondensatu do kotła. Ten cykl termodynamiczny jest znany jako cykl Rankine’a.

Wydajność cyklu Rankine’a

Jak zauważono powyżej, pewna ilość ciepła jest zawsze tracona z pary do wody chłodzącej. Ponadto, pompy zasilające zużywają energię, zmniejszając w ten sposób wydajność pracy netto. Sprawność obiegu Rankine’a można zatem wyrazić jako:

lub

odnosząc się do powyższego wykresu i wykorzystując wartości entalpii w obiegu Rankine’a, możemy napisać:

Ulepszenia sprawności cyklu Rankine’a

Wpływ ciśnienia i temperatury na cykl Rankine’a

Jeśli ciśnienie wylotowe spada z P4 do P4′ z odpowiadającym mu spadkiem temperatury, przy której ciepło jest odrzucane w skraplaczu, praca netto zwiększa się o powierzchnię 1-.4-4′-1′-2′-2-1 (zob. wykres poniżej)

W podobny sposób, jeżeli para jest przegrzewana w kotle, to oczywiste jest, że praca zwiększa się o obszar 3-3′-4′-4-3 (patrz wykres poniżej):

Przegrzanie pary odbywa się poprzez zwiększenie czasu kontaktu pary ze spalinami. Skutkiem przegrzania jest to, że dla danej mocy elektrownia wykorzystująca parę przegrzaną będzie miała mniejsze rozmiary niż ta wykorzystująca suchą parę nasyconą.

Cykl dogrzewania

Powyżej zauważyliśmy, że sprawność cyklu Rankine’a zwiększa się przez przegrzanie pary. Jeśli metale można znaleźć, które pozwoliłyby nam osiągnąć wyższe temperatury, cykl Rankina może być bardziej wydajne. Aby poprawić sprawność, opracowano cykl ponownego podgrzewania, który przedstawiono schematycznie poniżej:

W tym cyklu para jest rozprężana do pewnego ciśnienia pośredniego w turbinie, a następnie podgrzewana w kotle, po czym rozpręża się w turbinie niskociśnieniowej do ciśnienia wylotowego. Sprawność cieplna cyklu Rankine’a z dogrzewaniem może być wyrażona jako:

Cykl regeneracyjny

Inną odmianą cyklu Rankine’a jest cykl regeneracyjny, w którym stosuje się podgrzewacze wody zasilającej. Podczas procesu pomiędzy stanami 2 i 2′ woda zasilająca jest podgrzewana, a średnia temperatura podczas tego procesu jest znacznie niższa niż podczas procesu parowania 2′-3. Innymi słowy, średnia temperatura, przy której dostarczane jest ciepło w cyklu Rankina, jest niższa niż w cyklu Carnota 1′-2′-3-4-1′, a w konsekwencji sprawność cyklu Rankina jest mniejsza niż sprawność odpowiadającego mu cyklu Carnota. Związek między cyklem Carnota a cyklem Rankine’a przedstawiono poniżej.

W cyklu regeneracyjnym woda zasilająca wchodzi do kotła w pewnym punkcie pomiędzy 2 a 2′. Dzięki temu zwiększa się średnia temperatura, w której dostarczane jest ciepło. Schemat praktycznego cyklu pokazano poniżej:

Sprawność cieplna instalacji

Aby obliczyć całkowitą sprawność cieplną instalacji, musimy dostosować powyższe wzory, aby uwzględnić ciepło dodane w sekcjach dogrzewania kotła:

Wskazówki & Porady

W tym laboratorium, zasadniczo obliczasz sprawność cieplną cyklu Rankine’a. Jednakże, należy wziąć pod uwagę cykl dogrzewania i rejestrować następujące znaczniki w swoich trendach:

• Q02395 Reheater 1 przekazane ciepło
• Q02375 Reheater 2 przekazane ciepło

Dla temperatury wody zasilającej kotła, można użyć Startup Heat Exchanger Feedwater Outlet Temperature tag#: T02447.

Dla drugiego obliczenia, zlokalizuj stronę 0100 listy zmiennych, jak pokazano poniżej:

Dla trzeciego obliczenia, upewnij się, że zamknąłeś wszystkie zawory ekstrakcji pary i ustaw T00305 na 10°C:

Aby obliczyć wartości entalpii, możesz użyć aplikacji lub narzędzia online, takiego jak Tabela pary przegrzanej: https://goo.gl/GdVM4U

.