A zárt hőváltókkal felszerelt Rankine-ciklus számos előnnyel bír, és a modern erőművekben általánosan használják. A zárt hőváltó közvetett hőátadás módszerét alkalmazza, azaz a törzsből kivont gőz vagy kivonatgőz közvetetten átadja a hőt a hőváltóban található víznek. Mivel a gőz és a víz nem keverednek közvetlenül, a gőz- és vízkörök különböző nyomások mellett működnek. A zárt hőváltó a T-s diagramon a következőképpen jelenik meg, mint látható az alábbi 1. ábrán.
Elméletileg vagy ideálisan a zárt hőváltóban a hőátadás úgy történik, hogy a víz hőmérséklete megegyezik a kivonatgőz szenvedési hőmérsékletével (a víz hőmérsékletének növelése).
Azonban a gyakorlatban a víz hőmérséklete általában kissé alacsonyabb, mint a kivonatgőz szenvedési hőmérséklete. Az ok az lehet, hogy pár fok hőmérsékleti gradiens szükséges a hatékony és effektív hőátadáshoz.
A hőváltó tömlőjéből származó kondenzált gőz továbbítódik a következő (alacsony nyomású) hőváltóba, vagy néha a kondenzátomba.
A nyílt és zárt hőváltók a következők szerint különböznek:
Nyílt hőváltó |
Zárt hőváltó |
Nyílt és egyszerű |
Összetettebb tervezés |
Jó hőátadási jellemzők |
Kevesebb hatékonyságú hőátadás |
Kivonatgőz és víz közvetlen keveredése egy nyomállóben |
Víz és gőz közvetlen keveredése egy hordozós hőcserélőben. |
Pumpa szükséges a víz továbbításáho a következő szakaszba a ciklusban. |
A zárt hőváltó pumpái nem igényelnek pumpát, és a ciklusban lévő különböző hőváltók közötti nyomásterjedelemmel működhetnek. |
Nagyobb területet igényel |
Kevesebb területet igényel |
Olcsóbb |
Drágább |
A modern erőművek kombinált nyílt és zárt hőváltókat használnak, hogy maximalizálják a ciklus termikus hatékonyságát.
A mérnöki termodinamika a hő értékes formájának (munka) átalakítására koncentrál. Az erőművekben ezt a vizet, a munkafolyamatot, átadva végezik. Tehát a cél a gőz hőjének elkerülése a gőzturbínák kondenzátoraiban. Ez lehetséges, ha találunk módját a kondenzátorként használt alacsony nyomású gőz felhasználására.
Többcélszerűség az a fogalom, amely a gőz hőjének hasznos célra való felhasználását jelenti, ahelyett, hogy elveszítetné (jelenleg a kondenzátorokban veszti el).
A többcélszerűség, más néven Kombinált Hő- és Elektromű (CHP), a hő- és energiaegyszerre termelését jelenti azoknak az iparágaknak, amelyek folyamati hőforrásként szükséges gőzt használnak. A többcélszerűségben a hő- és energiafelhasználás olyan hatékony, hogy a hatékonysága 90%-kal vagy annál is nagyobbnak tekinthető. A többcélszerűség energia megtakarítást jelent.
A többcélszerűség nagy mennyiségű gőz elvesztésének csökkentését és a hő formájában való felhasználását teszi lehetővé számos eszközben. A papír- és háztartási, kémiai, textil- és szállfényipar, valamint a cementgyárak a többcélszerűség-rendszerrel rendelkeznek a folyamati hőforrásként szükséges gőzhez. A folyamati hőforrásként szükséges gőz igénye a fenti iparágakban 4-5 kg/cm2 körül van, a hőmérséklete pedig 150-180oC körül.
A papír, kémiai és textiliparágak elektromos energiát és folyamati gőzt igényelnek a céljuk eléréséhez. Ezért a többcélszerűség-rendszer telepítésével könnyen teljesíthető ez az igény.
A keteltartályban belüli hőmérséklet 800oC és 900oC közötti, és az energia a vizetől a gőznek a 105 bar nyomású és 535oC hőmérsékletű gőz termelésére átadódik a többcélszerűség-rendszerekben. Ezek a paraméterek szerinti gőz nagyon jó minőségű energiaforrás, és először a gőzturbínában használják munka termelésére, majd a turbina kimeneti (alacsony minőségű energia) a folyamati gőz igényeinek kielégítésére használható.
A többcélszerűség-rendszer ismert azzal, hogy a villamos energia igényeit kielégíti, miközben a folyamati gőz igényeit is kielégíti az ipari folyamatokban.
A folyamati hőigény Qp például 5.0 Kg/cm2 körül 100 kW-nál. A 5.0 Kg/cm2 folyamati gőz igény kielégítéséhez a gőzt a turbínában addig bővítik, amíg a gőz nyomása 5.0 Kg/cm2-re csökken, és így körülbelül
