Οι ατμογεννήτριες παραμένουν η σπίνα της συνολικής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στην Ασία. Έτσι, ακόμη και μια μικρή βελτίωση υπό τη μορφή αύξησης της απόδοσης έχει τεράστια επίδραση στον οικονομικό κατανάλωση καυσίμων και επίσης στη μείωση της εκπομπής αερίων του θερμοκηπίου.
Επομένως, δεν πρέπει να χάνεται καμία ευκαιρία για να βρεθούν τρόποι και μέσα για την αύξηση της απόδοσης του ατμογεννητή.
Η ιδέα πίσω από κάθε βελτίωση ή τροποποίηση είναι να αυξηθεί η θερμική απόδοση της ατμογεννήτριας. Επομένως, οι τεχνικές βελτίωσης της θερμικής απόδοσης είναι:
Με τη μείωση της μέσης θερμοκρασίας στην οποία η θερμότητα απορρίπτεται από το εργαλειοδεστικό υγρό (άνθρακα) στο ψυγείο. (Μείωση της πίεσης του ψυγείου)
Με την αύξηση της θερμοκρασίας του ατμού που εισέρχεται στον τουρμπίνη
Ο ατμός αφήνει την τουρμπίνη και εισέρχεται στο ψυγείο ως ενωμένο μείγμα σύμφωνα με την αντίστοιχη πίεση ατμού στο ψυγείο. Η μείωση της πίεσης του ψυγείου βοηθάει πάντα στην παροχή περισσότερης εργασίας στην τουρμπίνη, καθώς είναι δυνατή περισσότερη διεύρυνση του ατμού στην τουρμπίνη.
Με τη βοήθεια του διαγράμματος T-s, μπορεί να διαπιστωθεί και να κατανοηθεί η επίδραση της μείωσης της πίεσης του ψυγείου στην απόδοση του κύκλου.
Για να αξιοποιηθεί η προσφορά υψηλότερης απόδοσης, ο Κύκλος Rankine πρέπει να λειτουργεί με χαμηλότερη πίεση ψυγείου συνήθως κάτω από την ατμοσφαιρική. Ωστόσο, το όριο για χαμηλότερη πίεση ψυγείου ορίζεται από τη θερμοκρασία του νερού ψύξης που αντιστοιχεί στην πίεση κατάστασης κατάθλιψης της περιοχής.
Στο παραπάνω διάγραμμα T-s μπορεί εύκολα να διαπιστωθεί ότι η χρωματισμένη περιοχή είναι η αύξηση της καθαρής εργασίας που παράγεται λόγω της μείωσης της πίεσης του ψυγείου από P4 σε P4’.
Η επίδραση της μείωσης της πίεσης του ψυγείου δεν έρχεται χωρίς καμία παρενέργεια. Επομένως, οι ακόλουθες είναι οι αρνητικές επιπτώσεις της μείωσης της πίεσης του ψυγείου:
Πρόσθετη θερμότητα στην κατακόπτρα λόγω της μειωμένης θερμοκρασίας ανακύκλωσης του κόνδυλου (επίδραση της χαμηλότερης πίεσης του ψυγείου)
Με χαμηλότερη πίεση ψυγείου, αυξάνεται η πιθανότητα αύξησης της ποσότητας υγρασίας στον ατμό στην τελική φάση διεύρυνσης της τουρμπίνης. Η μείωση του ποσοστού ξηρότητας του ατμού στις τελευταίες φάσεις της τουρμπίνης είναι ανεπιθύμητη, καθώς οδηγεί σε μικρή μείωση της απόδοσης και σε απόβλαβη της λεπίδας της τουρμπίνης.
Η συνολική επίδραση είναι περισσότερο προς την θετική πλευρά, καθώς η αύξηση της απαίτησης θερμότητας στην κατακόπτρα είναι περιορισμένη, αλλά η αύξηση της καθαρής εργασίας που παράγεται είναι περισσότερη λόγω της μείωσης της πίεσης του ψυγείου. Επίσης, το ποσοστό ξηρότητας του ατμού στις τελευταίες φάσεις της τουρμπίνης δεν επιτρέπεται να μειωθεί πέρα από το 10-12%.
Η υπερθέρμανση του ατμού είναι το φαινόμενο με το οποίο μεταφέρεται θερμότητα στον ατμό για να υπερθερμανθεί σε υψηλότερη θερμοκρασία διατηρώντας σταθερή πίεση στην κατακόπτρα.
Η χρωματισμένη περιοχή στο παραπάνω διάγραμμα T-s δείχνει ξεκάθαρα την αύξηση της καθαρής εργασίας (3-3’-4’-4) λόγω της αύξησης της υπερθέρμανσης του ατμού.
Πρόσθετη θερμότητα στη μορφή ενέργειας, αφήνει τον κύκλο ως εργασία, δηλαδή η αύξηση της παραγωγής εργασίας υπερβαίνει την πρόσθετη θερμότητα και την απόρριψη θερμότητας. Η θερμική απόδοση του κύκλου Rankine αυξάνεται λόγω της αύξησης της θερμοκρασίας του ατμού.
Ένα επιθυμητό αποτέλεσμα της αύξησης της θερμοκρασίας του ατμού είναι ότι δεν επιτρέπει να αυξηθεί το ποσοστό υγρασίας στον τελικό στάδιο του ατμού. Αυτή η επίδραση μπορεί εύκολα να διαπιστωθεί στο διάγραμμα T-s (Σχήμα:2) παραπάνω.
Η αύξηση της θερμοκρασίας του ατμού οδηγεί σε μικρή αύξηση της θερμότητας. Υπάρχει ένα όριο στο οποίο ο ατμός μπορεί να υπερθερμανθεί και να χρησιμοποιηθεί στον παραγωγικό κύκλο. Αυτά τα περιοριστικά στοιχεία σχετίζονται με τη μεταλλουργική αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία και οικονομική εφικτότητα.
Σήμερα, σε μονάδες παραγωγής υπερκρίσιμης ενέργειας, η θερμοκρασία του ατμού στην είσοδο της τουρμπίνης είναι περίπου 620oC. Η απόφαση για οποιαδήποτε περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας του ατμού μπορεί να ληφθεί μόνο μετά από μεταλλουργική αξιολόγηση και εκτίμηση των οικονομικών επιπτώσεων.
