Analys av ångcykeln på Oskarshamn 2 i samband med effekthöjning

Analys av ångcykeln på Oskarshamn 2 i samband med effekthöjning - med fokus på förvärmarkedjan Ellen Sundin Civilingenjörsprogrammet i energiteknik vid Umeå universitets tekniska högskola EN0904

Analysis of the Steam Cycle at Oskarshamn 2 with Emphasis on the Preheating Chain When Power is Increased Ellen Sundin Abstract The Swedish nuclear power plants are facing big refurbishments. This is mainly due to a lot of components getting old and also because of some planned increase in the power output. One power plant that will be subject to an increase in the power output is Oskarshamn 2. The aim of this thesis is to make a model of the steam cycle with emphasis on the power increase. The work has covered the preheating chain, the condensate pumps and the boiler feed pumps. To begin with two models were created. One of the plant before power increase and one after the power increase. This was done with a program called IPSEpro. Modeling and analysing of energy processes is only one sector of application of IPSEpro. The program oers great freedom to the user since it is possible to create your own components, for example a special model of a turbine. Two models for the condensing zone of a feed water heater have been created. These two models show similar trends when the conditions have been changed, but they diverge a bit from each other in absolute values. A number of interferences on the steam cycle of the plant after an increase of the power have been studied. Three cases with parts of the preheating chain out of order have been modelled. All cases resulted in a decrease in eciency and power output. This agrees well with the theory saying that preheating is used to increase the eciency. Also, two cases, where two drain pumps in the preheating chain have been out of order have been studied. These drain pumps are situated after the penultimate preheater and are pumping the drain from the preheater forward in the process chain. When the pump is out of order all drain is redirected to the condenser. This will also lower the eciency and the power output from the plant to decrease. i

Sammanfattning Den svenska kärnkraften står inför en stor upprustning i och med att många komponenters tekniska livslängd går till ända. Ett av verken som ska eekthöjas är Oskarshamn 2. Syftet med det här examensarbetet är att modellera och simulera ångcykeln med fokus på den planerade eekthöjningen. Arbetet har fokuserat på förvärmarkedjan, kondensatpumpar och matarvattenpumpar. Först skapades två modeller av anläggningen, en för den nuvarande anläggningen och en över anläggningen som den kommer att se ut efter den tänkta eekthöjningen. Detta har gjorts med ett program som heter IPSEpro. IPSEpro kan till exempel användas till att modellera och analysera processer inom energi. I programmet har användaren stor frihet att skapa egna komponeneter, till exempel en helt egen modell för en turbin. Två modeller för kondenseringsförvärmare har byggts. Dessa uppvisar liknande trender när förutsättningarna för dem ändras men i absoluta värden skiljer de sig från varandra. Ett antal olika störningar på den eekthöjda ångcykeln har studerats. Tre fall då olika delar av förvärmarkedjan är ur funktion har modellerats. För samtliga fall har verkningsgraden och generatoreekten sjunkit. Detta stämmer väl med teorin som säger att förvärmning medför en höjning av verkningsgraden. Sedan har även två fall med dränagepumpar i förvärmarkedjan ur funktion studerats. Dessa dränagepumpar sitter efter den näst sista förvärmaren och pumpar dränaget från förvärmaren framåt i kedjan. Då pumpen är ur funktion leds allt dränage till kondensorn. Även detta medför att verkningsgraden och eekten från anläggningen minskar. ii

Förord Detta examensarbete omfattar 30 högskolepoäng och är en obligatorisk del av civilingenjörsprogrammet i energiteknik vid Umeå universitet. Projektet är ett samarbete mellan Oskarshamns kraftgrupp och Lunds tekniska högskola. Det har utförts under höstterminen 2008. Jag har lärt mig en massa om ångcykler, o-design och mycket mer. Den person som bidragit mest till min kunskapsökning är Magnus Genrup, LTH. Jag vill tacka dig för lysande handledning, och för all tid du lagt ner på att svara på frågor. Jag vill tacka Johan Ohlsson och Sven Löfquist, båda OKG, för en utmärkt guidning in i kärnkraftvärlden. Må er framtid innehålla mycket potatis. Bertil Persson, OKG, du har bidragit med experthjälp då du tagit dig tid och svarat på frågor rörande ångcykelanalys på kärnkraftverk, tack. Tack till Åsa Lovén för att du ck mig till Lund och för din vänskap. Jag vill tacka Britt Andersson, Umeå universitet, för dina goda råd vid rapportskrivningen. Slutligen vill jag tacka alla på TS i Malmö för att ni alltid är så trevliga. Lund, februari 2009 Ellen Sundin iii

