Rankine cykel

Rankine cykel kraftvärmeverk Pump (1-2) Panna [Värmeväxlare] (2-3) Turbin (3-4) Kondensor [Värmeväxlare] (4-1)

Termiska verkningsgraden Rankine cykelns termiska verkningsgrad kan höjas genom att öka medeltemperaturen när värme tillförs till arbetsmediet och / eller minska medeltemperaturen vid värmeavgivningen

Låt oss pröva öka den termiska verkningsgraden vid enkel cykel Minska avloppstrycket efter turbinen Minskar kondensor temperaturen Ökar mängden avgivet arbete Ökar värmetillförseln Minskar kvaliten på ångan vid turbinavloppet

Minskning av turbinens avloppstryck Medeltemperaturen vid värmeavgivningen minskas om man sänker trycket vid turbinens avlopp.

Effekten av minskat kondensortryck på en ideal Rankine cykel

Överhettning och mellanöverhettning Notera att en minskning av kondensor trycket också minskar kvaliten på ångan vid turbinens avlopp. Turbiner tycker inte om vatten vid turbinavloppet Lägre kvalite innebär att vattendroppar förekommer I turbinen innan ångan lämnar turbinen Vatten ger erosion på turbinbladen. Åtgärder görs för att försöka hålla kvaliten > 90%.

Ökning av panntrycket Medeltemperaturen vid värme tillförseln kan ökas genom att öka arbetsmediets tryck I pannan eller genom att överhetta arbetsmediet till höga temperaturer. Material egenskaper begränsar temperaturen på arbetsmediet

Effekter av ökat panntryck : För en ideal Rankine cykeln, en ökning av panntrycket kommer att: Öka totalverkningsgraden, Öka temperaturen på kokartuberna Minska ångkvaliten vid turbinavloppet

Ökning av ångans överhettning Ökning av överhettning Ökar värmetillförseln Ökning av avgivet arbete Förbättrar ångkvaliten vid turbinavloppet Kan ge materialproblem vid höga temperaturer

Resultatet av ökat panntryck

Ett alternativ: Mellanöverhettning Som tidigare visats vill vi inte ha vatten-ångblandning I turbinavloppet En metod för att förbättra ångkvaliten är att mellanöverhetta ångan Med mellanöverhetnning menas att låta ångan expandera I ett första steg I turbinen för att sedan överhettas I pannan igen innan den går vidare genom It does two useful things for us: Ökad verkningsgrad Ökad ångkvalite I turbinavloppet

Över- och mellan överhettning För att kunna dra nytta av den ökade verkningsgraden vid högre panntryck och lägre kondensortryck används mellanöverhettning Detta görs genom att låta ångan expandera I högtrycksturbin, för att sedan återvända till pannan för att överhettas igen innan ångan får expandera fulständigt genom turbin till kondensorn

Enkel schematisk skiss av mellanöverhettning I Rankine cykel

Vad sker I processen: 1-2 Reversibel adiabatisk (isentrop) kompression i pumpen 2-3 Värme tillförsel vid konstant tryck I pannan ( högt tryck) 3-4 Isentropisk expansion genom turbinens högtrycksdel. 4-5 Värme tillförsel vid konstant tryck I pannan ( mellan högt tryck) 5-6 isentropisk expansion genom turbinens lågtryckssteg 6-1 Värmeavgivning vid konstant tryck I kondensorn

Huvudförluster I den enkla rankinecykeln Turbin – använd isentropverkningsgrad friktion Pump – kan använda isentropverkningsgrad Kondensor Friktionsförluster I tuberna Värmeöverföring över DT Panna Friktionsförluster I kokartuberna Pannverkningsgrad = Värmeeffekt/bränsleeffekt

Principiella irreversibiliteter och förluster Turbin Pump

Effekter på T-s diagram

Matarvatten förvärmning Ett annat sätt att öka den termiska verkningsgraden på en Rankine cykel är att använda sig av matarvatten förvärmning. Detta innebär att man förvärmer matarvattnet som lämnar pumpen med ett mindre ångflöde som avleds från turbinen De två flödena blandas I en öppen förvärmare och blandningen lämnar förvärmaren I form av en mättad vätska vid aktuellt tryck. I en sluten förvärmare överförs värmen från ångan till vattnet utan att blandas med varandra I förvärmaren