Transcript Folien Dampfprozesse

Dampfkraftprozesse
Dampfkraftprozesse
4 Teilsysteme im
Kraftwerk:
A: Dampfkreislauf
(Arbeitsleistung)
B: Wärmeerzeuger
(Feuerung etc.)
C: Wärmeabfuhr
(Kühlturm)
D: elektrischer
Generator
Dampfkraftprozesse
Teilsystem A: thermodynamischer Arbeitskreislauf:
Clausius-Rankine Cycle
Turbine
Dampferzeuger
1
2
Pt

Q
Ein
Pumpe

Q
Aus
Kondensator
Pp
4
1 2: Turbine
3
2 3: Kondensator
3  4: Pumpe
4 1: Dampferzeuger
Dampfkraftprozesse
Schritt 1 2: Turbine (Q12 = 0)
1. Hauptsatz
(stationär) mit
KE = PE = 0


2
2


 2
0  Q12  W t ,12  m  h1  h2  1
 g z1  z 2 



2





0
PE  0
KE

0


Arbeitsleistung:
  h1  h2 
Wt ,12  m
Schritt 2 3: Kondensator (W23 = 0)
Wärmeabfuhr:
Q Aus
 h2  h3

m
Dampfkraftprozesse
Schritt 3  4: Pumpe (Q34 = 0)
Schritt 4 1: Dampferzeuger
(W41 = 0)
Anteil der Kompressionsarbeit =
„back work ratio“ (bwr)
(klein für Dampfprozess!)

W P,34
m
 h4  h3
Q Ein
 h1  h4
m
W p m h4  h3
bwr 


Wt m h1  h2
Dampfkraftprozesse
thermischer Wirkungsgrad (2 Überlegungen)
Verhältnis: Netto-Arbeitsleistung / Wärme-Input
W t m  W P m
h1  h2   h4  h3 
h2  h3
 th 

 1

h1  h4
h1  h4
Q Ein m
Verhältnis: in Arbeit umgewandelte Wärme / Wärme-Input
Q Ein m  Q Aus m
h2  h3
th 
 1

h1  h4
QEin m
Dampfkraftprozesse
der ideale „Rankine“ Zyklus
Turbine:
12
isentrope Expansion
Kondensator:
23
isotherme Wärmeabfuhr
(Kondensation)
Speisewasserpumpe:
34
isentrope Kompression
Dampferzeuger:
4  a  1 isobare Wärmezufuhr
Überhitzung bis 1´

weniger Kondensation
bei 2´
Dampfkraftprozesse
Speisewasserpumpe
T-ds-Gleichung reversibel + adiabat
T  ds  dh  v  dp  0
4
h34  h4  h3   v  dp
3
für offenes
Teilsystem !
Wasser  inkompressibel
 W P 
  v3   p4  p3 
h4  h3   
 m  int
rev
Dampfkraftprozesse
Vergleich Rankine  Carnot
Wärmezufuhr isobar
und nicht isotherm

bessere Nutzung der
Wärme der
Verbrennungsgase
Kompression im
2-Phasen Gebiet
schlecht machbar
Dampfkraftprozesse
mittlere ÜbertragungsTemperatur und
Wirkungsgrad
Wärmeübertragung in
Dampferzeuger
 Q Ein

 m

Mittelwert nach Regel
1
TEin 
T (s)  ds

s1  s4 4
oben eingesetzt:
1

   Tds  Flaechec - 4 - a - 1 - b
 int 4
 rev
1
 Q Ein

 m


  TEin  s1  s 4 
 int
 rev
Dampfkraftprozesse
analog für Wärmeabgabe am Kondensator
 Q Aus

 m


  T Aus  s 2  s3   Flaecheb - 2 - 3 - c
 int
 rev
Wirkungsgrad für idealen Rankine-Zyklus
Q Aus m intrev
th rev  1  
QEin m intrev
wegen
Tein  Tmax,ein
 1

T Aus
T Ein
Rankine  Carnot
Dampfkraftprozesse
Druckeinfluss
höherer Druck im
Dampferzeuger
=
höheres Tein
=
höherer Wirkungsgrad
rankine rev  1  T Aus
T Ein
tieferer Druck im
Kondensator
=
tieferes Taus
=
höherer Wirkungsgrad
Dampfkraftprozesse
Irreversibilitäten
Isentroper Wirkungsgrad
Turbine (h2 > h2s)
T ,S
WT m
h h

 1 2 1
h1  h2 S
WT m


S
Isentroper Wirkungsgrad
Pumpe (h4 > h4s)
 P,S
W P m
h h

 4S 3  1
h4  h3
W P m


S
Irreversibilitäten bei:
• Verbrennung
• Wärmeübergang
• Strömung
Dampfkraftprozesse
Dampfkreislauf mit Nacherhitzung