Rankine-kierre suljetuille vedensilmissä ja Rankine-kierren yhteistuotanto

Rankinen kiertoprosessi suljetun vedensilmukkansiirtojärjestelmällä

Rankinen kiertoprosessi suljetun vedensilmukkansiirtojärjestelmällä on hyödyllinen ja se on yleisimmin käytössä kaikissa nykyaikaisissa voimaloissa. Suljetun vedensilmukkansiirtojärjestelmä käyttää epäsuoraa lämmönsiirtotapaa, eli turbiinista poistettu höyry siirtää lämpöä epäsuoraan vedelle kuoren ja putken lämmönvaihtimessa. Koska höyry ja vesi eivät sekoitu suoraan, niiden paineet ovat erilaisia. Suljetun vedensilmukkansiirtojärjestelmän esitys T-s-kaaviossa näkyy alla kuvassa 1.

Teoreettisesti tai ideaalisesti suljetussa vedensilmukkansiirtojärjestelmässä lämmön siirto tapahtuisi siten, että vedensilmukan lämpötila nousee hajautushöyryn saturaatiolämpötilaan (veden lämmittäminen).

Mutta todellisessa voimalan toiminnassa veden maksimilämpötilaksi tulee yleensä hieman vähemmän kuin saturaatiolämpötila. Syy voi olla se, että tehokkaaseen ja tehokkaaseen lämmönsiirtöön tarvitaan muutama astetta lämpötilaeronta.


Tämä kondensaatti tai kondenseerattu höyry kuljetetaan seuraavaan lämmönvaihtimeen (alipainiseen) kiertoprosessissa tai joskus kondensaattoriin.

Avoimen ja suljetun vedensilmukkansiirtojärjestelmän eroja

Avoimen ja suljetun vedensilmukkansiirtojärjestelmän välillä on seuraavat erot:

Kaikki nykyaikaiset voimalat käyttävät avoimen ja suljetun vedensilmukkansiirtojärjestelmän yhdistelmää kiertoprosessin lämpötehokkuuden maksimoimiseksi.

Kogeneraatio-ilmiö

Insinööri termodynamiikka tutkii arvokkaan energiamuodon (lämpö) muuntamista työksi. Voimaloissa tämä tehdään siirtämällä se työkappaleena olevaan vedelle. Tavoitteena on välttää höyryn lämpön hävikki höyryturbiinin kondensaattoreissa. Tämä on mahdollista, jos löydämme keino käyttää matalapaineista höyryä, joka menee kondensaattoriin.

Kogeneraatio on käsitteitä, jossa höyryn lämpöä käytetään hyödylliseen tarkoitukseen, sen sijaan, että se menetettäisiin (nykyisin menetetään kondensaattoreissa).

Kogeneraatio tarkoittaa yhdistettyä lämpöä ja energiaa (CHP), joka on lämpön ja energian yhteistuotanto prosessihöyryn vaativille teollisuusaloille. Kogeneraatiossa sekä lämpö että energia käytetään järkevästi, joten sen tehokkuus voi olla jopa 90 % tai enemmän. Kogeneraatio tarjoaa energiasäästöjä.

Kogeneraatio tarjoaa suuren määrän höyryn säästämisen ja samaa voidaan käyttää monissa laitteissa lämpönä. Useimmat paperi- ja puhdaspuu-, kemikaali-, tekstiili- ja kiinteytys- ja sementiteollisuudet riippuvat kogeneraatiossa prosessihöyryn tuotannosta. Prosessihöyryn tarve edellä mainituissa teollisuusaloissa on noin 4-5 kg/cm2 lämpötilalla noin 150-180°C.

Paperi-, kemikaali- ja tekstiiliteollisuudet tarvitsevat sekä sähköä että prosessihöyryä tavoitteidensa saavuttamiseksi. Tämä tarve voidaan helposti täyttää asentamalla kogeneraatiovoimala.

Kattilan sisällä oleva lämpötila on noin 800-900°C ja energia siirretään veteen tuottaakseen 105 barin paineen ja noin 535°C lämpötilan höyryn kogeneraatiovoimaloissa. Nämä parametreilla oleva höyry pidetään erittäin hyvänlaatuiseksi energialähteenä ja sitä käytetään ensin höyryturbiinissa sähköntuotantoon, ja turbiinin purkahuone (alhainen laatuenergia) käytetään prosessihöyryn tarpeisiin.

Kogeneraatiovoimala on tunnettu sähköntarpeen täyttämisestä samalla kun se vastaa teollisuusprosessien prosessihöyryn tarvetta.

Oletetaan, että prosessihöyryn tarve Qp on 5.0 kg/cm2 noin 100 kW. Jotta prosessihöyryn tarve 5.0 kg/cm2 voidaan täyttää, höyry laajennetaan turbiinissa, kunnes höyryn paine laskee 5.0 kg/cm2 ja tuottaa noin 20 kW energiaa.

Prosessilämmityksen kondensaatti kierrätetään takaisin kattilaan kiertoprosessia varten. Vedensilmukan paineen nostamiseen tarvittava pompun työ pidetään pienimpänä, joten sitä ei oteta huomioon.

Kaikki energia, joka siirretään työkappaleena olevaan veteen kattilassa, käytetään joko höyryturbiinissa tai prosess