เทคนิคในการปรับปรุงประสิทธิภาพของวงจรแรงกิน

โรงไฟฟ้าพลังงานไอน้ำ ยังคงเป็นหลักสำคัญของการผลิตไฟฟ้าในภูมิภาคเอเชียแปซิฟิก ดังนั้น การปรับปรุงเล็ก ๆ น้อย ๆ เช่น เพิ่มประสิทธิภาพ จะมีผลกระทบอย่างมากต่อการประหยัดเชื้อเพลิงและลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก

ดังนั้น ไม่ควรพลาดโอกาสในการค้นหาวิธีและแนวทางในการเพิ่มประสิทธิภาพของวงจรพลังงานไอน้ำ

แนวคิดในการปรับปรุงหรือแก้ไขใด ๆ คือเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพความร้อนของโรงไฟฟ้า ดังนั้น เทคนิคในการปรับปรุงประสิทธิภาพความร้อนคือ:

• โดยลดอุณหภูมิเฉลี่ยที่ความร้อนถูกขับออกจากสารทำงาน (ไอน้ำ) ในคอนเดนเซอร์ (ลดแรงดันคอนเดนเซอร์)

• โดยเพิ่มอุณหภูมิไอน้ำที่เข้าสู่เทอร์บิน

ลดแรงดันคอนเดนเซอร์

ไอน้ำออกจากเทอร์บินและเข้าสู่คอนเดนเซอร์เป็นส่วนผสมที่อิ่มตัวตามแรงดันไอน้ำในคอนเดนเซอร์ แรงดันคอนเดนเซอร์ที่ลดลงจะช่วยให้มีการทำงานได้มากขึ้นในเทอร์บินเนื่องจากสามารถขยายตัวของไอน้ำในเทอร์บินได้มากขึ้น

ด้วยความช่วยเหลือของแผนภาพ T-s สามารถเห็นและเข้าใจผลกระทบจากการลดแรงดันคอนเดนเซอร์ต่อประสิทธิภาพของวงจร

ผลบวกจากการลดแรงดันคอนเดนเซอร์

เพื่อใช้ประโยชน์จากประสิทธิภาพที่สูงขึ้น วงจรRankine Cycle ต้องทำงานภายใต้แรงดันคอนเดนเซอร์ที่ต่ำกว่าระดับบรรยากาศ แต่ขีดจำกัดสำหรับแรงดันคอนเดนเซอร์ที่ต่ำลงนั้นกำหนดโดยอุณหภูมิน้ำเย็นที่สอดคล้องกับแรงดันอิ่มตัวของพื้นที่

ในแผนภาพ T-s ด้านบน สามารถเห็นได้ว่าพื้นที่ที่มีสีแสดงถึงการเพิ่มขึ้นของงานสุทธิจากการลดแรงดันคอนเดนเซอร์จาก P4 ไปเป็น P4’.

ผลลบจากการลดแรงดันคอนเดนเซอร์

ผลกระทบที่เกิดจากการลดแรงดันคอนเดนเซอร์ไม่ได้มาโดยไม่มีผลข้างเคียง ดังนั้น ผลข้างเคียงต่อไปนี้คือผลลบจากการลดแรงดันคอนเดนเซอร์:

• การเพิ่มความร้อนที่ใส่เข้าไปในหม้อไอน้ำ จากการลดอุณหภูมิการหมุนเวียนของน้ำกลั่น (ผลของการลดแรงดันคอนเดนเซอร์)

• เมื่อมีแรงดันคอนเดนเซอร์ที่ต่ำลง โอกาสที่ความชื้นในไอน้ำจะเพิ่มขึ้นในขั้นตอนการขยายตัวสุดท้ายของเทอร์บินจะเพิ่มขึ้น การลดลงของสัดส่วนความแห้งของไอน้ำในขั้นตอนสุดท้ายของเทอร์บินไม่พึงประสงค์เนื่องจากทำให้ประสิทธิภาพลดลงเล็กน้อยและทำลายใบพัดของเทอร์บิน

ผลรวมจากการลดแรงดันคอนเดนเซอร์

ผลรวมโดยรวมนั้นเป็นไปในทางบวกมากกว่า เนื่องจากความต้องการความร้อนเพิ่มเติมในหม้อไอน้ำนั้นน้อยแต่การเพิ่มขึ้นของงานสุทธิมากขึ้นจากการลดแรงดันคอนเดนเซอร์ นอกจากนี้ สัดส่วนความแห้งของไอน้ำในขั้นตอนสุดท้ายของเทอร์บินไม่ควรลดลงเกิน 10-12%

การเพิ่มอุณหภูมิไอน้ำสู่ระดับที่สูงขึ้น

การเพิ่มอุณหภูมิไอน้ำคือปรากฏการณ์ที่ความร้อนถูกโอนไปยังไอน้ำเพื่อเพิ่มอุณหภูมิของไอน้ำให้สูงขึ้นโดยรักษาแรงดันคงที่ในหม้อไอน้ำ

พื้นที่ที่มีสีในแผนภาพ T-s ด้านบนแสดงถึงการเพิ่มขึ้นของงานสุทธิ (3-3’-4’-4) จากการเพิ่มอุณหภูมิไอน้ำที่สูงขึ้น

