Kap 10 ångcykler: processer i 2 fasområdet

Relevanta dokument
Kap 10 ångcykler: processer i 2-fasområdet

Kap 10 ångcykler: processer i 2-fasområdet

Kap 11 kylcykler. 2-fas. ånga

Kap 9 kretsprocesser med gas som medium

Teknisk termodynamik repetition

Teknisk termodynamik repetition

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

Denna utrustning får endast demonstreras av personal.

Kap 9 kretsprocesser med gas som medium

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

Lathund, procent med bråk, åk 8

Tentamen i teknisk termodynamik (1FA527)

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

Kap 6 termodynamikens 2:a lag

Kap 6 termodynamikens 2:a lag

Föreläsning i termodynamik 28 september 2011 Lars Nilsson

Bruksanvisning - Spisvakt Prefi 2.3

Tentamen i teknisk termodynamik (1FA527) för F3,

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

När jag har arbetat klart med det här området ska jag:

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

Termodynamik (repetition mm)

Kap 6 termodynamikens 2:a lag

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

DOP-matematik Copyright Tord Persson. Bråktal Läs av vilka tal på tallinjen, som pilarna pekar på. Uppgift nr

Träningsprogram - sommaren 2010

Arbeta bäst där du är Dialect Unified Mi

Friskoleurval med segregation som resultat

Lite kinetisk gasteori

GUIDE FÖR LUFTKONDITIONERING CITROËN GER RÅD FÖR BÄTTRE UNDERHÅLL

Procent - procentenheter

Kohortfruktsamhetens utveckling Första barnet

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

Modul 6: Integraler och tillämpningar

Sektionen för Beteendemedicinsk smärtbehandling

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

KOMMUNICERA. och nå dina mål. Lärandeförvaltningens kommunikationsstrategi

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

3. Värmeutvidgning (s )

Får nyanlända samma chans i den svenska skolan?

Facit med lösningsförslag kommer att anslås på vår hemsida Du kan dessutom få dem via e-post, se nedan.

Tränarguide del 1. Mattelek.

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

Nyhetsbrev 2:a halvåret 2012

Snabbslumpade uppgifter från flera moment.

Företagsamhetsmätning Kronobergs län JOHAN KREICBERGS HÖSTEN 2010

Sveriges nöjdaste fastighetsägare. Ett sätt att öka resultatet?

Föreläsning i termodynamik 11 oktober 2011 Lars Nilsson

Abstrakt. Resultat. Sammanfattning.

Om erbjudandet för din pensionsförsäkring med traditionell förvaltning.

Information om arbetsmarknadsläget för kvinnor år 2011

Kap 5 mass- och energianalys av kontrollvolymer

Vi skall skriva uppsats

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

Miljöfysik. Föreläsning 3. Värmekraftverk. Växthuseffekten i repris Energikvalitet Exergi Anergi Verkningsgrad

Effekt av balansering 2010 med hänsyn tagen till garantipension och bostadstillägg

Enkät om heltid i kommuner och landsting 2015

David Wessman, Lund, 30 oktober 2014 Statistisk Termodynamik - Kapitel 5. Sammanfattning av Gunnar Ohléns bok Statistisk Termodynamik.

Notera att illustrationerna i denna broschyr är förenklade.

Nilan VPM Aktiv värmeåtervinning och kyla (luft/luft)

Blixtrarna hettar upp luften så att den exploderar, det är det som är åskknallen.

Sammanfatta era aktiviteter och effekten av dem i rutorna under punkt 1 på arbetsbladet.

Skriva B gammalt nationellt prov

Klassen kom tillsammans fram till vilka punkter som vi skulle ta hänsyn till. Dessa var:

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

Andelen kvinnor av de företagsamma i Dalarna uppgår till 27,4 procent. Det är lite lägre än riksgenomsnittet (28,5 procent).