Innehåll 1 Inledning 1 2 Metod 1 3 Termodymiska cykler 3 3.1 Carnot-cykeln........................... 3 3.2 Rankine-cykeln.......................... 4 3.3 Verklig cykel............................ 4 3.4 Verkninggradsökning i cykeln.................. 4 3.5 Förvärmning............................ 6 4 Anläggningsbeskrivning 9 4.1 Högtrycksturbinen........................ 9 4.2 Fuktavskiljare och mellanöverhettare.............. 10 4.3 Lågtrycksturbiner......................... 10 4.4 Kondensor............................. 11 4.5 Kondensatpumpar........................ 11 4.6 Förvärmarkedja.......................... 12 4.6.1 Förvärmare 1....................... 12 4.6.2 Lågtrycksförvärmare 2-3................. 13 4.6.3 Matarvattenpump..................... 14 4.6.4 Högtrycksförvärmare................... 14 5 Uppgradering 14 5.1 Etapp 2.............................. 14 5.2 Etapp 3.............................. 14 6 Störfall 17 7 Program 17 7.1 O-design............................. 17 7.2 MDK................................ 18 7.3 PSExcel.............................. 18 8 Modellkomponenter 18 8.1 Förvärmare............................ 18 8.1.1 Teori - standardkomponent................ 19 8.1.2 Teori - Grädigkeit..................... 20 8.1.3 Modell - Grädigkeit.................... 21 8.1.4 Teori - U-värdesmodell.................. 21 iv

8.1.5 Modell U-värde...................... 21 8.2 Pumpar.............................. 23 8.2.1 Pumpmodellen...................... 23 8.3 Kondensatreningsanläggning................... 23 9 Jämförelse av kondenseringsförvärmarmodellerna 25 10 Resultat 25 10.1 Jämförelse av förvärmarmodellerna............... 25 10.2 Simuleringar............................ 28 10.2.1 Innan eekthöjning.................... 28 10.2.2 Efter eekthöjning.................... 31 10.2.3 Förbikoppling av ett lågtrycksförvärmarstråk...... 33 10.2.4 Förbikoppling av ett högtrycksförvärmarstråk..... 35 10.2.5 Förbikoppling av ett lågtrycksförvärmarstråk och ett högtrycksförvärmarstråk................. 37 10.2.6 En dränagepump ur funktion vid förvärmare 4..... 39 10.2.7 Två dränagepumpar ur funktion vid förvärmare 4... 41 10.2.8 Eekt........................... 43 11 Diskussion 44 11.1 Jämförelse av kondenseringsförvärmarmodellerna........ 44 11.2 Simuleringar............................ 44 11.2.1 Efter eekthöjning.................... 45 11.2.2 Förbikoppling av ett lågtrycksförvärmarstråk...... 45 11.2.3 Förbikoppling av ett högtrycksförvärmarstråk..... 46 11.2.4 Förbikoppling av ett lågtrycksförvärmarstråk och ett högtrycksförvärmarstråk................. 47 11.2.5 En dränagepump ur funktion vid förvärmare 4.... 49 11.2.6 Två dränagepumpar ur funktion vid förvärmare 4... 50 12 Slutsatser 52 12.1 Jämförelse av kondenseringsförvärmarmodellerna........ 52 12.2 Förbikoppling av ett lågtrycksförvärmarstråk.......... 52 12.3 Förbikoppling av ett högtrycksförvärmarstråk......... 52 12.4 Förbikoppling av ett lågtrycksstråk och ett högtrycksstråk.. 52 12.5 En dränagepump ur funktion vid förvärmare 4........ 52 12.6 Två dränagepumpar ur funktion vid förvärmare 4....... 53 12.7 Sammanfattande slutsatser.................... 53 v

