ÅNGCYKEL CARNOT. Modifieras lämpligen så att all ånga får kondensera till vätska. Kompressionen kan då utföras med en enkel matarvattenpump.

Relevanta dokument
Kap 10 ångcykler: processer i 2-fasområdet

Kap 10 ångcykler: processer i 2-fasområdet

ARBETSGIVANDE GASCYKLER

OMÖJLIGA PROCESSER. 1:a HS: Q = W Q = Q out < 0 W = W net,out > 0

Föreläsning i termodynamik 11 oktober 2011 Lars Nilsson

Föreläsning i termodynamik 28 september 2011 Lars Nilsson

Om trycket hålls konstant och temperaturen höjs kommer molekylerna till slut att bryta sig ur detta mönster (sublimation eller smältning).

Kap 9 kretsprocesser med gas som medium

MMVF01 Termodynamik och strömningslära

EGENSKAPER FÖR ENHETLIGA ÄMNEN

Tentamen i termisk energiteknik 5HP för ES3, 2009, , kl 9-14.

Överhettad ånga, Table A-6 (2.5 MPa): T [ C] v [m 3 /kg] ? Linjär interpolation:

7,5 högskolepoäng ENERGITEKNIK II. Provmoment: Ladokkod: Tentamen ges för: Tentamen 41N05B. TentamensKod:

Kap 6 termodynamikens 2:a lag

Kap 6 termodynamikens 2:a lag

Personnummer:

Applicera 1:a H.S. på det kombinerade systemet:

Kap 6 termodynamikens 2:a lag

Arbete är ingen tillståndsstorhet!

Termodynamik Föreläsning 6 Termodynamikens 2:a Huvudsats

PTG 2015 övning 3. Problem 1

Termodynamik (repetition mm)

Kap 7 entropi. Ett medium som värms får ökande entropi Ett medium som kyls förlorar entropi

3. En konvergerande-divergerande dysa har en minsta sektion på 6,25 cm 2 och en utloppssektion

Lite kinetisk gasteori

Teknisk termodynamik repetition

Termodynamik FL6 TERMISKA RESERVOARER TERMODYNAMIKENS 2:A HUVUDSATS INTRODUCTION. Processer sker i en viss riktning, och inte i motsatt riktning.

MITTHÖGSKOLAN, Härnösand

Kap 10 ångcykler: processer i 2 fasområdet

CH. 1 TERMODYNAMIKENS GRUNDER

Termodynamik Föreläsning 5

Linköpings tekniska högskola Exempeltentamen 5 IEI / Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 5. strömningslära, miniräknare.

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

CH. 1 TERMODYNAMIKENS GRUNDER

Tentamen i teknisk termodynamik (1FA527)

Kap 5 mass- och energianalys av kontrollvolymer

MMVF01 Termodynamik och strömningslära Exempel på tentamensuppgifter

Tentamen i teknisk termodynamik (1FA527) för F3,

Vad tror du ökning av entropi innebär från ett tekniskt perspektiv?

CH. 1 TERMODYNAMIKENS GRUNDER

Linköpings tekniska högskola Exempeltentamen 8 IEI / Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 8. strömningslära, miniräknare.

ENERGIPROCESSER, 15 Hp

Övningsuppgifter termodynamik ,0 kg H 2 O av 40 C skall värmas till 100 C. Beräkna erforderlig värmemängd.

Tentamen i teknisk termodynamik (1FA527),

Hjälpmedel: Valfri miniräknare, Formelsamling: Energiteknik-Formler och tabeller(s O Elovsson och H Alvarez, Studentlitteratur)

Betygstentamen, SG1216 Termodynamik för T2 25 maj 2010, kl. 9:00-13:00

Teknisk termodynamik repetition

Kap 9 kretsprocesser med gas som medium

Termodynamik FL7 ENTROPI. Inequalities

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2 och Kf2 (KVM090) kl i V

Omtentamen i teknisk termodynamik (1FA527) för F3,

MMVA01 Termodynamik med strömningslära

MMVA01 Termodynamik med strömningslära

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

Mer om kretsprocesser

Energi- och processtekniker EPP14

Kretsprocesser. För att se hur långt man skulle kunna komma med en god konstruktion skall vi ändå härleda verkningsgraden i några enkla fall.

Arbetet beror på vägen

Tentamen i termodynamik. 7,5 högskolepoäng. Namn: (Ifylles av student) Personnummer: (Ifylles av student)

Linköpings tekniska högskola Exempeltentamen 2 IKP/Mekaniksystem Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 2

Termodynamik Av grekiska θηρµǫ = värme och δυναµiς = kraft

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2, Kf2 och TM2 (KVM091 och KVM090) kl

MITTHÖGSKOLAN, Härnösand

Hjälpmedel: Valfri miniräknare, Formelsamling: Energiteknik-Formler och tabeller(s O Elovsson och H Alvarez, Studentlitteratur)

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

FUKTIG LUFT. Fuktig luft = torr luft + vatten m = m a + m v Fuktighetsgrad ω anger massan vatten per kg torr luft. ω = m v /m a m = m a (1 + ω)

