De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

THERMODYNAMICA lic. Dirk Willem Hoofdstuk 10. dampcycli 1-2 : water verwarmt rev. en isotherm in de ketel 2-3 : isentrope expansie van stoom in turbine.

Verwante presentaties


Presentatie over: "THERMODYNAMICA lic. Dirk Willem Hoofdstuk 10. dampcycli 1-2 : water verwarmt rev. en isotherm in de ketel 2-3 : isentrope expansie van stoom in turbine."— Transcript van de presentatie:

1 THERMODYNAMICA lic. Dirk Willem Hoofdstuk 10

2 dampcycli 1-2 : water verwarmt rev. en isotherm in de ketel 2-3 : isentrope expansie van stoom in turbine 3-4 : natte damp condenseert isotherm en rev. in condensor 4-1 : isentrope compressie van natte damp in compressor Dampcyclus van Carnot nadelen: - T H < T k (water) = ( ,15) K - stoom met lage kwaliteit (hoog vochtgehalte) in turbine  slijtage van bladen - moeilijkheden bij isentrope compressie (eindigen in punt 4 en 2 fasen)

3 dampcycli Oplossing problemen: Dampcyclus van Carnot nadelen: - isentrope compressie tot zeer hoge drukken - isotherme warmtetoevoer bij één fase is moeilijk bij veranderende druk

4 dampcycli Rankine-cyclus (ideale cyclus voor dampcycli)

5 dampcycli Rankine-cyclus (ideale cyclus voor dampcycli) 1-2 : isentrope compressie in een pomp 2-3 : warmtetoevoer in ketel bij cte p 3-4 : isentrope expansie in turbine 4-1 : warmteafvoer in condensor bij cte p opp. onder rode curve opp. onder blauwe curve

6 dampcycli Rankine-cyclus (ideale cyclus voor dampcycli) Toepassing 1ste hoofdwet open stelsel op de 4 componenten: q – w t = ∆h Pomp (q = 0) : – w t = h 2 – h 1  -(-w pomp,in ) = h 2 – h 1  w pomp,in = h 2 – h 1 of w pomp,in = | - ∫vdp | = v(p 2 – p 1 ) (REVERSIBEL) Ketel (w t = 0) : q in = h 3 – h 2 Turbine (q = 0) : – w t = h 4 – h 3  -(w turbine,uit ) = h 4 – h 3  w turbine,uit = h 3 – h 4 Condensor (w t = 0) : -q uit = h 1 – h 4  q uit = h 4 – h

7 dampcycli Rankine-cyclus (ideale cyclus voor dampcycli) Toepassing 1ste hoofdwet open stelsel op de 4 componenten: Pomp (q = 0) :  w pomp,in = h 2 – h 1 of w pomp,in = | - ∫vdp | = v(p 2 – p 1 ) (REVERSIBEL) Ketel (w t = 0) : q in = h 3 – h 2 Turbine (q = 0) : w turbine,uit = h 3 – h 4 Condensor (w t = 0) : q uit = h 4 – h 1 Thermische rendement :

8 dampcycli Centrale volgens Rankine-cyclus

9 dampcycli Afwijking werkelijke dampcycli t.o.v. Rankine-cyclus 1-2 : irreversibiliteit in pomp 2-3 : drukval in ketel 3-4 : irreversibiliteit in turbine 4-1 : drukval in condensor Oorzaken verlaging rendement: - vloeistofwrijv. (irreversibiliteit)  drukval in ketel, condensor en leidingen - extra warmteverlies aan omgeving in componenten en leidingen - irreversibiliteit pomp en turbine

10 Afwijking werkelijke dampcycli t.o.v. Rankine-cyclus dampcycli

11 Rendement Rankine-cyclus q in = opp. onder rode curve q uit = opp. onder blauwe curve Hoe rendement verhogen?  door verhoging van  door verlaging van dampcycli gem. temp. warmteopname in ketel gem. temp. warmteafgave in condensor

12 Hoe rendement Rankine-cyclus verhogen? 1. Verlagen condensordruk dampcycli ↓  η th ↑ grens : p condensor > p sat (25°C) (= 3,2 kPa) nadelen: - lekken van lucht naar condensor - vochtgehalte stoom in turb. ↑  erosie turbinebladen 1

13 Hoe rendement Rankine-cyclus verhogen? 2. Oververhitten van de stoom naar hogere temperatuur dampcycli stijgt  η th stijgt extra voordeel: vochtgehalte uitgang turbine ↓ Opmerking: T 3’ < T max (≈620°C)

14 Hoe rendement Rankine-cyclus verhogen? 3. Verhogen keteldruk dampcycli stijgt  η stijgt nadeel: vochtgehalte uitgang turbine ↑ (opl. : heroververhitten)

15 Hoe rendement Rankine-cyclus verhogen? 3. Verhogen keteldruk : superkritische drukken > 22,09 MPa dampcycli isobaar p > p k huidige keteldrukken ≈ 30 MPa rendementen moderne stoomplants: - fossiele brandstoffen: 40% - kernreactor: 34%