Bilagor Bilaga A Källkod Bilaga B Jämförelse värmeväxlarmodeller Bilaga C Bilder av modellerna i IPSEpro Bilaga D Alternativ metod för modellering av kondenseringsförvärmare vi

1 Inledning Det pågår en stor upprustning av den svenska kärnkraften i takt med att kärnkraftverkens tekniska livslängd går till ända. Anläggningar moderniseras och eekthöjs. Så även Oskarshamns block 2. Detta examensarbete handlar om hur den planerade eekthöjningen på Oskarshamn 2 påverkar ångcykeln. Eekthöjningen ska ske genom att ångödet från reaktorn höjs i kombination med anläggningsändringar som höjer verkningsgraden. Anläggningändringarna innefattar bland annat nya turbiner och nya mellanöverhettare samt ny koppling av dessa. För att reaktorn ska kunna leverera det ökade massödet kommer det att bytas er bränsleelement än tidigare. Trycket i reaktorn hålls konstant. Anledningen till att trycket inte höjs är att det inte är tillåtet av säkerhetsskäl då det handlar om kärnkraft. Uppdragsgivare för arbetet är Oskarshamns kraftgrupp AB (OKG) och Lunds tekniska högskola (LTH). Syftet med arbetet är att analysera och modellera ångcykeln med fokus på den planerade eekthöjningen. Arbetet ska utgöra en referensstudie till de förslag som leverantörerna erbjuder. Inom detta mål har ett antal delmål satts upp. 1. Bygga och veriera anläggningsmodeller i IPSEpro (LTH:s standardverktyg för cykelanalys i o-design). 2. Utveckla komponenter för nukleära ångcykler. 3. Analysera störfall. Utgångspunkten för arbetet under det första delmålet är uppgifter om entalpi, tryck, massöde och temperatur i olika punkter i ångcykeln som erhålls av OKG. Uppgifterna utgörs dels av uppmätta värden för den nuvarande anläggningen, dels av beräknade värden för anläggningen efter eekthöjningen. Fokus för arbetet har varit förvärmarkedjan, kondesatpumpar och matarvattenpumpar. Arbetet har begränsats genom att ångan endast ansetts bestå av vatten och inte innehålla några föroreningar såsom joner och gaser. Inga tidsberoende analyser har genomförts. 2 Metod Arbetet inleddes med ett studiebesök i Oskarshamn och en rundtur på anläggningen. Vid studiebesöket erhölls värmebalanser över anläggningen dels för 1

nuläget och dels efter eekthöjning. Värmebalanserna bestod av en schematisk bild över anläggningen med värden för tryck, entalpi, temperatur och massöde i ett antal punkter. Vilka förändringar av ångcykeln som ska genomföras har OKG i princip redan bestämt. Förändringarna omfattar byte av högtrycksturbin för att den ska klara ett högre öde vid i princip samma tryck. Mellanöverhettarna byts ut till nya och kopplas på ett mer eektivt sätt. Även lågtrycksturbinerna byts ut. Det högre ödet från reaktorn gör att ödet till matarvattenpumparna ökar. För att slippa byta pumparna genomförs förändringar på processkopplingen på förvärmarkedjan för att minska ödet till matarpumpen. Målet med arbetet är att bygga en modell av anläggningen före och efter eekthöjning och sedan analysera hur anläggningen efter eekthöjning påverkas av olika störningar. Arbetet inleddes med inlärning av programmet IPSEpro. Sedan byggdes en designmodell av anläggningen i IPSEpro utifrån de värmebalanser som erhållits från OKG. En del komponenter utvecklades därefter. Utifrån designmodellen gjordes anläggningen om till en o-designmodell. Litteraturstudie har genomförts under arbetets gång. Skillnaden mellan en designmodell och en o-desginmodell är att o-designmodellen reagerar mer verklighetstroget än en designmodell. Ett exempel är en turbin. När en designturbin utsätts för större massöde går detta massöde igenom utan att trycket in i turbinen behöver öka. För en turbin i odesignläge ökar trycket med massödet. Ett studiebesök på Barsebäck har även genomförts. Barsebäck 1 och 2 var i princip likadana anläggningar som Oskarshamn 2. Då dessa verk inte längre är i drift är det möjligt att se på närmare håll hur alla komponenter ser ut i verkligheten. 2

