Rankine-cyclus voor gesloten voedingswaterverwarmers en Rankine-cyclus cogeneratie

Rankine Cyclus met Gesloten Voedingswater Verwarmers

De Rankine cyclus met gesloten voedingswater verwarmers heeft zijn voordelen en wordt het meest gebruikt in alle moderne energiecentrales. Een gesloten voedingswater verwarmers maakt gebruik van indirecte warmteoverdracht, dat wil zeggen, gestoomde stoom of afgeleide stoom uit de turbine overdraagt zijn warmte indirect aan het voedingswater in een schelp-en-buiswarmtewisselaar. Omdat de stoom en het water niet direct worden gemengd, bevinden zowel de stoom- als de watercircuits zich onder verschillende drukken. Een gesloten voedingswater verwarmers in een cyclus wordt weergegeven in een T-s-diagram zoals hieronder getoond in figuur 1.

Theoretisch of ideaal zou de warmteoverdracht in een gesloten voedingswater verwarmers zo moeten zijn dat de temperatuur van het voedingswater wordt verhoogd tot de verzadigingstemperatuur van de extractiestoom (het opwarmen van het voedingswater).

Maar bij de werkelijke bedrijfsvoering is de maximale temperatuur die het voedingswater kan bereiken meestal iets lager dan de verzadigingstemperatuur van de stoom. De reden hiervoor is dat er enkele graden temperatuurgradiënt nodig zijn voor effectieve en efficiënte warmteoverdracht.


Dit condensaat of gecondenseerde stoom uit de verwarmershuls wordt overgebracht naar de volgende verwarming (lage druk) in de cyclus of soms naar de condensor.

Verschil tussen Open en Gesloten Voedingswater Verwarmers

De open en gesloten voedingswater verwarmers kunnen worden onderscheiden als volgt:

Alle moderne energiecentrales maken gebruik van een combinatie van open en gesloten voedingswater verwarmers om de thermische efficiëntie van de cyclus te maximaliseren.

Cogeneratie Fenomeen

Technische thermodynamiek richt zich op het omzetten van waardevolle vormen van energie (warmte) in werk. In energiecentrales gebeurt dit door het overdragen van warmte aan het werkmedium, genaamd water. Het doel is dus om de verspilling van stoomwarmte in de stoomturbine condensatoren te vermijden. Dit is mogelijk als we middelen vinden om de laagdrukstoom die naar de condensor gaat, te gebruiken.

Cogeneratie is het concept van het benutten van de warmte van de stoom voor een nuttig doel, in plaats van deze te verspillen (momenteel verspild in de condensatoren).

Cogeneratie betekent Gecombineerde Warmte en Energie (GWE), dat wil zeggen de simultane generatie van warmte en energie voor industrieën die processenwarmtestoom nodig hebben. In een cogeneratie-installatie worden zowel warmte als energie goed gebruikt, waardoor de efficiëntie ervan zo hoog als 90% of hoger kan zijn. Cogeneratie biedt energiebesparingen.

Cogeneratie biedt de reductie van het verspillen van grote hoeveelheden stoom, en deze kan worden gebruikt in veel apparaten in de vorm van warmte. De meeste industrieën, zoals papier en pulp, chemie, textiel en vezel, en cement, zijn afhankelijk van cogeneratie-installaties voor proceswarmtestoom. De vereiste processenwarmtestoom in bovenstaande industrieën liggen in de orde van 4 tot 5 kg/cm2 bij temperaturen rond de 150 tot 180°C.

Papier-, chemische- en textielindustrieën hebben zowel elektrische energie als proceswarmtestoom nodig om hun doel te bereiken. Deze vereisten kunnen gemakkelijk worden vervuld door het installeren van een cogeneratie-krachtcentrale.

De temperatuur binnen de ketel ligt in de orde van 800°C tot 900°C en de energie wordt overgedragen aan het water om stoom van 105 bar en een temperatuur van ongeveer 535°C voor cogeneratie-krachtcentrales te produceren. Stoom met deze parameters wordt beschouwd als een zeer goede energiebron en wordt daarom eerst gebruikt in de stoomturbine voor het opwekken van energie, en de uitlaatgassen (lage kwaliteit energie) van de turbine worden gebruikt om de vereisten van proceswarmtestoom te vervullen.

Een cogeneratie-installatie staat bekend om het voldoen aan de energievereisten terwijl de behoeften aan proceswarmtestoom van industriële processen worden vervuld.

Ideale stoomturbine cogeneratie wordt getoond in figuur 2 hierboven. Laten we aannemen dat de vereiste proceswarmte Qp 5,0 Kg/cm2 is bij ongeveer 100 KW. Om de vereiste proceswarmtestoom van 5,0 Kg/cm2 te vervullen, wordt de stoom in de turbine uitgebreid totdat de druk van de stoom daalt tot 5,0 Kg/cm2 en produceert zo ongeveer 20 KW energie.

Het condensaat van de procesverwarming wordt gerecycled terug naar de ketel voor cyclisch gebruik. De pompenergie die nodig is om de druk van het voedingswater in de cyclus te verhogen, wordt als klein beschouwd en niet meegenomen.

Alle energie die aan het werkmedium in de ketel wordt overgedragen, wordt gebruikt in de stoomturbine of in de procesinstallatie, waardoor de utiliteitsfactor van de cogeneratie-installatie is:

Waarbij,
Q