Fördjupningsarbete i samband med Steg 3 hösten 2010 skrivet av Maria Jansson

arbetslösa står utan ersättning oroväckande hög ökning på fyra år

KOMMUNIKATIONSBAROMETERN för företag ATT JOBBA HEMIFRÅN. Rapport september

Projekt benböj på olika belastningar med olika lång vila

Personnummer:

Nationella prov i årskurs 3 våren 2013

GO! READY STEADY. BROEN BALLOREX Venturi. Injusteringsventiler. Reducerad energiförbrukning Reducerad injusteringstid Reducerad installationsplats

ARBETSGIVANDE GASCYKLER

Erfarenheter från ett pilotprojekt med barn i åldrarna 1 5 år och deras lärare

Temperatur. Quizz. Temperatur 10/21/13. Om vi bestämmer at kokande vaten har 212 och is har 32, vad har vi gjort?

Lastbilsförares bältesanvändning. - en undersökning genomförd av NTF Väst Sammanställd mars 2013

Begreppet delaktighet inom rättspsykiatrisk vård

Fler feriejobb för ungdomar i kommuner och landsting sommaren 2015

Prognos för hushållens ekonomi i januari Både löntagare och pensionärer bättre ut på ett år

Axiell Arena. Samarbeta om bilder Regionbiblioteket i Kalmar län

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

85 % produkterna som annonseras. har köpt något de läst om i tidningen. ANNONSFAKTA & PRISLISTA 2016

Granskningsrapport. Brukarrevision. Angered Boendestöd

Särskilt stöd i grundskolan

EXAMINATION I MOMENTET IDROTTSFYSIOLOGI ht-10 (101113)

Snabbhjälp till. Kristian. elevdata.se

Skrivarinställningar. Visa startsidan. Via skrivarens frontpanel. Via CentreWare IS. Phaser 6250 färglaserskrivare

Inställning motorskydd för gammal motor Postad av Johan Andersson - 16 maj :31

Varför är det så viktigt hur vi bedömer?! Christian Lundahl!

[ÖVNINGSBANK] Sollentuna FK. Expressbollen

Frågor och svar TLV:s beslut att begränsa subventionen för Cymbalta

Hälsobarometern. Första kvartalet Antal långtidssjuka privatanställda tjänstemän, utveckling och bakomliggande orsaker

Presentation vid dialogmöte i Råneå av Arbetsgruppen för Vitåskolan. Presentationen hölls av Ingela Lindqvist

DET HÄR ÄR RIKSFÖRENINGEN AUTISM

Anna Kinberg Batra Inledningsanförande 15 oktober 2015

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

MITTHÖGSKOLAN, Härnösand

ANVÄND NAVIGATIONEN I CAPITEX SÄLJSTÖD

Transkript:

Ångcykler i 2 fas området Carnotcykeln är den teoretiskt bästa cykeln! Panna Pump Kondensor Turbin Carnot: 1 2 isoterm: värme tillförs i panna 2 3 isentrop: expansion i turbinen 3 4 isoterm: värme bortförs i kondensorn 4 1 isentrop: kompression i kompressorn (pumpen) Carnot i 2 fas området: olika möjligheter 1

Trycksättning (pump) vätska 2-fasområde Expansion Turbin Överhettad ånga Kräver trycksättning i 2 fasområdet = svårt, ej lämpligt för pumpar. Medför expansion i 2 fasområdet, ej lämpligt för turbiner (erosionskador) s 2

Trycksättning (pump) vätska Expansion Turbin Överhettad ånga Kräver extrem trycksättning vis höga temperaturer: olämpligt för pumpar. Expansion i gasområdet lämpligt för turbiner; inga problem med korrosion. 2-fasområde s Slutsats: Carnotcykeln är ej lämplig som ideal modellprocess för ångcykler! 3

Rankinecykeln ideala cykeln för ångprocesser Undviker Carnotcykelns problem genom att överhetta ångan i kokaren och kondensera den helt i kondensorn. 1 2: Isentrop kompression i pump 2 3: Isobar: tillförsel av värme i kokare 3 4: Isentrop expansion i turbin 4 1: Isobar: bortförsel av värme i kondensor 4