3 Termodymiska cykler 3.1 Carnot-cykeln Carnot-cykeln är den mest eektiva cykel som opererar mellan två temperaturnivåer enligt [1]. Den består av fyra steg, jämför med gur 3.1: 1-2 Mediet värms reversibelt och isotermt (konstant temperatur) i en panna. 2-3 Isentrop (konstant entropi) expansion i en turbin. 3-4 Reversibel och isoterm kondensering. 4-1 Isentrop komprimering i en kompressor. Figur 3.1: Carnotcykeln i ett T-s diagram. Den inneslutna arean är mängden arbete som erhålls ur cykeln. Till vänster om den böjda linjen, faslinjen, är mediet i ytande form och till höger i gasform. I mitten erhålls en blandning. Carnot-cykeln är dock inte en lämplig cykel för ett kraftverk av ett antal skäl. Isoterm värmeöverföring i tvåfas-området är inte svårt att uppnå då det räcker med att ha konstant tryck, varför 1-2 och 3-4 går att genomföra i praktiken utan större problem. Det innebär dock en temperaturbegränsning, 3

dvs att hålla sig inom tvåfasområdet, och den kritiska punkten för vatten är 374 C. Detta begränsar den totala eektiviteten. Isentrop expansion i turbinen är inte möjligt att åstadkomma, men verkningsgrader upp till 95 procent är möjligt. Dock blir det mycket fukt i ångan som slår sönder turbinbladen. Det är svårt att kontrollera kondensorn så den kondenserar vattnet exakt till punkt 4. Komprimering av två faser (4-1) är problematiskt. 3.2 Rankine-cykeln Problemen med Carnot-cykeln kan lösas genom att överhetta ångan i pannan och kondensera den helt i kondensorn. Detta kallas en Rankinecykel, se gur 3.2. De fyra stegen kan beskrivas som nedan. 1-2 Isentrop kompression i en pump. 2-3 Isobar värmning i en panna. 3-4 Isentrop expansion i en turbin. 4-1 Isobar kylning i en kondensor. Turbinen har nu inte längre lika mycket fukt, och pumpen arbetar bara med en fas. 3.3 Verklig cykel I verkligheten går det inte att ha en cykel som den som beskrivs ovan. Detta beror på irreversibiliteter såsom friktion och värmeförluster till omgivningen. Cykeln ser istället som den streckade linjen i gur 3.3. Friktion orsakar tryckförluster i pannan, i kondensorn och i rör mellan komponenterna. Trycket in i turbinen blir lägre än det är i pannan på grund av förluster. Tryckförlusterna i kondensorn är normalt små. Alla tryckförluster gör att pumpen måste vara större. I verkligheten uppför sig inte turbinen och pumpen isentropt, varför linjerna från 3 till 4 respektive linjen från 1 till 2 inte är helt vertikala. 3.4 Verkninggradsökning i cykeln Det nns två sätt att öka verkningsgraden i cykeln, antingen öka temperaturen vid vilken värmet tillförs i pannan eller så minska medeltemperaturen vid vilken värme bortförs i kondensorn. 4

Figur 3.2: Rankine-cykeln i ett T-s diagram. Den inneslutna arean är den mängd arbete som erhålls i cykeln. I kondensorn antar ångan mättnadstemperatur. Om trycket sänks, sjunker mättnadstemperaturen. Medeltemperaturen vid vilken värme bortförs blir då lägre. Detta medför att mer värme måste tillföras pannan men inte lika mycket som förtjänsten av trycksänkningen. Då kondensortrycket sänks kommer ångan att innehålla mer fukt när den lämnar turbinen. Det är ogynnsamt då fukten bidrar till erosionsskador på turbinbladen. Medeltemperaturen vid vilken värme tillförs i pannan kan ökas genom att ångan överhettas ännu mer. Mer värme måste tillföras men verkningsgraden ökar. Detta minskar fukthalten i turbinen. Det går inte att överhetta hur mycket som helst då materialet i turbinen inte klarar av det, gränsen ligger vid ungefär 620 C. Genom att öka trycket i pannan höjs temperaturen vid vilken vattnet kokar höjs och således också medeltemperaturen vid vilken värme tillförs i pannan. Nackdelen är att det blir mer fukt i turbinen vid samma inloppstemperatur. Detta problem kan lösas med mellanöverhettning. Ångan får expandera något i en turbin och sedan upphettas av färskånga från pannan. Därefter expanderar den genom ännu en turbin. Detta ökar också medeltemperaturen vid vilken värme tillförs. 5

