Κύκλοι παραγωγής ισχύος με ατμό Συνδυασμένοι (σύνθετοι κύκλοι)

Transcript

1 Μονάδα Ισχύος Ατμοπαραγωγού Κύκλοι παραγωγής ισχύος με ατμό Συνδυασμένοι (σύνθετοι κύκλοι) Άποψη μονάδας ατμοπαραγωγού φυσικού αερίου ισχύος 80 MW Διαφάνεια Διαφάνεια ΕΓΚΑΤΕΣΤΗΜΕΝΗ ΙΣΧΥΣ (MW) ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ (0) ΕΓΚΑΤΕΣΤΗΜΕΝΗ ΙΣΧΥΣ (MW) ΣΤΑΘΜΩΝ ΔΕΗ Α.Ε. (//007) ΘΗΣ Μονάδες Λιγνιτικές Πετρελαϊκές Φυσικού Μονάδες Μονάδες Αερίου Σύνολο ΘΗΣ* ΥΗΣ** ΑΠΕ*** ΣΥΝΟΛΟ Διασυνδεδεμένο,88 0,70,966 8,00,0 6,07 Κρήτη, Ρόδος & λοιπά αυτόνομα νησιά,66,66,689 ΣΥΝΟΛΟ 966 9,66,00 80,76 * Θερμοηλεκτρικοί Σταθμοί ** Υδροηλεκτρικοί Σταθμοί *** Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας Διαφάνεια Διαφάνεια

2 ΑΗΣ ΚΑΡΔΙΑΣ ( μονάδες00 MW) Διαφάνεια Διαφάνεια 6 Βασικά στοιχεία εγκατάστασης Ατμοπαραγωγού Λέβητας-Υπερθερμαντήρας Διαφάνεια 7 Διαφάνεια 8

3 Λέβητας Συμβατική εγκατάσταση Ισχύος Ατμού Προσθήκη Θερμότητας σε υψηλή θερμοκρασία. Q IN Λέβητας Στρόβιλος Ισχύος με εκτόνωση του ατμού. Κατανάλωση έργου για συμπίεση του εργαζόμενου ρευστού Συμπυκνωτής W ΣΤΡΟΒΙΛΟΥ ttp:// W ΑΝΤΛΙΑΣ Q OUT Απόρριψη θερμότητας σε χαμηλή θερμοκρασία Διαφάνεια 9 Διαφάνεια 0 Ένας υποθετικός κύκλος ατμού Carnot Ο ιδανικός κύκλος Ranke T Αντιστρεπτή ισοβαρής προσθήκη θερμότητας T ( ) * Ισεντροπική εκτόνωση παραγωγής έργου ( ) ή (* *) Γιατί δεν χρησιμοποιείται ο κύκλος Carnot -Προβλήματα στην διαδικασία - άντλησης διφασικού μίγματος -Περιορισμός της θέρμανσης σε χαμηλές θερμοκρασίες Τ c =7 o C. Δυσκολίες στην υπερθέρμανση του ατμού. -Υδρατμοί χαμηλής ποιότητας στον στρόβιλο-προβλήματα στα πτερύγια. Διαφάνεια Ισεντροπική συμπίεση ( ) Αντιστρεπτή ισοβαρής αποβολή θερμότητας ( ) * Διαδικασίες εσωτερικά αντιστρεπτές Διαφάνεια

4 Ανάλυση κύριων στοιχείων (υποθέσεις) Μόνιμη κατάσταση. Σταθερή παροχή μάζας Ισεντροπικές διαδικασίες σε στρόβιλο και αντλία ( = σταθερό) Όχι μεταβολές σε KE and PE Διαφάνεια Διαφάνεια Ενεργειακό ισοζύγιο διατάξεων μόνιμης ροής εισοδος- έξοδος V V m( + + gz + q + w ) = m( + + gz + q + w ) out ή V V + + gz + q + w = + + gz + q out + wout V V m + + gz + Q + W = m + + gz + Q + W out out Διαφάνεια Στρόβιλος t W m W m p p t Ανάλυση κύριων στοιχείων: Διαφάνεια 6