Vilken eller vilka modellcykler består enbart av isentroper och isobarer? 1. Carnotcykeln 2. Ottocykeln 3. Dieselcykeln 4. Braytoncykeln 5. Rankinecykeln 6. Både Carnot och Brayton 7. Både Diesel och Brayton 8. Både Brayton och Rankine 5

Varför ser Brayton och Rankine så olika ut? 6

Varför ser Brayton och Rankine så olika ut? Brayton: igasområdet Rankine: i2 fasområdet 7

Energianalys av Rankine cykeln Kap 10 ångcykler: processer i 2 fasområdet Rankinecykeln arbetar med vatten i 2 fas området. Här finns inga enkla relationer som för gascykler! Här måste vi utgå från formlerna för tekniskt arbete! w t = 2 2 w1 pdv + p1v1 p2v2) + 2 1 2 w2 ( + g z ( z ) 1 2 w t = q + h 1 h 2 + w 2 1 2 w 2 2 + g ( z z ) 1 2 8

Energianalys av Rankine cykeln Turbinen producerar arbete, pumpen kostar arbete: Termisk verkningsgrad: Nettoarbetet = innesluten area i Ts diagrammet 9

Avvikelser från ideala Rankinecykeln De två största bidragen till irreversibiliteter: 1: Friktion som sänker trycket => måste pumpa till högre tryck i pumpen. 2: Värmeförluster i hela cykeln => måste tillsätta mer värme i kokaren Irreversibeliteter i pump och kompressor beskrivs med isentropa verkningsgrader: Kommentar: i 2 fas området har 4s och 4a både samma tryck och temperatur! 10

Sätt att öka effektiviteten i Rankine cyklen Verkningsgraden motsvarar inneslutna arean delat med arean under q in linjen. η th = w q net in = innesluten q in _ area Generellt gäller att verkningsgraden ökar om temperaturskillnaden i cykeln ökar. 1. Sänka kondensortrycket (sänker T low ) 2. Överhetta ångan till högre temperaturer (ökar T high ) 3. Öka koktrycket (ökar T high ) 11

Sätt att öka effektiviteten i Rankine cyklen 1. Sänka kondensortrycket (sänker T low,avg ) Vid lägre tryck är också mättnadstemperaturen (alltså där ångan kondenserar) lägre. Kondensortrycket i verkliga ångcykler är långt under atmosfärstryck. Kylflödets mättnadstemperatur sätter en gräns; man kan inte kyla till lägre temperatur än vad man har på kylflödet. Negativ bieffekt: lägre kvalitet på ångan i turbinens slutskede. (Vattendroppar kan skada turbinbladen) 12

Sätt att öka effektiviteten i Rankine cyklen 2. Överhetta ångan till högre temperaturer (ökar T high,avg ) Att överhetta ångan ger både bättre termisk effekt och minskad fuktighet (högre kvalitet) på ångan i turbinen. Medeltemperaturen vid vilken värme tillsätts är direkt kopplad till verkningsgraden Materialet i turbininloppet sätter en gräns för hur hög temperatur som kan tillåtas. Om T 3 > ca 600 C kan allvarliga materialskador uppstå. Att överhetta ångan vore bäst och enklast om det fanns material som klarade påfrestningarna! 13

Sätt att öka effektiviteten i Rankine cyklen 3. Öka koktrycket (ökar T high,avg ) Om man ökar koktrycket kommer vattnet att koka vid en högre temperatur. För en given högsta temperatur i inloppet till turbinen ger en ökning av koktrycket en förskjutning till vänster i Ts diagrammet. En samtidig negativ bieffekt är lägre ånghalt i turbinen. Det kan kompenseras genom att återvärma ångan (reheating, mellanöverhettning eller återvärmning). 14

Sätt att öka effektiviteten i Rankine cyklen 3. Öka koktrycket (ökar T high,avg ) Om man ökar koktrycket kommer vattnrt att koka vid en högre temperatur. För en given högsta temperatur i inloppet till turbinen ger en ökning av koktrycket en förskjutning till vänster i Ts diagrammet. En samtidig negativ bieffekt är lägre ånghalt i turbinen. Det kan kompenseras genom att återvärma ångan (reheating, mellanöverhettning eller återvärmning). 15