Personnummer:

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2, Kf2 och TM2 (KVM091 och KVM090) kl

SG1216. Termodynamik för T2

MILJÖLABORATORIET Nyttig energi vid ångproduktion

Tentamen i Turbomaskiner 7,5 hp

ENERGI? Kylskåpet passar precis i rummets dörröppning. Ställ kylskåpet i öppningen

Ångdrift av värmepump på Sysavs avfallsförbränningsanläggning

Tentamen i Termodynamik CBGB3A, CKGB3A

Termodynamik Föreläsning 2 Värme, Arbete, och 1:a Huvudsatsen

Tentamen i termodynamik. 7,5 högskolepoäng. Tentamen ges för: Årskurs 1. Namn: (Ifylles av student) Personnummer: (Ifylles av student)

Termodynamik FL3. Fasomvandlingsprocesser. FASER hos ENHETLIGA ÄMNEN. FASEGENSKAPER hos ENHETLIGA ÄMNEN. Exempel: Koka vatten under konstant tryck:

Linköpings tekniska högskola Exempeltentamen 7 IEI / Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 7. strömningslära, miniräknare.

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2, Kf2 och TM2 (KVM091 och KVM090) kl

TENTAMEN I ENERGITEKNIK OCH MILJÖ (KVM034 och KVM033) i V-huset

Kraftvärme. Energitransporter MVKN10. Elias Forsman Mikael Olsson

Lösningsförslag Tentamen i Turbomaskiner 7,5 hp

Linköpings tekniska högskola IEI / Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 8. strömningslära, miniräknare.

Föreläsning 14: Termodynamiska processer, värmemaskiner: motor, kylskåp och värmepump; verkningsgrad, Carnot-cykeln.

Två system, bägge enskilt i termisk jämvikt med en tredje, är i jämvikt sinsemellan

Linköpings tekniska högskola Exempeltentamen 1 IEI Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 1

Kärnan i ett noggrannt konstruerat system för värmeväxling med ånga...

Provmoment: Tentamen Ladokkod: A116TG Tentamen ges för: TGKEB16h. Tentamensdatum: Tid: 09:00 13:00

Linköpings tekniska högskola Exempeltentamen 6 IEI / Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 6. strömningslära, miniräknare.

Laborations-PM Termodynamik (KVM091) lp /2015. Omfattning: Fyra obligatoriska laborationer ingår i kursen:

Laboration: Kretsprocesser

Laborations-PM Termodynamik (KVM091) lp /2016 version 3 (med sidhänvisningar även till inbunden upplaga 2)

Vägledning om nyttiggjord energi för Kväveoxidavgiften

2-52: Blodtrycket är övertryck (gage pressure).

Snabbstart av Aspen med hjälp av skärmdumpar

Termodynamik Föreläsning 7 Entropi

David Wessman, Lund, 29 oktober 2014 Statistisk Termodynamik - Kapitel 3. Sammanfattning av Gunnar Ohléns bok Statistisk Termodynamik.

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2 och Kf2 (KVM091 och KVM090) förmiddag

TENTAMEN I KRAFTVÄRMESYSTEM, 5 p RÄKNEDEL

Bestäm det slutliga lufttrycket i behållarna. SVAR: kpa

Transkript:

ÅNGCYKEL CARNOT Arbetsmedium: H 2 O, vanligt vatten. Isobarer och isotermer sammanfaller i det fuktiga området. Låt därför vattnet avge värme under kondensation vid ett lågt tryck (temperaturt L ) ochuppta värmeunder förångningvidett högre tryck (temperatur T H ). Använd en ideal adiabatisk kompressor samt en ideal adiabatisk turbin mellan dessa trycknivåer; värmeutbyte vid försumbar temperaturdifferens Carnotprocess, d.v.s. högsta möjliga verkningsgrad! (η th = 1 T L /T H ). 1 2 isentrop kompression 2 3 isobar/isoterm värmetillförsel 3 4 isentrop expansion 4 1 isobar/isoterm värmeavgivning Modifieras lämpligen så att all ånga får kondensera till vätska. Kompressionen kan då utföras med en enkel matarvattenpump. Problem: 1. Vätskan som utfaller i turbinen ger slitage och korrosion. Praktiskt sett kan inte ångkvalitet (specifik ångmängd) lägre än ca. 90% hanteras. 2. Högsta temperatur (T H ), och därmed η th, begränsad av den kritiska temperaturen (374 C = 647 K). 3. Vid givet massflöde minskar nettoarbetet med ökande T H. Ch. 10-1 Termodynamik C. Norberg, LTH

IDEAL ÅNGKRAFTSPROCESS Rankine cycle (William Rankine, 1820 1872) Komponenter: försumbara ke och pe q w other = h e h i 1 2 isentrop kompression av vätska i matarvattenpump w pump,in = h 2 h 1 v f@p1 (P 2 P 1 ) 2 3 isobar värmetillförsel i ångpanna (uppvärmning av vätska + förångning + överhettning) q in = h 3 h 2 3 4 isentrop expansion i turbin w turb,out = h 3 h 4 4 1 isobar/isoterm värmeavgivning i kondensor q out = h 4 h 1 = h 4 h f@p1 w pump,in normalt sett mycket mindre än w turb,out η th = Approximativ termisk verkningsgrad: w turb,out րw pump,in w turb,out +q out րw pump,in h 3 h 4 h 3 h 1 Ch. 10-2 Termodynamik C. Norberg, LTH