16 Ideale Rankine-cyclus met heroververhitting Verhoging keteldruk  hoger rendement  nadeel: hoger vochtgehalte stoom uitgang turbine Oplossingen: 1.oververhitting tot zeer hoge temp. nadeel: materialen kunnen zeer hoge temp. niet verdragen 2.stoom laten expanderen in 2 turbines + heroververhitting na eerste turbine dampcycli

17 Ideale Rankine-cyclus met heroververhitting dampcycli

18 Ideale Rankine-cyclus met heroververhitting heroververhitting: -hoofddoel : vochtgehalte stoom uitgang turbines verlagen -geen significante stijging van  geen significante stijging van η th -η th is lichtjes afhankelijk van de gemiddelde temp. van oververhitting -opgelet: toestand uitgang lage p turbine ≠ oververhitte stoom indien oververhitte stoom aan uitgang lage p turbine :  hogere  lager η th dampcycli

19 Ideale Rankine-cyclus met heroververhitting Hoe gemiddelde temp. oververhitting verhogen? antwoord: verhoging aantal expansiestappen met telkens heroververhitting dampcycli

20 Centrale volgens Rankine-cyclus met heroververhitting

21 Ideale regeneratieve Rankine-cyclus Probleem: warmtetoevoer aan vloeistof gebeurt bij relatief lage temp.  daalt  lager rendement Oplossing: voedingswater van de ketel hogere temp. geven dampcycli warmtetoevoer vloeistof

22 Ideale regeneratieve Rankine-cyclus Hoe voedingswater van de ketel op hogere temp. geven? door stoom af te tappen van de turbine en deze stoom gebruiken om het voedingswater te verwarmen (regeneratie) voedingsverwarmer : toestel waar voedingswater wordt verwarmd m.b.v. afgetapte stoom dampcycli

23 Id. regeneratieve Rankine-cyclus: open voedingsverwarmer Open voedingsverwarmer = mengkamer die afgetapte stoom mengt met voedingswater die pomp 1 verlaat (ideaal: na mengen verzadigde vloeist. op druk van verwarmer) dampcycli (1-y) (y) (1)

24 Id. regeneratieve Rankine-cyclus: open voedingsverwarmer dampcycli na aftappunt vóór aftappunt REVERSIBEL (1-y) (y) (1)

25 Id. regeneratieve Rankine-cyclus: open voedingsverwarmer dampcycli (zie H5: mengkamers) (1-y) (y) (1)

26 Id. regenerat. Rankine-cyclus: gesloten voedingsverwarmer dampcycli Gesloten voedingsverwarmer = warmtewisselaar waarin warmte door afgetapte stoom wordt afgegeven aan voedingswater zonder menging  drukverschil mogelijk tussen voedingswater en afgetapte stoom ( y) (1-y) (1)

27 Id. regenerat. Rankine-cyclus: gesloten voedingsverwarmer dampcycli ( y) (1-y) ( 1) ( y) (1-y) (1)

28 Vergelijking gesloten en open voedingsverwarmers open voedingsverwarmer : voordelen: - eenvoudig, goedkoop - efficiënt warmtetransport - voedingswater in verzadigingstoestand gebracht nadeel: iedere voedingsverwarmer heeft pomp nodig gesloten voedingsverwarmer: voordeel: - iedere verwarmer heeft geen pomp nodig (enkel expansieventiel) nadelen: - complexer en duurder - minder efficiënt warmtetransport dampcycli

29 Combinatie van gesloten en open voedingsverwarmers dampcycli

30 Cogeneratie Stoomplant: belangrijk deel van beschikbare warmte wordt afgestaan aan atmosfeer, rivier (= verloren warmte) Veel industriële processen vragen proceswarmte (stoom 5 tot 7 bar, 150 tot 200°C) dampcycli

31 Cogeneratie dampcycli Energie in oven (1400 °C: hoge kwaliteit ) afgestaan aan stoom (< 200°C: lage kwaliteit)  verlies aan potentieel om arbeid te leveren ( E ex = Q H (1 – T H / T 0 ) ) Energie van hoge kwaliteit gebruiken als proceswarmte is economisch niet verantwoord Cogeneratie: plant (stoom- of gasplant) waar elektr.+proceswarmte wordt geproduceerd

32 Cogeneratie ideale vorm van cogeneratie: zonder condensor (geen verloren warmte) gebruiksfactor: dampcycli verzadigde vloeistof Ideale cogeneratieplant : = 0  ε u = 100% Ideale cogeneratieplant : plant voor proceswarmte + vermogensplant met η th = 100%

33 Cogeneratie Nadeel ideale cogeneratieplant: kan niet inspelen op wisselende vraag elektrisch en warmtevermogen Praktische cogeneratieplant: dampcycli alle stoom afgeleid naar expansieventiel (geen arbeid) deel stoom afgeleid naar expansieventiel alle stoom afgetapt van de turbine (ideaal) deel stoom afgetapt van de turbine alle stoom door turbine en condensor verloren warmte vraag naar proceswarmte

34 Cogeneratie dampcycli vóór aftappunt na aftappunt

35 Cogeneratie dampcycli <


Download ppt "THERMODYNAMICA lic. Dirk Willem Hoofdstuk 10. dampcycli 1-2 : water verwarmt rev. en isotherm in de ketel 2-3 : isentrope expansie van stoom in turbine."

Verwante presentaties


Ads door Google