TÁMOP-4.1.1.F-14/1/KONV-2015-0006 Duális és moduláris képzésfejlesztés
ALKALMAZOTT MŰSZAKI HŐTAN
Prof. Dr. Keszthelyi-Szabó Gábor
TÁMOP-4.1.1.F-14/1/KONV-2015-0006 Duális és moduláris képzésfejlesztés
Gőzgépek termodinamikája. Rankine-Clausius körfolyamat.
Prof. Dr. Keszthelyi-Szabó Gábor 4. előadás
Rankine-Clausius körfolyamat
Ke=gőzkazán, T=turbina, G=generátor, Ko=kondenzátor, Sp=tápszivattyú
Rankine-Clausius körfolyamat p-v fázisváltozási diagramban
A Rankine-Clausius körfolyamat Gőzturbina
Kazán (túlhevítővel)
Villamos generátor
4 3 2 Szivattyú
1
5
6
Kondenzátor
Rankine-Clausius körfolyamat T-s fázisváltozási diagramban T(K)
4
4 3 2
1
5
3
24 3 6
2
1 5
1 1-2 Folyadékhevítés
4-5 Expanzió
6 2-3 Elgőzölgés
5-6 Kondenzáció
5 3-4 Túlhevítés
6-1 Szivattyúzás 6 s (J/kg·K)
Rankine-Clausius körfolyamat h-s fázisváltozási diagramban i (J/kg)
4
4
3 2
1
5
3
6
1-2 Folyadékhevítés 2-3 Elgőzölgés 3-4 Túlhevítés 4-5 Expanzió 5-6 Kondenzáció 6-1 Szivattyúzás
2
5
1
6
t
i4 i5 i1 i6 i4 si5(J/kg·K) i4 i1
i4 i1
Rankine Clausius körfolyamat
qg.t.
GT
TU
6
qka
1
5
KA
GE 2
4 qte
KO
TE 3
TSZ
TVT
qko 2’
Rankine-Clausius körfolyamat h-s fázisváltozási diagramban
6
qka K
h [kJ/kg] qt.e.
qg.t.
1
5
4 3
2 x 2’
qko s[kJ/kg K]
Rankine-Clausius körfolyamat T-s fázisváltozási diagramban
T [K]
qka
qt.e.
K
4
5
qg.t. 1 6
3 273 K
2
2’ qko
x s[kJ/kg K]
Valóságos Rankine körfolyamat T-s fázisváltozási diagramban
Hőerőművek körfolyamatainak hatásfokjavítása
Hatásfokjavítási lehetőségek
• • •
A kazánnyomás emelése A túlhevítési hőfok emelése A kondenzátornyomás csökkentése
• • •
Újrahevítés Második közvetítő közeg alkalmazása Regeneratív tápvízelőmelegítéssel
A Rankine – Clausius körfolyamat termodinamikai hatásfokának növelése A kazánnyomás növelésével:
A túlhevítési hőmérséklet növelésével:
A kondenzátornyomás csökkentésével:
A Rankine-Clausius körfolyamat T(K)
4
4 3 2
1
2
5
1
6
6 1-2 Folyadékhevítés 4-5 Expanzió
3
2-3 Elgőzölgés
5-6 Kondenzáció
5 3-4 Túlhevítés 6-1 Szivattyúzás s (J/kg·K)
A kazánnyomás növelése T(K)
4’
2’
1
2
Átlagos hőközlési hőfok nagyobb nyomáson
4
3’
3 5’
h
t m
10 - 60
p bar max.
35
5 Átlagos hőközlési A kazánnyomás emelése következtében a turbinából kilépő gőz65 35 90 6 hőfok kisebb nedvességtartalma nő, ami a turbina veszteségét növeli és így az effektív nyomáson Kis gőzmennyiségek feldolgozása esetén 170 hatásfok romlik! Újrahevítéssel kombinálva64 ez- kiküszöbölhető. 90 a túlzottan nagy nyomás mellett nagyon Változatlan hőelvonási mellett a kazánnyomás lecsökkenő gőztérfogat miatt ahőmérséklet belső > 130 130 növelése emeli az átlagos hőközlési hőfokot és így a hatásfokot. veszteségek nagyon megnőnek, az effektív hatásfok romlik! s (J/kg·K)
A túlhevítési hőmérséklet növelése T(K)
4’
Átlagos hőközlési hőfok nagyobb hőfokon
4
1
2
3 5
Átlagos hőközlési hőfok kisebb hőfokon
5’
6
AAtúlzottan magas esetén magas követelmények: 400 oC-ig túlhevítési hőfoktúlhevítési emelése hőfok következtében az átlagos hőközlési hőfok nő, o ötvözetlen 570 C-ig krómmal molibdénnel ferrit-perlites acél, a hatásfokacél, javul. Kedvező, hogy a és turbinából kilépőötvözött gőz nedvességtartalma e felett ötvözött austenites acél! csökken és nikkellel így a turbina vesztesége is csökken.
s (J/kg·K)
A kondenzátornyomás csökkentése T(K)
Átlagos hőelvonási hőfok nagyobb kondenzátornyomáson
4
2
3 Átlagos hőelvonási hőfok kisebb kondenzátornyomáson
1’
1 5
6’
6
5’
hogy a turbinából kilépő gőz nedvességtartalma nő, aésturbina AKedvezőtlen, kondenzátornyomás csökkentése a hőelvonási hőfokot csökkenti ezzel hatásfoka csökken és ezzel javítja az effektív hatásfok csökken. A nagyobb vákuum a hatásfokot. előállítása és fenntartása valamint maga a kondenzátor is költségesebb.
s (J/kg·K)
Rankine- Clausius körfolyamat újrahevítéssel T-s fázisváltozási diagramban
Az újrahevítés T(K)
4
2
B
Átlagos hőközlési hőfok újrahevítéssel
5’
Átlagos hőközlési hőfok újrahevítés nélkül.
3 A
1 5 6
Az újrahevítés emeli az átlagos hőközlési hőfokot, javítja a hatásfokot. Az újrahevítéses turbina megvalósítása költséges és bonyolult. Rontja a Kedvező, hogy a turbinából kilépő gőz nedvességtartalma csökken, a turbina szabályozhatóságot. Csak kb. 100 MW felett gazdaságos. hatásfoka javul.
s (J/kg·K)
Második közvetítő közeg alkalmazása T(K) Vízgőz túlhevítő
4
2’
2’
3’ Higany kazán
1’
4
5’
2
Higany szivattyú
Higany körfolyamat 3
3’ 4’
1
Vízgőz turbina
Vízgőz Higanygőz kondenzátor turbina A higany határgörbéi
3 5
Vízgőz 1’ körfolyamat 4’ 5’ A víz Víz-higanyhatárgörbéi Víz hőcserélő szivattyú
6 hő jelentős része magasabb átlagos hőfokon vezethető be, hatása ami AAberendezés bonyolult, drága és a higany gőzének mérgező javítja hatásfokot. miatt aveszélyes is.
s (J/kg·K)
5
2 1 6
Rankine körfolyamat regeneratív tápvízelőmelegítéssel T-s fázisváltozási diagramban
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!