ความร้อนที่เพิ่มขึ้นในรูปแบบของพลังงานจะออกจากวงจรเป็นงาน คือ การเพิ่มขึ้นของงานส่งออกเกินกว่าความร้อนที่เพิ่มขึ้นและการปล่อยความร้อน ประสิทธิภาพความร้อนของวงจร Rankine เพิ่มขึ้นจากการเพิ่มอุณหภูมิไอน้ำ

ผลบวกจากการเพิ่มอุณหภูมิไอน้ำ

ผลที่พึงประสงค์จากการเพิ่มอุณหภูมิไอน้ำคือไม่ทำให้ความชื้นในขั้นตอนสุดท้ายของไอน้ำเพิ่มขึ้น ผลกระทบนี้สามารถเห็นได้จากแผนภาพ T-s (รูปที่ 2) ด้านบน

ผลลบจากการเพิ่มอุณหภูมิไอน้ำ

การเพิ่มอุณหภูมิไอน้ำทำให้ความร้อนที่ใส่เพิ่มขึ้นเล็กน้อย มีขีดจำกัดในการเพิ่มอุณหภูมิของไอน้ำและใช้ในวงจรพลังงาน ข้อจำกัดเหล่านี้เกี่ยวข้องกับความเหมาะสมทางโลหะศาสตร์ที่อุณหภูมิสูงและความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจ

ปัจจุบันในหน่วยกำเนิดไฟฟ้าที่มีความดันวิกฤติ อุณหภูมิไอน้ำที่เข้าสู่เทอร์บินอยู่ที่ประมาณ 620oC การตัดสินใจเพิ่มอุณหภูมิไอน้ำต่อไปสามารถทำได้หลังจากทำการตรวจสอบทางโลหะศาสตร์อย่างรอบคอบและประเมินค่าใช้จ่าย

ผลรวมจากการเพิ่มอุณหภูมิไอน้ำ

จากแผนภาพ T-s (รูปที่ 2) ผลรวมของการเพิ่มอุณหภูมินั้นเป็นไปในทางบวกมากกว่า เนื่องจากผลตอบแทนจากการทำงานสุทธิสูงกว่าความร้อนที่เพิ่มขึ้นและการปล่อยความร้อนเพิ่มขึ้นเล็กน้อย ดังนั้น เป็นประโยชน์เสมอที่จะเพิ่มอุณหภูมิไอน้ำหลังจากประเมินความเชื่อถือได้และเศรษฐกิจ

การเพิ่มแรงดันหม้อไอน้ำด้วยพารามิเตอร์ที่ไม่ถึงวิกฤติ

วิธีอื่นในการเพิ่มประสิทธิภาพวงจร Rankine คือการเพิ่มแรงดันการดำเนินงานของหม้อไอน้ำ และในทางหนึ่งเกี่ยวข้องกับอุณหภูมิที่การเดือดเกิดขึ้นในหม้อไอน้ำ ดังนั้น ประสิทธิภาพความร้อนของวงจรเพิ่มขึ้น
ด้วยความช่วยเหลือของแผนภาพ T-s สามารถเห็นและเข้าใจผลกระทบจากการเพิ่มแรงดันหม้อไอน้ำต่อประสิทธิภาพของวงจรได้อย่างชัดเจน

เนื่องจากการเพิ่มแรงดันหม้อไอน้ำ วงจร Rankine ย้ายไปทางซ้ายเล็กน้อยตามที่แสดงในแผนภาพ T-s รูปที่ 3 และสามารถสรุปได้ดังนี้:

• การเพิ่มขึ้นอย่างมากของงานสุทธิ ตามที่แสดงในพื้นที่สีชมพูในแผนภาพด้านบน

• เนื่องจากวงจรย้ายไปทางซ้ายเล็กน้อย จึงมีการลดลงของงานสุทธิระหว่างการขยายตัวของไอน้ำในเทอร์บิน (ตามที่แสดงในแผนภาพด้านบนสีเทา)

• การลดลงของการปล่อยความร้อนไปยังน้ำเย็นในคอนเดนเซอร์.

ดังนั้น ผลรวมคือการเพิ่มขึ้นอย่างมากในประสิทธิภาพความร้อนของวงจรจากการใช้มาตรการเหล่านี้

การเพิ่มแรงดันหม้อไอน้ำด้วยพารามิเตอร์ที่ถึงวิกฤติ

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของวงจร Rankine แรงดันวิกฤติถูกใช้ในเครื่องกำเนิดไอน้ำที่ใช้ในปัจจุบัน เมื่อเครื่องกำเนิดไอน้ำทำงานเหนือ 22.06Mpa เครื่องกำเนิดไอน้ำเหล่านี้เรียกว่าเครื่องกำเนิดไอน้ำวิกฤติและโรงไฟฟ้าเรียกว่าโรงไฟฟ้ากำเนิดไฟฟ้าวิกฤติ เนื่องจากแรงดันการดำเนินงานที่สูงขึ้น โรงไฟฟ้าเหล่านี้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น

วงจร Rankine ที่มีการรีฮีต