Återvärmd (mellanöverhettad) Rankinecykel (bonusuppg. 4!) Återvärmning innebär att ångan expanderas i två steg och återvärms mellan, dvs man har två turbiner. 1. Turbin 1 (högtrycksturbin): ångan expanderas isentropt till ett medelhögt tryck. 2. Ångan går tillbaka till kokaren och återvärms vid konstant tryck. 3. Turbin 2 (lågtrycksturbin): ångan expanderas isentropt till ett lågt tryck. Höjer ofta cykelns verkningsgrad något men ger framför allt lägre fukthalt i turbinen! 16

Återvärmd (mellanöverhettad) Rankinecykel Om man återvärmer flera gånger höjer man medeltemperaturen för återvärmningsprocessen. Men det blir det opraktiskt och vinsten blir mindre för varje extra steg. Man vill heller inte ha överhettad ånga ut ur turbinen. 2 återvärmningssteg = max i praktiken! 17

Hur många turbiner finns det i kretsen? 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 18

Innan turbiner 286 C 7 MPa Efter turbiner 29 C 4 kpa 19

Innan HT turbin 286 C 7 MPa Efter HT turbin 160 C 0.6 MPa Efter mellanöverhettare, innan LT turbin 260 C 0.6 MPa Efter turbin 29 C 4 kpa 20

Fuktavskiljare och mellanöverhettare Kylflöde (havsvatten) 21

Fuktavskiljaren består av stålull där vattendropparna fastnar. Vattnet led sedan tillbaka till matarvattnet (som går in i reaktortanken). Där bidrar det varma vattnet till uppvärmningen av matarvattnet som kommer från kondensorn! 22

Mellanöverhettad kärnkraftsprocess påverkar inte verkningsgraden så mycket. Obs man snarast sänker medeltemperaturen för värmetillförsel! I boken (och inlupp 4): Här höjer man medeltemperaturen för värmetillförse vilket i allmänhet höjer verkningsgraden! 23

UA energi kör också med mellanöverhettning och två turbinsteg! Kraftvärmeverket: 24

286 C 7 MPa Regenerativ (matarvattenförvärmd) Rankinecykel Ett bra sätt att förbättra verkningsgraden i en Rankincykel är att förvärma matarvattnet, dvs det vatten som pumpas tillbaka in i kokaren. 30 C 4 kpa Om matarvattnet går in med låg temperatur kommer det att sänka temperaturen i kokaren => inte bra för verkningsgraden! 25

Regenerativ (matarvattenförvärmd) Rankinecykel Inte bra: Förvärmning sker genom att en liten del av ångflödet från turbinen tas undan för att värma matarvattnet. bättre: Mindre T skillnad ånga från turbinen 26

Regenerativ (matarvattenförvärmd) Rankinecykel ånga från turbinen 1. Öppen matarvattenförvärmning innebär att ånga blandas med vattnet från pumpen. 2. Sluten matarvattenförvärmning; där ångan ej blandas med vattnet utan värmer det via en värmeväxlare. matarvattenförvärmning 27

Regenerativ Rankinecykel med öppen matarvattenförvärmning 28

Regenerativ Rankinecykel med sluten matarvattenförvärmning När strömmarna inte blandas kan man ha olika tryck i ångan (från turbinen) och vätskan (från pumpen). Sluten matarvattenvärmning är det vanligaste i verkliga kraftverk. Ånga matarvattenförvärmning Matarvattnet värms 2 > 9. 3 och 9 samma T, olika P. 3 pumpas till tryck 4, blandas med 9 vilket ger sluttillstånd 5. 29

Antag att en ideal Rankinecykel utrustas med öppen matarvatten-förvärmning. Hur påverkas nettouttaget från turbinen? 1. Ökar 2. Minskar 3. Förblir samma 30

