Rankinův cyklus s uzavřenými vodními ohřívači má své výhody a je nejčastěji používán ve všech moderních elektrárnách. Uzavřený vodní ohřívač využívá nepřímou formu přenosu tepla, tj. extrahovaný pára nebo odvodněná pára z turbíny přenáší teplo nepřímo na vodní zásobu v trubkovém výměníku tepla. Protože pára a voda se nepříměšují, jsou oba okruhy pary a vody pod různým tlakem. Uzavřený vodní ohřívač v cyklu je znázorněn na T-s diagramu níže v obr. 1.
Teoreticky by měl být přenos tepla v uzavřeném vodním ohřívači takový, aby se teplota vodní zásoby zvýšila na nasycenou teplotu extrahované páry (ohřev vodní zásoby).
V praxi však maximální teplota, kterou vodní zásoba dosáhne, je obvykle mírně nižší než nasycená teplota páry. Důvodem může být potřeba několika stupňů teplotního gradientu pro efektivní a efektivní přenos tepla.
Tento kondenzát nebo kondenzovaná pára z trubkového ohřívače je převedena do dalšího ohřívače (nízkotlakého) v cyklu nebo někdy do kondenzátoru.
Otevřené a uzavřené vodní ohřívače lze rozlišit následovně:
Otevřený vodní ohřívač |
Uzavřený vodní ohřívač |
Otevřený a jednoduchý |
Složitější konstrukce |
Dobré vlastnosti přenosu tepla |
Méně efektivní přenos tepla |
Přímé směšování extrahované páry a vodní zásoby v tlakovém nádrži |
Nepřímé směšování vodní zásoby a páry v trubkovém výměníku tepla. |
Pro převedení vody do další fáze cyklu je potřeba čerpadlo. |
Uzavřené vodní ohřívače nevyžadují čerpadlo a mohou fungovat s tlakovým rozdílem mezi různými ohřívači v cyklu. |
Vyžaduje více prostoru |
Vyžaduje méně prostoru |
Méně nákladné |
Více nákladné |
Všechny moderní elektrárny kombinují otevřené a uzavřené vodní ohřívače, aby maximalizovaly tepelnou účinnost cyklu.
Inženýrská termodynamika se zabývá převodem cenné formy energie (tepla) na práci. V elektrárnách se to děje přenosem tepla na pracovní médium, kterým je voda. Cílem je tedy zabránit ztrátám tepla páry v kondenzátorech parních turbín. To je možné, pokud najdeme způsob, jak využít nízkotlakou páru vedoucí do kondenzátoru.
Kogenerace je koncept využití tepla páry pro užitečný účel, místo aby se ztrácelo (v současnosti se ztrácí v kondenzátorech).
Kogenerace znamená Kombinovanou výrobu tepla a elektrické energie (CHP), což je současná výroba tepla a elektrické energie pro průmysl, který vyžaduje procesní ohřevnou páru. V kogeneračních elektrárnách jsou teplo a elektrická energie šetrně využity, takže jejich účinnost může být až 90 % nebo více. Kogenerace nabízí úspory energie.
Kogenerace umožňuje snížit ztráty velkého množství páry, která se může využít v mnoha zařízeních jako teplo. Většina průmyslových odvětví, jako je papír a celulóza, chemický, textilní a vlákenný a cement, závisí na kogeneračních elektrárnách pro procesní ohřevnou páru. Požadavek na procesní ohřevnou páru v těchto odvětvích je v řádu 4 až 5 kg/cm2 při teplotě okolo 150 až 180°C.
Papírový, chemický a textilní průmysl vyžaduje jak elektrickou energii, tak procesní ohřevnou páru k dosažení svých cílů. Tento požadavek lze snadno splnit instalací kogenerační elektrárny.
Teplota uvnitř kotlu je v řádu 800°C až 900°C a energie je přenesena na vodu, aby byla vytvořena pára s tlakem 105 bar a teplotou okolo 535°C pro kogenerační elektrárny. Pára s těmito parametry je považována za velmi kvalitní zdroj energie a je tedy nejprve využita v parní turbíně pro výrobu energie, a odpadní pára (nízkokvalitní energie) je použita k pokrytí požadavků na procesní páru.
Kogenerační elektrárna je známá tím, že splňuje požadavky na elektrickou energii, zatímco splňuje požadavky na procesní páru průmyslových procesů.
Ideální parní turbínová kogenerace je znázorněna na obrázku 2 výše. Řekněme, že požadavek na procesní teplo Qp je 5,0 kg/cm2 při zhruba 100 kW. Aby byl splněn požadavek na procesní páru 5,0 kg/cm2, je pára rozšířena v turbíně, dokud tlak páry nespadne na 5,0 kg/cm2 a tím vytváří energii zhruba 20 kW.