Figur 3.3: Den streckade linjen visar en verklig Rankine-cykel och den heldragna en ideal. Den inneslutna arean är den mängd arbete som erhålls i cykeln. 3.5 Förvärmning Verkningsgraden i cykeln kan höjas om temperaturen vid vilken värme tillförs pannan ökas. Eftersom kondensatet är förhållandevis kallt ökar verkningsgraden om det förvärms. Kondensatet och matarvattnet värms därför med avtappningar från turbinen. Det nns två olika typer av förvärmare, öppna och slutna förvärmare, se gur 3.4 och gur 3.5. I öppna förvärmare blandas avtappningen med matarvattnet. Innan matarvattnet kommer in till blandningstanken måste trycket höjas till avtappningstrycket för att det ska gå att blanda de två strömmarna. Det måste alltså sitta en pump före varje förvärmare som pumpar hela matarvattenödet, vilket är det negativa med öppna förvärmare. I slutna förvärmare värmeväxlas avtappningen och matarvattnet mot varandra. De behöver då inte ha samma tryck. Värmeväxlingen gör dock att matarvattnet inte kommer att vara lika varmt som avtappningen är då det lämnar värmeväxlaren, eftersom värmeväxlaren annars skulle behöva ha en oändlig area. Slutna förvärmare som får mättad eller våt ånga kan enligt [2] fysiskt bestå av en kondenseringsdel och en dränagekylardel. Dränaget från slutna förvärmare kan antingen pumpas framåt in i matar- 6

Figur 3.4: Figuren visar principen för en öppen förvärmare. Figur 3.5: Figuren visar principen för en sluten förvärmare. 7

vattnet eller föras bakåt till förvärmaren innan (kaskadkopplas). Om dränaget ska kaskadkopplas till förvärmaren innan, måste trycket på det sänkas dvs strypas bort. Dränaget från den första förvärmaren leds vanligen till kondensorn. Om dränaget ska föras framåt in i matarvattenödet måste trycket på det höjas med hjälp av en pump. Den här pumpen behöver inte vara lika stor som den pump som behövs framför varje öppen förvärmare, då dränageödet är mycket mindre, ungefär 5 procent av matarvattenödet. Kopplingen ger en lite bättre verkningsgrad om den används med förvärmare som inte har en dränagekylare. Detta då dränagekylaren gör att det som ska pumpas in i matarvattenstråket blir kallare. Det gör att matarvattnet blir kallare av inblandningen. Framåtpumpning är bra att ha på den första förvärmaren i en förvärmarkedja som annars är kaskadkopplad. Istället för att all värme kyls bort i kondensorn kan den pumpas framåt och tas till vara. 8

4 Anläggningsbeskrivning Denna anläggningsbeskrivning avser nuvarande anläggning, alltså innan den planerade eekthöjningen. Enligt [3] går ångan från reaktorn först in i högtrycksturbinen, se gur 4.1. Sedan passerar den en fuktavskiljare och en mellanöverhettare varefter den kommer till lågtrycksturbinen. Efter lågtrycksturbinen går ångan till kondensorn. Kondensatpumpar höjer sedan trycket på kondensatet. Förvärmarkedjan består av fem förvärmare, varav två högtrycksförvärmare. Figur 4.1: Översiktlig bild av ångcykeln på Oskarshamn 2. HT står för högtrycksturbin, LT för lågtrycksturbin, MÖH för mellanöverhettare och FV1-FV5 för förvärmare 1-5. 4.1 Högtrycksturbinen Ångan som kommer från reaktorn till högtrycksturbinen är mättad, vilket innebär att turbinerna får problem med fukt. Högtrycksturbinen är en dubbelströmmig symmetrisk axialturbin enligt [4]. Att den är dubbelströmmig innebär att den har två avlopp, se gur 4.2 och kan ta emot ett större mass- öde. Turbinen har av totalt elva steg. Ett steg består av en rotor och en stator. Efter nio steg är det en avtappning som värmer den sista förvärmaren, förvärmare 5. När ångan lämnat turbinen går en liten del till förvärmare 4 och 9