5 Ανάλυση κύριων στοιχείων: Απόδοση του κύκλου Q m W W t Q p Λόγος επιστρ. έργου out Q m W bwr W p t Διαφάνεια 7 Διαφάνεια 8 Ο ιδανικός κύκλος Ranke (Διάγραμμα -) Q H Κύκλος Ranke Λέβητας: Συμπυκνωτής: Q m Q out m Στρόβιλος: Αντλία: Wt Wp m m Συνολική Απόδοση: Wt/ mwp/ m Q / m W IN Q C W OUT Διαφάνεια 9 Διαφάνεια 0

6 Κύκλος ατμού Ranke Α νόμος για ανοικτά συστήματα (Μόνιμη Ροή) Δ+Δ (u /) + Δ(gz) = q - w Κύκλος ατμού Ranke. Παράδειγμα ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 0-: Ο Απλός Ιδανικός Κύκλος Ranke Θεωρούμε μια εγκατάσταση παραγωγής ισχύος με υδρατμό η οποία λειτουργεί σύμφωνα με τον απλό ιδανικό κύκλο Ranke. Ο υδρατμός εισέρχεται στο στρόβιλο με ΜΡa και 0 C και συμπυκνώνεται στον συμπυκνωτή σε πίεση 7 kpa. Να προσδιορίσετε τη θερμική απόδοση του κύκλου. Αντλία (q=0) w αντλ = = v (P P ), v v = v f Λέβητας (Βραστήρας) (w=0) q = Στρόβιλος (q=0) w Στροβ =, Συμπυκνωτής (w=0) q out = wnet Qout Απόδοση n όπου W net = Q -Q out = W Στροβ -W αντλ Q Q Διαφάνεια Διαφάνεια Αποκλίσεις Πραγματικού Κύκλου Ranke Αποκλίσεις Πραγματικού Κύκλου Ranke. Παράδειγμα 0- Τριβές του ρευστού-πτώσεις πίεσης Απώλειες θερμότητας υδρατμού Αναντιστρεπτότητες στροβίλου αντλίας-αδιαβατικές αποδόσεις Διαφάνεια Διαφάνεια 6

7 Αύξηση της απόδοσης του κύκλου Ranke Κύκλος Ranke με υπερθέρμανση -Μείωση πίεσης στον συμπυκνωτή -Υπερθέρμανση υδρατμού σε υψηλές θερμοκρασίες -Αύξηση πίεσης στον λέβητα Διαφάνεια Διαφάνεια 6 Κύκλος Ranke με υπερθέρμανση Βελτίωση της απόδοσης του κύκλου Ranke T * T H T H Q H Αύξηση της μέσης θερμοκρασίας προσθήκης θερμότητας * T * Υπερθέρμανση του ατμού Προσθήκη θερμότητας σε μεγαλύτερη μέση θερμοκρασία. W IN Q C W OUT Διαφάνεια 7 Διαφάνεια 8 7

8 Κύκλος Ranke με αναθέρμανση Κύκλος Ranke με αναθέρμανση Διαφάνεια 9 Διαφάνεια 0 Κύκλος Ranke με αναθέρμανση Q H Q OUT 6 W IN Q C W OUT Αναθέρμανση ενός σταδίου. Παραγωγή έργου στους δύο στροβίλους T T H Κύκλος Ranke με αναθέρμανση T C p p Q =Q Λεβ + Q Αναθ =( )+ ( ) W Στροβ = W Στροβ Ι + W Στροβ ΙΙ = ( )+ ( 6 ) 6 Η επιπλέον εκτόνωση μέσω της αναθέρμανσης στην κατάσταση επιτρέπει την απελευθέρωση περισσότερης ενθαλπίας ανάμεσα στις καταστάσεις - 6. Διαφάνεια Διαφάνεια 8

