Az összekapcsolt gáz-gőz körfolyamatok termodinamikai alapjai

Átírás

1 Az összekapcsol áz-őz körfolyamaok ermodinamikai alapjai A manapsá használaos ázurbinák kipufoóázai nay hőpoenciállal rendelkeznek (kb C). Kézenfekvő ez az eneriá kiaknázni. Ez mevalósíhajuk, ha ey őzkörfolyamao üleünk a ázurbina körfolyamara. Ez a kapcsolao szemlélei az alábbi ábra: A ázurbina környezei nyomásról ( p ) és hőmérsékleről ( ) leveő szív be és a kompresszor p 2 nyomásra komprimálja, miközben hőmérséklee 2 -re emelkedik. A kompresszió véhőmérsékleé adiabaikus, veszesémenes munkafolyamanál mehaározhajuk számíással: 2 ad = ( + 273) π 273, ahol π = a kompresszió nyomásviszonya p A valósáos kompresszió véhőmérséklee a kompresszor haásfokának ismereében számíhajuk: 2 2ad = +, ahol k ηk η a kompresszor haásfoka

2 A üzelőérben B & a ömeáramú üzelőanyao éenek el, ami az alábbi belső eneriaáram növekedés okozza: & begt = B & a H, ahol i i Q H a üzelőanya fűőéréke. Modern ázurbinák üzelőerébe ezen felül előmeleíe ápvize vay őz szokak befecskendezni a NO csökkenés és hűés érdekében, ami ovább bonyolíja a bevezee hő x mehaározásá. A hőmérsékle evvel eyeemben izobár, veszesémenes hőbevezeéssel 3 - ra nő. A nay nyomású és maas hőmérsékleű éésermékek a urbina részben expandál. Az expanzió adiabaikus, veszesémenes véhőmérsékleé mehaározhajuk: ad = π 273, ahol π = az expanzió nyomásviszonya p A valósáos expanzió véhőmérséklee: ( ) ad = η, ahol η a urbina haásfoka Ezen füsázok hőaralmá lehe részben hasznosíani hőhasznosíó kazánnal, amivel az ábra szerin muao eseben ey nyomásfokozaon, úlhevíe őz ermelnek. A hőmérle a kövekező, ha a kazán falazaán veszesékén elsziváró hőmennyisée elhanyaoljuk: Q & = Q& ki GT be A ápvíz ill. őz hőfelvéele 6-9 állapoválozások sorozaán kereszül mey vébe. A ápvíz alsó és úlhevíe őz felső hőmérséklee a hőhasznosíó vées fűőfelüleei mia minden eseben az alábbi módon alakulnak: 9 < 4 5 > 6 A 9-0 vonalon expandálaják az őzurbinában, majd a nedves mezőben lévő ( x 0, 87 ) fárad őz lekondenzálaják a -es állapoi. A ápvíz nyomásá ázalaníás uán ápszivayú emeli a hőfelvéel nyomásszinjére. Ezzel a őzkörfolyama bezárul. A ázurbina körfolyamaa a környezeben zárul izobár hőleadással az 5-ös és -es ponok közö. Ily módon a üzelőanya kémiaila köö eneriaaralmá ké helyen csapolják me. Először a ázurbinában, ami eneráorral van összekapcsolva. Az i leado enelyeljesímény a urbina és a kompresszor eljesíménye közöi különbsé: P GT = P P k A urbina leado eljesíménye:

3 P = m π ( T T ) η = m& f c pf T η & f c pf, ahol 3 T, T 4 az adiabaikus expanzióhoz arozó ermodinamikai véhőmérsékleek, c pf a füsáz izobár fajhője, m& f a füsáz ömeárama, π = a nyomásviszony, pedi a füsáz adiabaikus kievője. p Hasonlóképpen a kompresszor felve eljesíménye: P = m k & lev cplev ( T2 T ) = m& lev c plev T π, ahol 2 ηk ηk T, T az adiabaikus kompresszióhoz arozó ermodinamikai véhőmérsékleek, c plev a leveő izobár fajhője, m& lev a füsáz ömeárama, π = a nyomásviszony, pedi a leveő adiabaikus kievője. p A őzurbina enelyeljesíményé eljesen hasonló módon számíhajuk a ázurbina enelyeljesíményéhez: P = m π ( T T ) η = m& c p T & cp η, ahol 9 T, T 0 az adiabaikus expanzióhoz arozó ermodinamikai véhőmérsékleek, c p a őz izobár fajhője, m& a őz ömeárama, π = a nyomásviszony, pedi a őz adiabaikus kievője. p A fenieke felhasználva a kombinál ciklus villamos haásfoka: η = v P GT η Q& vgt + P begt η v Hőhasznosíó kazánokról álalában A fokozódó eneriaiény és a környezevédelem új elvárásoka ámasz az enereikában. Olyan echnolóiák ejednek az eneriaermelésben, ahol kevesebb primer eneriahordozóval állíanak elő uyan akkora villamos eneriá, min a hayományos őzkörfolyamao (Rankine) mevalósíó erőművekben. Ilyenek például a szénelázosíásos- (Ineraed Gasificaion Combined Cycle Power Plan - IGCCPP), a kombinál áz-őz ciklusú- (Combined Cycle Power Plan-CCPP) erőművek. Ipari folyamaokban kelekező hő hasznosíására is sok helyen láunk példá; amivel vay az iparelep elekromos önfoyaszás iényének részlees vay eseenkén eljes hányadá ermelik me, vay pedi az inerál villamos eneria hálózara szolálanak eneriá.

4 A korszerű villamos eneriaermelő erőművek és az ipari hulladékhő hasznosíó léesímények fonos berendezése az un. hőhasznosíó kazán (Wase Hea Recovery, Hea Recovery Seam Generaor HRSG). Hőhasznosíó kazánok ala őzermelő (forró víz, vay használai melevíz ermelő) hőcserélőke érünk. Hőhasznosíó kazánoka a fenieknek mefelelően csoporosíhajuk a felhasznál hő eredee szerin. Íy mekülönbözeünk enereikai eredeű, illeve ipari eredeű hőforrásoka. Az első csoporba aroznak a kombinál ciklusú erőművek ázurbinájának kipufoóázai kiaknázó hőhasznosíó kazánok. A második csoporba, pedi az erre alkalmas echnolóiák (pl. köolajfinomíás), vay pl. kohászai eljárások hulladékhőjé felhasználó hőhasznosíó kazánok. Mekülönbözejük a hőhasznosíóka a ermel őz nyomásfokozaai szerin. Ey-, keő-, három- (. ábra), ill. néy nyomásfokozaú kazánoka yáranak.. ábra Lehenek a őzkörfolyama alapján újrahevíésesek (2. ábra a simmerini kombinál ciklusú erőmű őz-újrahevíéses hőkapcsolásá muaja), vay újrahevíés nélküliek.

5 2. ábra Ey másik lehesées különbsééeli szempon lehe a ermel őz minősée. Telíe-, úlhevíe-, szubkriikus-, ill. szuperkriikus őzermelők léeznek. Csoporosíhaók a ápvíz (ermel őz) kerineése szerin. Kényszeríe vay ermészees cirkulációjú kazánokról beszélheünk. Külön csoporba lehe őke a szerin is sorolni, hoy a hőhasznosíás folyamán a füsázok füőlees vay vízszines csaornában áramlanak. Álalában a vízszines füsázáramú (3. ábra) hőhasznosíók ermészees cirkulációjúak, a füőlees füsázáramúak (4. ábra) pedi kényszeríe ápvíz áramlásúak.

6 3. ábra

7 4. ábra

8 Véül a felhasznál hő felszabadulásának helye szerin is csoporosíhaunk. Íy, csak külső hőfelszabadulásból származó hő hasznosíó berendezésekről, vay a kazánon belüli hőfelszabadulás is kiaknázó rendszerről van szó. Ezeke rövidebben póüzelés nélküli, ill. póüzelésű (5. ábra) (ho wind repowerin) hőhasznosíó kazánoknak hívják. 5. ábra