resten till fuktavskiljning och mellanöverhettning. Högtrycksturbinen står för ungefär 40 procent av elproduktionen i anläggningen. Figur 4.2: Högrycksturbinen är dubbelströmmig och har därmed två avlopp. Efter varje avlopp leds ångan till en fuktavskiljare och därefter till en mellanöverhettare. Från turbinen avtappas ånga som används till att värma förvärmare 5 och efter turbinen tas ånga för att värma förvärmare 4. MÖH står för mellanöverhettare, FV4 och 5 för förvärmare 4 och 5. 4.2 Fuktavskiljare och mellanöverhettare Då ångan från reaktorn var mättad är den efter högtrycksturbinen fuktig (ungefär 15 procent fukt). Fuktig ånga kan orsaka erosion på turbinbladen varför den därefter går till en fuktavskiljare och efter det till en mellanöverhettare. I verkligheten sitter fuktavskiljaren och mellanöverhettaren ihop i en komponent enligt [5]. Fuktavskiljaren höjer ånghalten till 99,5 procent. Mellanöverhettaren värms med ånga som kommer direkt från reaktorn. Ångan från reaktorn kondenserar i mellanöverhettaren. 4.3 Lågtrycksturbiner Anläggningen har tre lågtrycksturbiner. Samtliga är dubbelströmmiga symmetriska axialturbiner enligt [4]. Turbinerna är kopplade parallellt, ödet från mellanöverhettarna delar sig i tre delar när det kommer till lågtrycksturbinerna, se gur 4.3. Lågtrycksturbin 1 har totalt fem steg. Det är två avtappningar, en efter två steg och en efter fyra. Den första avtappningen värmer förvärmare 3 och den andra förvärmare 1. Lågtrycksturbin 2 och 3 10

är likadana. Även de har totalt fem steg och två avtappningar. Den första avtappningen är efter tre steg och den värmer förvärmare 2. Den andra avtappningen sker efter fyra steg och värmer förvärmare 1. Varje lågtrycksturbin står för ungefär 20 procent av den totala elproduktionen. Figur 4.3: Flödet från mellanöverhettarna delas upp på de tre turbinerna. Figuren visar de olika avtappningarna från lågtrycksturbinen och vilken förvärmare som de värmer. LT1-3 står för lågtrycksturbin 1-3 och FV1-3 för förvärmare 1-3. 4.4 Kondensor Kondensorn innehåller fyra kylskepp, fyra delar, vardera skepp består av fyra tubknippen enligt [6]. Varje knippe innehåller 1950 tuber som alla är nio meter långa. Havsvatten med ett öde på 26 m 3 /s strömmar igenom tuberna. Havsvattnet värms ungefär 10 C. 4.5 Kondensatpumpar Anläggningen har tre kondensatpumpar. Normalt används två och en är reserv. Pumparna går på konstant varvtal, 1500rpm enligt [7]. Efter pumparna är trycket vid normal drift ca 30 bar. Varje pump har vid full reaktoreekt ett öde på ungefär 260-270 kg/s. 11

4.6 Förvärmarkedja Förvärmarkedjan består av fem förvärmare, varav fyra är dubbla, se gur 4.4. Samtliga förvärmare är slutna. Totalt värms vattnet från ungefär 30 C till 185 C enligt [7]. Temperaturhöjningen är alltså ganska jämt fördelad över hela förvärmarkedjan med en ungefärlig ökning på 30 C per förvärmare. Förvärmare 2-5 är uppdelad i två delar, en del där ångan kondenserar och en där den kondenserade ångan kyls, dränagekylaren, se gur 4.5. Dränaget från dränagekylaren leds till kondenseringsdelen på förvärmaren innan. Figur 4.4: Förvärmare 2-5 är uppdelade i två stråk. Efter förvärmare 3 sitter det en matarvattenpump som höjer trycket. FV1-5 står för förvärmare 1-5. 4.6.1 Förvärmare 1 Förvärmare 1 består endast av en kondenseringsdel och ingen dränagekylare enligt [7]. Kondensatödet delas i två delar och går genom varsina tuber se gur 4.6. Ångmanteln är däremot gemensam. I förvärmare 1 höjs temperaturen från 29 C till 57 C. Efter förvärmare 1 går matarvattnet till en kondensatreningsanläggning. Där renas det från föroreningar, i huvudsak erosionsoch korrosionsprodukter men även föroreningar som kommer från kylvatten som läckt in i kondensorn. Detta sker med hjälp av ett jonbytarlter. 12

