Dampkraftverk er fortsatt rygraden i total strømproduksjon i Asia Pacific. Så selv en liten forbedring i form av økt effektivitet har et enormt innvirkning på drivstoffbesparelse og også reduksjon i utslipp av drivhusgasser.
Derfor bør man ikke misse noen mulighet til å finne ut metoder for å øke effektiviteten i dampkraftsyklusen.
Tanken bak alle forbedringer eller modifikasjoner er å øke termisk effektivitet i kraftverket. Dermed er teknikkene for forbedring av termisk effektivitet:
Ved å senke gjennomsnittstemperaturen ved hvilken varme forkastes fra arbeidsmediumet (damp) i kondensatoren. (Senking av kondensatortrykk)
Ved å øke damptemperaturen som går inn i turbinen
Damp forlater turbinen og går inn i kondensatoren som en saturert blanding i samsvar med det tilsvarende trykket på damp i kondensatoren. Senking av kondensator-trykket hjelper alltid med å levere mer nettoverskudd i turbinen, da mer ekspansjon av damp i turbinen er mulig.
Med hjelp av T-s-diagrammet kan effekten av senking av kondensatortrykk på syklusens ytelse ses og forstås.
For å utnytte fordelen av høyere effektivitet, må Rankine-syklusen operere med lavere kondensatortrykk, vanligvis under atmosfæriske. Men grensen for lavt kondensatortrykk defineres av kjølevannstemperaturen som svarer til saturasjonstrykket i området.
I T-s-diagrammet over kan det lett sees at den fargede området representerer økningen i nettoverskudd på grunn av senking av kondensatortrykket fra P4 til P4’.
Effekten av senking av kondensatortrykk kommer ikke uten noen bieffekter. Følgende er de ugunstige effektene av senking av kondensatortrykk:
Tilleggsvarmeinnsetting i pannen på grunn av redusert kondensat gjenomstrømnings temperatur (effekt av lavere kondensatortrykk)
Med lavere kondensatortrykk øker muligheten for økt fuktinnhold i damp i den endelige ekspansjonsfasen av turbinen. Reduksjon i torrfaktor for damp i senere stadier av turbinen er uønsket, da det fører til en liten reduksjon i effektivitet og erosjon av turbinblader.
Den totale nettoeffekten er mer positiv, siden økningen i varmeinnsetting i pannen er marginal, men økningen i nettoverskudd er større på grunn av senking av kondensator-trykk. I tillegg tillates ikke torrfaktoren for damp i de siste stadiene av turbinen å synke under 10-12%.
Overoppvarming av damp er fenomenet der varme overføres til damp for å overoppvarme dampen til høyere temperatur ved å opprettholde konstant trykk i pannen.
Det fargede området i T-s-diagrammet ovenfor viser tydelig økningen i nettoverskudd (3-3’-4’-4) som følge av økning i overoppvarmet damptemperatur.
Tilleggsvarmeinnsetting i form av energi forlater syklusen som arbeid, dvs. økningen i arbeidsutbytte overstiger den tilleggsvarmeinnsettingen og varmeavledningen. Termisk effektivitet i Rankine-syklusen øker som følge av økning i damptemperatur.
En ønskelig effekt av økning i damptemperatur er at den unngår at fuktprosenten i den siste fasen av dampen øker. Denne effekten kan lett sees i T-s-diagrammet (Figur:2) ovenfor.
Økning i damptemperatur resulterer i en liten økning i varmeinnsetting. Det er en grense for hvor mye damp kan overoppvarmes og brukes i strømsyklusen. Disse begrensningene er relatert til metallurgiske egenskaper ved høye temperaturer og økonomisk lønnsomhet.
Nåværende i superkritiske kraftgenererende enheter er damptemperatur ved turbininngang rundt 620oC. Beslutning om videre økning i damptemperatur kan kun tas etterferdig etter gjennomgang av metallurgiske aspekter og vurdering av kostnadseffekter.
Fra T-s-diagrammet (Figur:2) er den nettoeffekten av temperaturøkning mer positiv, fordi gevinster fra nettoverskuddet overstiger økningen i varmeinnsetting og en liten økning i varmeavledning. Det er alltid fordelaktig å øke damptemperatur etter vurdering av pålitelighet og økonomisk lønnsomhet.
Alternativ måte å øke Rankine-sykluseffektiviteten er ved å øke pannens driftstrykk, og dermed knyttet til temperaturen ved hvilken kokting foregår i pannen. Dermed øker termisk effektivitet i syklusen.
Ved hjelp av T-s-diagrammet kan effekten av økning i pannetrykk på syklusens ytelse klart sees og forstås.
Pga. økning i pannetrykk, skifter Rankine-syklusen litt mot venstre som vist i Figur:3 på T-s-diagrammet, og følgende kan konkluderes fra det:
Betydelig økning i nettoverskudd, som vist i det rosa fargede området i figuren over.
Da syklusen flytter seg litt mot venstre, blir det en reduksjon i nettoverskudd under ekspansjon av damp i turbinen. (som vist i figur:3 markert med grått farge.)
Reduksjon i varmeavledning til kjølevannet i kondensatoren.
Dermed er den nettoeffekten en betydelig økning i termisk effektivitet i syklusen som følge av disse tiltakene.
For å øke termisk effektivitet i Rankine-syklusen, brukes superkritisk trykk i dampgeneratorer som brukes i dag. Når dampgeneratorer opererer over 22.06Mpa, kalles de superkritiske dampgeneratorer, og anlegget kalles superkritisk kraftgenererende anlegg. På grunn av de høyere driftstrykkene er disse anleggene kjent for å gi høyere effektiviteter.
Omoppvarming av Rankine-syklus er for å utnytte økt sykluseffektivitet ved høyere pannetrykk uten å kompromissere på fuktinnholdet i de siste fasene av turbinen.
Høyere sykluseffektivitet er mulig med omoppvarmingscyklus, og dette uten å kompromissere på torrfaktor, noe som er mulig ved å ekspandere dampen i turbinen i to faser ved omoppvarming mellom. Omoppvarming er en praktisk godkjent måte å håndtere problemet med for mye fukt i de siste fasene av turbinen.
