Rankine-Kreislauf für geschlossene Speisewasserheizer und Kogeneration

Rankine-Zyklus mit geschlossenen Speisewasserheizern

Der Rankine-Zyklus mit geschlossenen Speisewasserheizern hat seine Vorteile und wird in allen modernen Kraftwerken am häufigsten verwendet. Geschlossene Speisewasserheizer nutzen eine indirekte Wärmeübertragung, d.h. abgezweigter Dampf oder Abgabedampf aus der Turbine überträgt seine Wärme indirekt an das Speisewasser in einem Rohr- und Schaltheiz austauscher. Da Dampf und Wasser nicht direkt gemischt werden, sind sowohl die Dampf- als auch die Wasserkreise unter unterschiedlichen Drücken. Ein geschlossener Speisewasserheizer im Zyklus wird in einem T-s-Diagramm wie unten in Abbildung 1 dargestellt.

Theoretisch oder idealerweise sollte die Wärmeübertragung in einem geschlossenen Speisewasserheizer so erfolgen, dass die Temperatur des Speisewassers auf die Sättigungstemperatur des Abgabedampfs (Erwärmung des Speisewassers) erhöht wird.

Doch in der tatsächlichen Betriebspraxis erreicht die maximale Temperatur, die das Speisewasser erreichen kann, normalerweise etwas weniger als die Sättigungstemperatur des Dampfs. Der Grund dafür könnte sein, dass ein kleiner Temperaturgradient von einigen Grad für eine effektive und effiziente Wärmeübertragung erforderlich ist.


Dieser Kondensat oder kondensierter Dampf aus dem Heizergehäuse wird entweder zum nächsten Heizer (niedriger Druck) im Zyklus oder manchmal zum Kondensator übertragen.

Unterschied zwischen offenen und geschlossenen Speisewasserheizern

Die offenen und geschlossenen Speisewasserheizer können wie folgt unterschieden werden:

Alle modernen Kraftwerke verwenden eine Kombination aus offenen und geschlossenen Speisewasserheizern, um die thermische Effizienz des Kreisprozesses zu maximieren.

Kogeneration-Phänomen

Die technische Thermodynamik befasst sich mit der Umwandlung wertvoller Energieformen (Wärme) in Arbeit. In Kraftwerken geschieht dies durch die Übertragung der Wärme auf das Arbeitsmedium, das Wasser. Das Ziel ist es, das Verlust von Dampfwärme in den Dampfturbinenkondensatoren zu vermeiden. Dies ist möglich, wenn man Möglichkeiten findet, den Niederdruckdampf, der in den Kondensator geht, zu nutzen.

Kogeneration ist das Konzept, die Wärme des Dampfs für einen nützlichen Zweck zu nutzen, anstatt sie zu verschwenden (derzeit in den Kondensatoren verschwendet).

Kogeneration bedeutet Verbundene Wärme- und Stromerzeugung (CHP), also die gleichzeitige Erzeugung von Wärme und Strom für Industrien, die Prozesswärmedampf benötigen. In Kogenerationseinrichtungen werden Wärme und Strom vorsichtig genutzt, sodass die Effizienz bis zu 90 % oder höher sein kann. Kogeneration bietet Energieeinsparungen.

Kogeneration ermöglicht die Reduzierung des Verschwendung großer Mengen Dampf, der in vielen Geräten in Form von Wärme genutzt werden kann. Die meisten Industrien wie Papier und Zellstoff, Chemie, Textil und Faser sowie Zement hängen von Kogenerationseinrichtungen für Prozesswärmedampf ab. Der Bedarf an Prozesswärmedampf in den obengenannten Industrien liegt bei etwa 4 bis 5 kg/cm2 bei einer Temperatur von etwa 150 bis 180°C.

Papier-, chemische und textilindustrie benötigen sowohl elektrische Energie als auch Prozessdampf, um ihre Ziele zu erreichen. Dieser Bedarf kann leicht durch die Installation einer Kogenerationseinrichtung erfüllt werden.

Die Temperatur im Kessel beträgt etwa 800°C bis 900°C, und die Energie wird an das Wasser übertragen, um Dampf mit einem Druck von 105 bar und einer Temperatur von etwa 535°C für Kogenerationseinrichtungen zu produzieren. Dampf mit diesen Parametern gilt als sehr guter Energiequelle und wird daher zunächst in der Dampfturbine zur Produktion von Strom genutzt, und der Turbinenausstoß (niedrigwertige Energie) wird verwendet, um den Bedarf an Prozessdampf zu decken.

Kogenerationseinrichtungen sind dafür bekannt, den Strombedarf zu decken, während sie den Prozessdampfbedarf industrieller Prozesse erfüllen.

Die ideale Dampfturbine-Kogeneration ist in Abbildung 2 oben dargestellt. Nehmen wir an, dass der Prozesswärmebedarf Qp bei 5,0 kg/cm2 bei etwa 100 kW liegt. Um den Prozessdampfbedarf von 5,0 kg/cm2 zu decken, wird der Dampf in der Turbine bis zu einem Druck von 5,0 kg/cm2 expandiert und dabei etwa 20 kW Leistung erzeugt.

Der Kondensat aus dem Prozessheizer wird zurück in den Kessel zirkuliert. Die Pumpenarbeit, die erforderlich ist, um den Druck des Speisewassers im Kreislauf zu erhöhen, wird als gering angesehen und nicht berücksichtigt.

Alle Energie, die an das Arbeitsmedium im Kessel übertragen wird, wird entweder in der Dampfturbine oder in der Prozessanlage verwendet, sodass der Ausnutzungsgrad der Kogenerationseinrichtung:

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