Antag att en ideal Rankinecykel utrustas med öppen matarvatten-förvärmning. Hur påverkas fukthalten i turbinen? 1. Ökar 2. Minskar 3. Förblir samma 31

Antag att en ideal Rankinecykel utrustas med öppen matarvatten-förvärmning. Hur påverkas Q_in i kokaren? 1. Ökar 2. Minskar 3. Förblir samma 32

Antag att en ideal Rankinecykel utrustas med öppen matarvatten-förvärmning. Hur påverkas Q_ut i kondensorn? 1. Ökar 2. Minskar 3. Förblir samma 33

Superkritisk Rankine cykel Kap 10 ångcykler: processer i 2 fasområdet Många kondenskraftverk har idag överkritiska tryck (P > 22.06 MPa) i kokaren. Detta ger en bättre termisk verkningsgrad och bra kvalitet på ångan i turbinens slutsteg. Dock ställer det krav på material pga de höga trycken. Dessutom är överkritiskt vatten mer korrosivt än vanligt vatten. 34

Kap 11 kylcykler Verkliga kylcykler Den vanligaste kylcykeln i tillämpningar innehåller förångning och kompression, dvs kylmediet byter fas. Problem som uppstår liknar de som finns i ångcykler (med vatten i 2 fas). 35

Vilket var användningsområdet för det första verkliga kylcyklerna (ca 1850)? 1. Kyla drycker och glass 2. Kyla mediciner 3. Göra is till pingviner och isbjörnar på zoo 4. Luftkonditionering 36

Kap 11 kylcykler Verkliga kylcykler De första kylcyklerna uppfanns i mitten på 1800 talet använde etyl eller eter som kylmedium. Tillämpningsområdena var att göra is och kylda drycker. På 1930 talet blev de allmänt tillgängliga. Idag är luftkonditionering det största användningsområdet. 37

Kap 11 kylcykler Repetition från kap 6: kylcykel/värmepump 38

Kap 11 kylcykler Omvända Carnot cykeln: teoretiskt maximum för en kylcykel mellan T H och T L. Men ej realistisk i praktiken eftersom: Process 2 3: kompression i 2 fas = svårt Process 4 1: expansion av kylmedel med högt fuktinnehåll i turbin = skadar turbinen kondensering COP COP R, Carnot HP, Carnot = T H 1 T L 1 = 1 T L 1 T H förångning 39

Kap 11 kylcykler Ideal kylcykel (innehåller en irreversibel komponent: strypventil) Skillnad mot Carnot: kylmedlet förångas helt innan kompression vill ej ha 2 fas i steg 1 2. turbinen ersätts med strypventil kondensering förångning 1 2: isentrop kompression i kompressor 2 3: isobar värmebortförsel i kondensor 3 4: expansion i strypventil eller expansionskärl 4 1: isobar värmetillförsel i förångare 40

Kap 11 kylcykler Ideal kylcykel 41

Kap 11 kylcykler Ideal kylcykel Ph diagram Ph diagram för ideal kylcykel: Konstant entalpi i strypventilen. Värmeöverföringen i kondensorn och förångaren sker vid konstant tryck. Q H och Q L är proportionella mot linjernas längd (Δh) 42

Kap 11 kylcykler Verklig kylcykel Strömningsfriktion > tryckfall Värmeutbyte med omgivningen Jämfört med ideala fallet: Kompressionen (1 2) ej isentrop Ångan överhettad ut från förångaren (punkt 1) Vätskan underkyld ut från kondensorn (4,5) Tryckfall i kondensorn och förångaren. 43

Kap 11 kylcykler Exempel 11 1 ur boken: ideal kylcykel (vapour compression refrigiration) En ideal kylmaskin använder R 134a som medium och arbetar mellan trycken 0.14 MPa och 0.8 MPa. Om kylmediets massflöde är 0.05 kg/s, bestäm: a) Hastigheten med vilken värme förs bort från det kylda utrymmet samt effekten in på kompressorn. b) Hastigheten med vilken värme överförs till omgivningen c) Kylmaskinens COP 44