Rankine-ciklus hatékonyságának fejlesztési technikái

A gőzenergetikai erőművek továbbra is az ázsia-pacifik térség teljes energia-termelésének háttere. Ezért akár egy kis fejlesztés is, amely a hatékonyság növelését jelenti, nagy hatással van a üzemanyag-megspórolásra és a szén-dioxid-kibocsátás csökkentésére.

Ezért bármilyen lehetőséget ki kell használni arra, hogy megtalálja a módokat és eszközöket a gőzenergetikai ciklus hatékonyságának növelésére.

Bármely fejlesztés vagy módosítás alapötlete a erőmű termőhőmérsékleti hatékonyságának növelése. Így a termőhőmérsékleti hatékonyság javítási technikái:

• Azáltal, hogy csökkentjük a hőcserélőben (gőz) elutasított hő átlagos hőmérsékletét. (Kondenzátor nyomásának csökkentése)

• A gőz hőmérsékletének növelésével, ami a turbina bejutásához kerül

A kondenzátor nyomásának csökkentése

A gőz kilép a turbinából és betér a kondenzátomba, mint egyszerre szenvedett keverék, ami megfelel a kondenzátorból származó gőz megfelelő nyomásának. A kondenzátor nyomásának csökkentése mindig segít a több munkanet hozzáadásában a turbinában, mivel a gőz több terjeszkedése lehetséges a turbinában.

A T-s diagram segítségével látható és érthető a kondenzátor nyomásának csökkentésének hatása a ciklus teljesítményére.

A kondenzátor nyomásának csökkentésének pozitív hatásai

A magasabb hatékonyság előnyeinek kihasználása érdekében a Rankine-ciklusnak általában az atmoszféri alatti kondenzátor nyomásban kell működnie. De a kondenzátor nyomásának alsó határa a hűtővíz hőmérsékletével definiálható, ami a terület szenvedeti nyomásával kapcsolatos.

A fenti T-s diagramon könnyen látható, hogy a színezett terület a kondenzátor nyomásának P4-ről P4’-re való csökkentésével a netto munkanet kimenete növekedik.

A kondenzátor nyomásának csökkentésének negatív hatásai

A kondenzátor nyomásának csökkentésének hatása nem jár mellékhatások nélkül. Így a következők a kondenzátor nyomásának csökkentésének kedvezőtlenebb hatásai:

• További hő befektetése a kazánba a csökkentett kondenzátorkeringés hőmérsékletének (alsóbb kondenzátor nyomás hatása) miatt

• Alsóbb kondenzátor nyomással a gőz végleges terjeszkedési szintjének nedves tartalmának növekedése. A gőz utolsó szakaszai közötti tiszta részaránya csökkenése nem kívánatos, mert ennek eredményeként a hatékonyság kissé csökken, és a turbina szárnyai fokozatosan elerdülnek.

A kondenzátor nyomásának csökkentésének nettó hatásai

Az összes nettó hatás jobb oldalra tolódik, mivel a kazánban való hőbefektetés igénye csak marginalszerű, de a netto munkanet kimenet növekedése a kondenzátor nyomásának csökkentése miatt. Ezen felül a gőz utolsó szakaszai közötti tiszta részaránya nem engedheti, hogy 10-12%-nál tovább csökkenjen.

A gőz nagyobb hőmérsékletre való túlhőtése

A gőz túlhőtése olyan jelenség, amely során hő átadódik a gőznek, hogy konstans nyomás mellett a kazánban a gőz nagyobb hőmérsékletre legyen hőtve.

A fenti T-s diagramon látható, hogy a színezett terület jól mutatja a netto munka (3-3’-4’-4) növekedését a gőz túlhőmérsékletének növelésének köszönhetően.

A hőbefektetés formájában energiát, amely a ciklusból munkaként hagyja, azaz a munkakimenet növekedése túlmutatja a hőbefektetés és a hőkiadás növekedését. A Rankine-ciklus termőhőmérsékleti hatékonysága a gőz hőmérsékletének növelésével növekszik.

A gőzhőmérséklet növelésének pozitív hatásai

A gőzhőmérséklet növelésének egy kedvező hatása, hogy nem engedi, hogy a gőz utolsó szakaszainak nedves részaránya növekedjen. Ez a hatás könnyen látható a T-s diagramon (Fig:2).

A gőzhőmérséklet növelésének negatív hatásai

A gőzhőmérséklet növelése kis mértékben növeli a hőbefektetést. Van korlát, ameddig a gőzt túlhőthetjük és használhatjuk a hőenergia ciklusban. Ezek a korlátozó tényezők a magas hőmérséklet mellett bizonyított anyagokkal és gazdaságossággal kapcsolatosak.

Jelenleg a szupercritikus erőművekben a gőz hőmérséklete a turbina behajtásánál körülbelül 620oC. Bármilyen további gőzhőmérséklet-növelés döntését csak azután tehetjük meg, ha megtejük a metallurgiai vizsgálatot és kiértékeljük a költség-implikációkat.

A gőzhőmérséklet növelésének nettó hatásai

A T-s diagram (Fig:2) alapján a hőmérséklet növelésének nettó hatása inkább pozitív, mivel a munkanet kimenet növekedése túlmutatja a hőbefektetés és a hőkiadás növekedését. Tehát mindig előnyös a gőz hőmérsékletének növelése a megbízhatóság és a gazdaságosság kiértékelése után.

A kazán nyomásának növelése alkritikus paraméterekkel

A Rankine-ciklus hatékonyságának növelésének alternatív módja a kazán működési nyomásának növelése, ami a kazánban lévő forralási hőmérséklettel kapcsolatos. Így a ciklus termőhőmérsékleti hatékonysága növekszik.
A T-s diagram segítségével a kazán nyomásának növelésének hatása a ciklus teljesítményére világosan látható és érthető.

A kazán nyomásának növelésével a Rankine-ciklus kissé balra tolódik, ahogy a Fig:3-ban látható a T-s diagramon, és így a következők következhetnek belőle:

• Látható a netto munka jelentős növekedése, ahogy a fenti ábra rózsaszín színnel színezett területén látható.

• Mivel a ciklus kissé balra tolódik, ezért csökken a netto munka a gőz terjeszkedése során a turbinában. (ahogy a fenti fig:3 szürke színnel színezett területén látható.

• A hőkiadás csökkentése a hűtővíznek a kondenzátorban.

Tehát a nettó hatás a ciklus termőhőmérsékleti hatékonyságának jelentős növekedése ezeknek a intézkedéseknek a következtében.

A kazán nyomásának növelése szupercritikus paraméterekkel

A Rankine-ciklus termőhőmérsékleti hatékonyságának növeléséhez szupercritikus nyomást használnak a mai időkben használt párgenerátorokban. Amikor a párgenerátorok 22,06 Mpa feletti nyomásban működnek, akkor a párgenerátorokat szupercritikus párgenerátornak nevezik, és a települést szupercritikus erőtermelő településnek. Mivel magasabb működési nyomásokat alkalmaznak, ezért ezek a települések nagyobb hatékonyságért ismertek.