Der einfache Dampfprozess Clausius Rankine Prozess Seite 1 von 8

Transkript

1 Der einface Dapfproze Clauiu Rankine Proze Seite von 8

2 darin ind e die Exergie, b die Anergie und U die Ugebungteperatur Wie vergleicen zunäct den Carnot cen η C Prozewirkunggrad it de Clauiu-Rankine Prozewirkunggrad η CR : C CR p p zu nutz CR zu nutz C da und au c und c it η η η η < < ln 3:, ln 3 : Seite von 8

3 kritice Stoffwerte für Waerdapf: krit 374 C p krit bar Seite 3 von 8

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5 Optiierung de tericen Wirkunggrade bei Waerdapf- Kraftprozeen Der terice Wirkunggrad läßt ic durc folgende Maßnaen verbeern: Abenkung de Gegendrucke. Die tecnice Grenze dieer Maßnae it bedingt durc die Külwaereintrittteperatur a Kondenator. Eröung de Fricdapfdrucke und der Fricdapfteperatur. Die Grenzen von Druck und eperatur ind abängig von der Warfetigkeit der Rortäle in den Heizfläcen de Dapferzeuger. Sie liegen eute, nacde an von der Verwendung von auteniticen Stälen wieder abgegangen it, bei 80 bi 00 bar unterkritic oder 300 bi 350 bar überkritic und bei 540 C vor der urbine bzw. 560 C a Überitzerautritt. 3 Zwicenüberitzung. Man get eute bi zur zweifacen Zwicenüber-itzung und überitzt bi zur eperatur de Fricdapfe. Da Diagra zeigt da --Diagra einer verlutloen Hocdruck-Kondenationacine, die it Dapf von 00 bar und 500 C auf einen Gegendruck von 0, bar arbeitet. Die teoretice Arbeitleitung w it die nac link craffierten Fläce a-b-c-d-e-a und der Wäreverbrauc q gleic der Fläce unter der Iobaren a-d, alo a-b-c-d-f-g-a. Au de Verältni w/qη ter ergibt ic der terice Wirkunggrad. Die Arbeit w it von der Carnotcen Arbeit a-e-d--a weit entfernt! Ein weiterer Nacteil it die Dapfnäe -x rd. 0% bei Expanion-Endpunkt e, da die Kondenwaertröpfcen die Niederdruckcaufeln der urbine gefärden. Überitzt an den z.b. bi 0 bar teilweie expandierten Dapf nocal bi 500 C, o erält an zuätzlic die nac rect craffierte Arbeitfläce w' -i-l-e- bei eine Wäreeraufwand q' - i - k -f-. Da Verältni w /q η ter tellt den tericen Wirkunggrad der Zwicen-überitzung dar. Da η ter > η ter it, wird der Wirkunggrad de Geatprozee durc die Zwicenüberitzung verbeert. Gleiczeitig it die Dapfnäe vo Punkt e bi zu Punkt l auf ein betriebtecnic tragbare Maß verringert worden. Hocdruckanlagen arbeiten daer in der Regel it Zwicenüberitzung. erodynaic optiale ZÜ-Drücke in Abängigkeit vo Fricdapfzutand zeigt da Diagra neben de - Diagra. 4 Speiewaervorwärung durc Entnaedapf der urbine Diagra Bei Höctdruck-Kraftwerken it zweifacer Zwicenüberitzung findet an bi zu Vorwärtufen. Nacfolgende Erklärung dient zu BILD und zu den beiden Diagraen in Diagra 4: Durc eine Verbrennungluftvorwärung kann da entteende Verbrennungga eine öere Verbrennungteperatur und oit eine öere Exergie al bei der Verbrennung one Luftvor wärung erreicen. E tet oit er Exergie zur Übertragung auf den Waerdapf zur Verfügung. Läßt an jedoc den Eintrittzutand de Speiewaer und den Autrittzutand de Fricdapfe unverändert, o bleibt auc der exergetice Wirkunggrad trotz Luftvorwärung unverändert, denn die Exergieaufnae de Waer bleibt gleic. Die zuätzlic vo Verbrennungga angebotene Exergie kot alo de Waer nict zugute. Der Exergieverlut bei der Wäreübertragung zert den Exergiegewinn Seite 5 von 8