9 Απόδοση κύκλου με αναθέρμανση Κύκλος Ranke με αναθέρμανση. Παράδειγμα Σε κύκλο Ranke με αναθέρμανση ο υδρατμός εισέρχεται στο στρόβιλο υψηλής πίεσης με MPa και 600 C και συμπυκνώνεται στο συμπυκνωτή σε πίεση 0 kpa.. Εάν το περιεχόμενο του υδρατμού σε υγρασία στην έξοδο του στροβίλου χαμηλής πίεσης δεν πρέπει να υπερβαίνει το 0,%, να προσδιορίσετε: (α) την πίεση στην οποία ο υδρατμός θα πρέπει να αναθερμανθεί και (β) τη θερμική από-δοση του κύκλου. Να υποθέσετε ότι ο υδρατμός υφίσταται αναθέρμανση στη θερμοκρασία του σημείου εισόδου του στροβίλου υψηλής πίεσης. W W 6 W ( 6) ( ) Q Q Διαφάνεια Διαφάνεια Κύκλος Ranke με αναγέννηση W,out Κύκλος Ranke με αναγέννηση Q H 6 7 W,out Q C W IN, Q - = 0 W IN, Θερμαντήρας Διαφάνεια Διαφάνεια 6 9

10 Κύκλος Ranke με αναγέννηση. Ανοιχτός αναγεννητήρας Κύκλος Ranke με αναγέννηση Κλειστός αναγεννητήρας Κλειστός Θερμαντήρας. y6 y y Διαφάνεια 7 6 y 6 7 Διαφάνεια 8 W IN, Διάγραμμα - για κύκλο με αναγέννηση W IN, W W Q OUT, IN, H Q H W OUT, 6 ( kg) W OUT, (y kg) (-y kg) 7 Q C 6 and and W W OUT, IN, ( y) 6 y Διαφάνεια 9 7 Ενεργειακό ισοζύγιο και θερμική απόδοση ( y) ( y ) W IN, Q H ( kg) (y kg) (-y kg) 7 W IN, Q C 6 W OUT, W OUT, Διαφάνεια 0 0

11 Κύκλος Ranke με αναγέννηση. Ανοιχτός αναγεννητήρας. Παράδειγμα Κύκλος Ranke με αναγέννηση. Κλειστός και ανοιχτός αναγεννητήρας y -y Διαφάνεια Διαφάνεια Κύκλος Ranke με αναγέννηση Κύκλος Ranke με αναγέννησεις Διαφάνεια Διαφάνεια

12 Κύκλος Ranke με αναθέρμανση-αναγέννηση Ανάλυση μονάδας σύμφωνα με τον ο νόμο Αναντιστρεπτότητα Q Q T out I= Τ0 S gen =Τ 0 (Sout S ) Τ0 moutout m Tb,out q q out i=τ0 gen =Τ0 out (Σταθερ. ροη-εισοδος, εξοδος) Tb,out T b, b, Εξέργεια ροής ρεύματος V ψ ( o) T o( o) gz Διαφάνεια Διαφάνεια 6 Συμπαραγωγή Συμπαραγωγή Διαφάνεια 7 Διαφάνεια 8

13 ΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΟΙ ΚΥΚΛΟΙ ΑΕΡΙΟΥ-ΑΤΜΟΥ ΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΟΙ ΚΥΚΛΟΙ ΑΕΡΙΟΥ-ΑΤΜΟΥ Διαφάνεια 9 Διαφάνεια 0 Δυαδικοί κύκλοι Κύκλοι παραγωγής ισχύος με ατμό -Απλός Α κύκλος Ranke. -Αναθέρμανση -Αναγέννηση -Συμπαραγωγή -Συνδυασμένοι (σύνθετοι κύκλοι) -Δυαδικοί κύκλοι Διαφάνεια Διαφάνεια