Figur 4.5: Den vänstra värmeväxlaren är kondenseringsdelen av förvärmaren och den högra är dränagekylaren. Figur 4.6: Schematisk bild över förvärmare 1. Ångmanteln är gemensam, medan matarvattnet går genom två tuber. I verkligheten består tuberna av många mindre tuber. 4.6.2 Lågtrycksförvärmare 2-3 Lågtrycksförvärmarnas kondenseringsdel är horisontellt placerade tvärströms U-tubvärmeväxlare enligt [7]. De är alltså placerade på samma ledd som åskådliggörs för förvärmare 1 i gur 4.6. Dränagekylarna är horisontellt placerade motströms U-tubvärmeväxlare. I lågtrycksförvärmare 2-3 höjs tem- 13

peraturen från 57 C till 112 C. 4.6.3 Matarvattenpump Matarvattenpumpen höjer trycket på kondensatet vid normaldrift från cirka 14 bar till cirka 78 bar enligt [8]. Det är totalt tre pumpar varav två normalt är i drift. Pumparna drivs via en hydralkoppling av en elmotor med konstant varvtal. Oljemängden mellan skivorna i hydralkopplingen styr varvtalet och gör att tryckökningen kan regleras. 4.6.4 Högtrycksförvärmare Högrycksförvärmarna (både kondenseringsdelen och dränagekylaren) är placerade vertikalt med inloppet på nedsidan enligt [7], även de är U-tubvärmeväxlare. Detta är för att tuberna ska vara vattenfyllda på matarvattensidan så att vattenslag pga högt tryck undviks. Högtrycksförvärmarna höjer temperaturen från ungefär 112 C till 185 C. 5 Uppgradering Under våren 2007 fattade OKG:s styrelse beslut om att eekten på Oskarshamn 2 ska höjas från 1800 till 2300 MW t enligt [9]. Denna eekthöjning ska ske i samband med att driften för Oskarshamn 2 säkerställs till 60 år, räknat från 1974 då reaktorn fasades in på nätet första gången, och att säkerheten på anläggningen höjs. Anläggningsförändringarna ska ske i tre etapper enligt [10]. Etapp 1 blev färdig 2007, etapp 2 ska genomföras under 2009 och etapp 3 under 2011. Det sker även mindre åtgärder under revisionsavställningarna 2008 och 2010. Målet för den elektriska eekten är 845 MW el men troligen kommer den att bli några MW lägre. 5.1 Etapp 2 År 2009 ska enligt [10] bland annat lågtrycksturbinerna och högtrycksförvärmarna bytas. Högtrycksförvärmarna ska bytas eftersom det är erosionsskador inuti dom. Anläggningen ska efter bytet fortfarande köras på 1800MW t men den elektriska eekten kommer att öka med ungefär 34,4MW el. 5.2 Etapp 3 Under 2011 ska enligt [10] bland annat högtrycksturbinen, fuktavskiljarna och mellanöverhettarna bytas. Fuktavskiljarna och mellanöverhettarna 14

