Föreläsning i termodynamik 11 oktober 2011 Lars Nilsson

Transkript

1 Ångkraftsprocessen (Rankinecykeln) Föreläsning i termodynamik 11 oktober 2011 Lars Nilsson

2 Ångkraftsprocessens roll i svensk elproduktion

3 Ångtabellen: mättad vätska och mättad ånga efter tryck

4 Ångtabellen: mättad vätska och mättad ånga efter temperatur

5 Ångtabellen: volymiteter för mättad vätska och mättad ånga

6 Ångtabellen: entalpier för mättad vätska och mättad ånga

7 Ångtabellen: entropier för mättad ånga och mättad vätska

8 Ångtabellen: tillstånd för överhettad ånga

9 Men underkylt kondensat (vätska) då? Entalpin ges av temperaturen. Entalpi hos vätskeformigt vatten kj/kg) h = C p T Cp = 4,2 kj/(kg o C) Entalpi ( Tabelldata Proportionalitet Temperatur ( o C)

10 Hur stämmer allmänna gaslagen? Volymi itet (m 3 /k kg) 04 0,4 0,3 0,2 0,1 Volymitet hos vattenånga med trycket 10 bar Viss avvikelse nära mättnad Tabellvärden Allmänna gaslagen Temperatur ( o C)

11 Carnotcykeln Te emperatu ur (K) T 1 = T 2 = T H T 3 = T 4 = T L S 1 = S 4 S 2 = S 3 Entropi S (kj/kg/k) /K)

12 Ångkraftsprocessen eller Rankinecykeln

13 Ångkraftsprocessen eller Rankinecykeln

14 Ångkraftsprocessen i T S diagram Systemet vatten - vattenånga Tem mperatur r T ( o C) Entropi S (kj/kgk)

15 Expansion och kompression inte isentropa Systemet t vatten - vattenånga Te emperatu ur T ( o C) s2 1 4s Entropi S (kj/kgk)

16 Friktionstryckfall i kokare och kondensor Systemet vatten - vattenånga Te emperatu ur T ( o C) Entropi S (kj/kgk)

17 Tillämpning 1: kondenskraftverk 500 Systemet vatten - vattenånga C400 tur T ( o C) Tempera Entropi S (kj/kgk)

18 Ångkraftsprocessens roll i svensk elproduktion

19 Tillämpning 2: Värmekraftverk 500 Systemet vatten - vattenånga Tempera atur T ( o C) Entropi S (kj/kgk)

20 Ångkraftsprocessens roll i svensk elproduktion

21 Tillämpning 3: Industriell mottryckskraft Systemet vatten - vattenånga 500 C400 Temperat tur T ( o C) Entropi S (kj/kgk)

22 Tillämpning 3: Industriell mottryckskraft Systemet vatten - vattenånga 500 ur T ( o C) Temperat Entropi S (kj/kgk)

23 Ångkraftsprocessens roll i svensk elproduktion

24 Lag (2003:113) om elcertifikat Lagens ändamål 1 Lagens ändamål är att främja produktion av elektricitet med användande av förnybara energikällor och torv (förnybar el). I detta syfte innehåller lagen bestämmelser om dels en rätt för producenter av förnybar el att bli tilldelade l d elcertifikat av staten, dels en skyldighet för elleverantörer och vissa elanvändare att inneha elcertifikat i förhållande till sin försäljning respektive användning av el (kvotplikt). Lag (2006:1016). Investeringar i massa- och pappersindustrin som ökar möjligheten att producera mera mottryckskraft har gynnats av staten. Elcertifikat tilldelas under 15 år.

25 Ökat tryck: Investering i ny panna

26 Ökad överhettning av ångan: Investering i ny panna (ombyggnad)

27 Sänkt tryck i ångnätet/ångnäten: Investeringar (mera yta) i fabriken

28 Mellanöverhettning av ångan: Investering i ny turbin

29 Mellanöverhettning av ångan: Investering i ny turbin

30 Vad stimuleras inte av elcertifikaten? Produktion av mottrycksel bygger på att det finns ett behov av processvärme i fabriken (indunstning, torkning, destillation, värmeväxlare och andra enhetsoperationer). Minskar värmebehovet i fabriken rycks underlaget för att producera mottrycksel bort vilket leder till färre gröna elcertifikat. Elcertifikaten stimulerar alltså inte åtgärder som minskar Elcertifikaten stimulerar alltså inte åtgärder som minskar fabrikens användning av värmeenergi.

31 Kombicykel

32 Kombicykel Högre temperatur för värmetillförsel än ångkraftprocessen. Lägre temperatur för värmebortförsel än gasturbinprocessen. Högt T H och lågt T L. Därför bättre termisk verkningsgrad.

33 Typiska termiska verkningsgrader Heden 2: Kraftvärmeverk med ångkraftscykel som eldas med flis. Termisk verkningsgrad 20 %. Rya kraftvärmeverk: Kraftvärmeverk med kombicykel som eldas med naturgas. Termisk verkningsgrad uppskattningsvis 46 %. KA24-1 från ABB (2002): Kondenskraftverk med kombicykel som eldas med naturgas. Termisk verkningsgrad uppskattningsvis 58 %. I stort sett max. oss/var rksamhet/produktionsanlaggningar/rya_kraftva rmeverk edovisningar/arsredovisning2010.pdf Länkar utlagda på kurstorget

34 Begreppet termisk verkningsgrad: Finns ytterligare förluster? Beräkningsexemplen ovan har inte tagit med förluster i form av varma rökgaser som lämnar pannan. Rökgasförlusterna kan ofta vara i storleksordningen 10 % beroende på sammansättning och temperatur. Ibland kan dock kondensationsvärmet återvinnas (kondenserande pannor) vilket reducerar rökgasförlusterna.

35 Exempel ångkraftsprocessen Ett kondenskraftverk arbetar enligt den ideala ångkraftsprocessen (ideala Rankinecykeln). Den producerade ångan har trycket 3.0 MPa och temperaturen 350 C. Trycket i kondensorn är 75 kpa. Bestäm den termiska verkningsgraden för processen.

36 Exempel ångkraftsprocessen Ur ångtabell: h 3 = 3116 kj/kg s 3 = 6,743 kj/kg/k h 1 = 384 kj/kg v 1 = 0, m 3 /kg Också ur ångtabell vid 75 kpa: h mv = 384 kj/kg s mv = 1,2132 kj/kg/k h må = 2663 kj/kg s må = 7,4557 kj/kg/k