Laborator de simulare

Excluzând centralele hidroelectrice, majoritatea centralelor electrice utilizează un tip de cazan și o turbină cu abur. O diagramă schematică a unei centrale electrice cu abur simple este prezentată mai jos:

Vapoarea de înaltă presiune părăsește cazanul și intră în turbină. Aburul se dilată în turbină și efectuează un lucru care permite turbinei să acționeze generatorul electric. Aburul de evacuare părăsește turbina și intră în condensator, unde căldura este transferată de la abur la apa de răcire. Presiunea condensatului care părăsește condensatorul este mărită în pompă, permițând astfel condensatului să curgă în cazan. Acest ciclu termodinamic este cunoscut sub numele de ciclul Rankine.

Eficiența ciclului Rankine

După cum s-a menționat mai sus, o parte din căldură se pierde întotdeauna din abur în apa de răcire. În plus, pompele de alimentare consumă energie, reducând astfel randamentul net de lucru. Prin urmare, eficiența ciclului Rankine poate fi exprimată astfel:

sau

referindu-ne la diagrama de mai sus și folosind valorile entalpiei în ciclul Rankine, putem scrie:

:

Îmbunătățiri ale randamentului ciclului Rankine

Efectul presiunii și al temperaturii asupra ciclului Rankine

Dacă presiunea de evacuare scade de la P4 la P4′, cu scăderea corespunzătoare a temperaturii la care căldura este respinsă în condensator, lucrul net este mărit cu aria 1-4-4′-1′-1′-2′-2-1 (vezi diagrama de mai jos)

În mod similar, dacă aburul este supraîncălzit în cazan, este evident că lucrul se mărește cu aria 3-3′-4′-4-3 (a se vedea diagrama de mai jos):

Supraîncălzirea aburului se face prin creșterea timpului în care aburul este expus gazelor de ardere. Rezultatul supraîncălzirii este că, pentru o putere de ieșire dată, instalația care folosește aburul supraîncălzit va fi de dimensiuni mai mici decât cea care folosește aburul saturat uscat.

Ciclul de reîncălzire

Mai sus am observat că randamentul ciclului Rankine este mărit prin supraîncălzirea aburului. Dacă s-ar putea găsi metale care să ne permită să atingem temperaturi mai ridicate, ciclul Rankine ar putea fi mai eficient. Pentru a îmbunătăți eficiența, a fost dezvoltat ciclul de reîncălzire, care este prezentat schematic mai jos:

În acest ciclu, aburul este expandat la o anumită presiune intermediară în turbină și apoi este reîncălzit în cazan, după care se extinde în turbina de joasă presiune până la presiunea de evacuare. Ciclul Rankine cu randamentul termic de reîncălzire poate fi exprimat astfel:

Ciclul regenerativ

O altă variantă a ciclului Rankine este ciclul regenerativ, care implică utilizarea de încălzitoare de apă de alimentare. În timpul procesului dintre stările 2 și 2′, apa de alimentare este încălzită, iar temperatura medie este mult mai scăzută în timpul acestui proces decât în timpul procesului de vaporizare 2′-3. Cu alte cuvinte, temperatura medie la care este furnizată căldura în ciclul Rankine este mai mică decât în ciclul Carnot 1′-2′-3-3-4-1′ și, în consecință, randamentul ciclului Rankine este mai mic decât cel al ciclului Carnot corespunzător. Relația dintre ciclul Carnot și ciclul Rankine este prezentată mai jos.

În ciclul regenerativ, apa de alimentare intră în cazan la un anumit punct între 2 și 2′. Ca urmare, temperatura medie la care este furnizată căldura este crescută. O schemă a ciclului practic este prezentată mai jos:

Eficiența termică a instalației

Pentru a calcula eficiența termică globală a instalației, trebuie să ajustăm formulele de mai sus pentru a încorpora căldura adăugată în secțiunile de reîncălzire ale cazanului:

Sugestii & Sfaturi

În acest laborator, în esență, calculați eficiența termică a ciclului Rankine. Cu toate acestea, trebuie să luați în considerare ciclul de reîncălzire și să înregistrați următoarele etichete în tendințele dumneavoastră:

• Q02395 Căldura transferată de Reheater 1
• Q02375 Căldura transferată de Reheater 2

Pentru temperatura de intrare a apei de alimentare a cazanului, puteți utiliza eticheta Startup Heat Exchanger Feedwater Outlet Temperature#: T02447.

Pentru al doilea calcul, localizați Variable List Page 0100 așa cum se arată mai jos:

Pentru al treilea calcul, asigurați-vă că ați închis toate supapele de extracție a aburului și setați T00305 la 10°C:

Pentru a calcula valorile entalpiei, puteți utiliza o aplicație sau un instrument online, cum ar fi Superheated Steam Table: https://goo.gl/GdVM4U

.