6 bei der Verbrennung auf, weil ic die eperaturdifferenz zwicen de nun eißeren Verbrennungga und der gleic gebliebenen Waerteperatur vergrößert at. Die Luftvorwärung verfelt alo iren Zweck, wenn nict zugleic auc da eperaturniveau de Waer i Dapferzeuger angeoben wird. Da der Fricdapfzutand au Werktoffründen fetliegt, läßt ic die ittlere Prozeteperatur nur durc Aneben der Speiewaerteperatur eröen. Da Speiewaer uß alo vor de Eintritt in den Dapferzeuger vorgewärt werden. Hierzu tet al Energiequelle nur noc der Waerdapf zur Verfügung, denn der Energieinalt de Abgae wird zur Luftvorwärung erangezogen. Man wendet daer eine weitere innere Wäreübertragung an, und zwar zwicen eine eiltro de Dapfe, der au der urbine entnoen wird, und de aufzuwärenden Speiewaer. Diee regenerat ive Speiewaer vorwärung durc Entnaedapf uß tet it der Luftvorwärung kobiniert werden, denn eine Luftvorwärung one Speiewaervorwärung it zwecklo. U da Prinzip der regenerativen Speiewaervorwärung zu erläutern, betracten wir da Modell einer Dapfkraftanlage in BILD. In die urbine tritt der Fricdapf it de Maentro ein, der vo Fricdapfdruck p auf einen Zwicendruck, den og. Entnaedruck p E expandiert. Nun wird ein eil de Dapftroe, nälic der Maentro µ au der urbine entnoen und de Speiewaervorwärer zugefürt, wärend der verbleibende Dapftro µ auf den Kondenatordruck p 0 expandiert. Der Entnaedapf tritt it de Zutand E in den Speiewaervorwärer ein und gibt dort einen eil eine Energieinalt al Wäre an da Speiewaer ab, da dadurc von der eperatur t auf die Vorwärteperatur t V erwärt wird. Der Entnaedapf kondeniert i Vorwärer und kült ic bi auf die eperatur t F ab, die nur wenig über t liegt. Da Kondenat wird gedroelt und de Speiewaertro zugeict, der au de Kondenator kot. Da linke Diagra in Diagra 4 zeigt den eperaturverlauf de Entnaedapfe und de Speiewaer i Vorwärer, aufgetragen über der pez. Entalpie de Speiewaer. Au der Energiebilanz de adiabaten Vorwärer v µ E F, kann der Anteil µ de Entnaedapfe a geaten Maentro betit werden. Da Speiewaer kann owol vor der Speiepupe SP ND-Vorwärer al auc nac der SP HD-Vorwärer durc Anzapfdapf von der urbine vorgewärt werden. Fürt an diee Erwärung crittweie durc, o verbeert an gleiczeitig den tericen Wirkunggrad durc Annäerung - wenigten eine eilbereice - an den Carnot-Prozeß. Da Bild zeigt einen Hocdruck-Oberfläcenvorwärer, da Bild 3 einen Micvorwärer, der gleiczeitig al tericer Entgaer arbeitet. Ein weiterer Vorteil der Speiewaervorwärung durc Anzapfdapf it: durc die Entnae werden ND-urbine und Kondenator entlatet und ire Abeungen reduziert. Durc Verbeerung de tericen Wirkunggrade it e gelungen, den pezificen Wäreverbrauc von Kondenation-Dapfkraftwerken auf etwa q 8800 kj/kw abzuenken. Die ergibt eine Kraftwerkwirkunggrad von η KW 4%, wa etwa de Grenzwert de it den bier erwänten Mitteln Erreicbaren entprict. Seite 6 von 8

7 Optiierung de tericen Wirkunggrade bei Dapfkraftproze: Diagra Diagra Diagra 3 BILD Diagra 4 BILD BILD 3 & V µ & E F Seite 7 von 8

8 Ein oderne Dapfkraftwerk it: - Zwicenüberitzung - Entnaedapf-Speiewaervorwärung in Kobination it LUVO Luftvorwärer - Wärekopplung für Wäre-Energieverorgungzwecke Seite 8 von 8