VERKLIG ÅNGKRAFTSPROCESS Ideal process inga förluster förutom de som uppträder vid värmeutbyte med ändlig temperaturdifferens (internt reversibla delprocesser). Verklig process irreversibla förluster! Ideal process med försumbart pumparbete: η th,ideal h 3 h 4s h 3 h 1 Mer verklig process: irreversibel expansion i adiabatisk turbin; försumbart pumparbete; i övrigt inga förluster η th η T η th,ideal η T är turbinens isentropiska verkningsgrad (η T 0.88). Ch. 10-3 Termodynamik C. Norberg, LTH

METODER ATT ÖKA VERKNINGSGRADEN Ideal process: η th 1 T low,avg /T high,avg T low,avg = medeltemperatur vid värmeavgivning T high,avg = medeltemperatur vid värmetillförsel 1. Minska kondensortrycket minskar T low,avg T 1 > 25 C P 1 > 3.2 kpa För lågt P 1 kan ge luftinläckage Större kondensor Försämrad ångkvalitet 2. Ökad överhettning ökar T high,avg Förbättrad ångkvalitet Metallurgisk gräns ca. 650 C 3. Öka trycket i pannan ökar T high,avg Vid bibehållen turbininloppstemperatur försämras ångkvaliten Praktisk övre gräns idag: ca. 30 MPa (P cr = 22.1 MPa) Ch. 10-4 Termodynamik C. Norberg, LTH

MELLANÖVERHETTNING Går det att utnyttja att η th ökar vid ökat tryck i pannan/ånggeneratorn utan att det uppstår problem med vätskeutfällning i turbinen? Om inte inloppstemperaturen till turbinen kan ökas ytterligare: använd fler turbinsteg kombinerat med mellanöverhettning. Av kostnadsskäl används sällan mer än två mellanöverhettningar. Mer än en kan oftast bara motiveras om högsta trycket är högre än det kritiska trycket, P max > 22.1 MPa (om tillståndet efter sista turbinsteget är alltför överhettat ökar medeltemperaturen vid värmeavgivningen, vilket minskar verkningsgraden). Med en mellanöverhettning och samma turbininloppstemperaturer är det optimala mellantrycket ca. en fjärdedel av det maximala trycket. Om den metallurgiska gränsen inte fanns skulle mellanöverhettning inte behövas. Ch. 10-5 Termodynamik C. Norberg, LTH

REGENERERING Att värma allt det kalla matarvattnet från pumpen externt d.v.s. via pannan är inte termodynamiskt effektivt (sänker T high,avg ). Genom att tappa av en del av den varma ångan från turbinen kan denna utnyttjas till förvärmning av matarvattnet. Genom denna interna värmeväxling (regenerering) minskar visserligen turbinarbetet men η th ökas (minskat externt värmebehov). Rent praktisktkan regenerering ske antingen i en öppen eller i en sluten matarvattenförvärmare (eng. feedwater heater, FWH). En öppen 1 FWH kan användas för avluftning av den luft som kan ha läckt in i systemet, t.ex. via kondensorn. Effektiv värmeväxling. Billig. Nackdel: kräver extra pump. Med en sluten 2 FWH kan flöden vid olika trycknivåer värmeväxlas. Nackdel: sämre värmeväxling. För att skilja på det vatten som kondenserar i en sluten FWH och resterande ånga används s.k. ångfällor (eng. traps). Oftast kombineras bägge typerna av FWH, se t.ex. Fig. 10-17. 1 Open FWH = Blandningsförvärmare. 2 Closed FWH = Ytvattenförvärmare. Ch. 10-6 Termodynamik C. Norberg, LTH

KOMBINERAD PROCESS (KOMBIPROCESS) Toppa ångkraftsprocessen (vatten) med en gasturbinprocess (luft). Ökad T high,avg ökad termisk verkningsgrad Ex. Öresundsverket, Malmö (E.ON Hitachi, 2009): Gasturbin (GE Energy): Ẇ g = 290 MW (r p = 18, T 8 = 630 C, T 9 75 C). Ångturbin (Alstom): Ẇ s = 160 MW (P 3 14 MPa, T 3 = 565 C, P 4 = (3 7) kpa; termisk verkningsgrad, η th 59%. Höga investeringskostnader men också relativt snabbt återbetalat. Ẇ net,out = Ẇg η th,g = Ẇg/ Q in Q g,out = Q s,in Ẇ net,out = Ẇs η th,s = Ẇs/ Q s,in η th = η th,g +η th,s η th,g η th,s Ex. η th,g = 0.39, η th,s = 0.33 η th = 0.59 Ch. 10-9 Termodynamik C. Norberg, LTH