byts enligt [9] av ålderskäl. Vid bytet ändras mellanöverhettarna till en tvåstegslösning för bättre verkningsgrad. Den största ändringen i åncykeln blir ökningen av den termiska eekten från 1800 till 2300 MW t som gör att mass- ödet i cykeln ökar. För förvärmarkedjan har enligt [10] ett antal olika alternativa processkopplingar analyserats men enligt [11] har framåtpumpning av dränaget från förvärmare 4 till efter förvärmare 4 valts, se gur 5.1. I nuläget går dränaget från förvärmare 4 till kondenseringsdelen på förvärmare 3, se gur 5.2. Framåtpumpningen gör att massödet till matarvattenpumparna inte ändras mycket och att pumparna då kan behållas. Anledning till att ödet passerar dränagekylaren innan pumpen är enligt [10] för att klara NPSH, alltså för att pumpen inte ska kavitera. Omkopplingen medför att ca 30 procent av det totala matarvattenödet inte passerar kondensatreningsanläggningen, men det ska inte påverka vattenkemin på ett ohanterligt sätt. Figur 5.1: Den vänstra värmeväxlaren på bilden är dränagekylaren till förvärmare 5, den i mitten kondenseringsdelen till förvärmare 4 och den till höger dränagekylaren till förvärmare 4. Pumpen längst till höger är matarvattenpumpen. För att matarvattenpumparna inte ska få ett högre öde då eekten på anläggningen ökar framåtpumpas dränaget från förvärmare 4. Till varje stråk måste en ny HT-dränagepump införskaas. 15

Figur 5.2: Den vänstra värmeväxlaren på bilden är dränagekylaren till förvärmare 5, den andra från vänster kondenseringsdelen till förvärmare 4, den andra från höger dränagekylaren till förvärmare 4 och den längst till höger kondenseringsdelen till förvärmare 3. Pumpen är matarvattenpumpen. Figuren visar hur det ser ut i nuläget. Om denna koppling, kaskadkopplingen, skulle behållas skulle matarvattenpumparna få ett högre öde. 16

6 Störfall För att se hur ångcykeln efter eekthöjning påverkas av olika störningar ska fem störfall analyseras. Dessa störfall har valts tillsammans med avdelning TM på OKG. De är: Förbikoppling av ett lågtrycksförvärmarstråk Förbikoppling av ett högtrycksförvärmarstråk Förbikoppling av ett lågtrycksförvärmarstråk och ett högtrycksförvärmarstråk En dränagepump ur funktion vid förvärmare 4 Två dränagepumpar ur funktion vid förvärmare 4 Förbikoppling av ett förvärmarstråk innebär att hälften av ödet inte passerar genom värmeväxlarna. Vid förbikoppling av ett lågtrycksförvärmarstråk går all avtappning från lågtrycksturbinen endast till det öppna stråket. Då ett av högtryckstråken kopplas förbi går hälften av ödet från mellanöverhettarna och fuktavskiljaren till kondensorn. Avtappningarna från högtrycksturbinen och efter högtrycksturbinen går bara till det öppna stråket. Den dränagepump som avses är den nedre pumpen i gur 5.1. När den är ur funktion ska allt öde istället gå till kondensorn. Det nns två sådana pumpar, en vid varje stråk varför även fallet med två pumpar ur funktion analyseras. 7 Program Programmet som använts för att skapa simuleringarna heter IPSEpro. IPSEpro är enligt [12] ett exibelt program som kan användas till att modellera och analysera processer inom energi, kemi och andra områden. Programmet ger användaren en stor frihet, med möjligt att skapa helt egna komponenter, till exempel värmeväxlare. Komponenter skapas med programmet MDK (Model Development Kit). 7.1 O-design O-design innebär att komponenterna (till exempel turbiner och värmeväxlare) är skapade så att de uppför sig verklighetstroget när förutsättningarna avviker från designpunkten, med avseende på till exempel massöde, tryck 17

och temperatur. När en o-design-modell ska skapas är första steget att skapa en modell över designfallet. Designfallet är det referensfall som modelleringen utgår ifrån. Sedan kan värdena på ett antal parametrar bestämmas i designfallet som används i o-designmodellen. Ett exempel kan vara att för en värmeväxlare i designfallet är entalpin ut ur värmeväxlaren för den kalla uiden specicerad medan den inte är det i o-designfallet, då utnyttjas modeller som beskrivs nedan. 7.2 MDK Med IPSEpro följer ett antal färdiga standardkomponenter för till exempel turbiner. Ibland passar inte dessa för det tänkta ändamålet. Då kan standardkomponenterna modieras alternativt kan helt nya komponenter skapas. För att göra dessa modieringar används programmet MDK. I MDK specicerar användaren ett antal ekvationer för komponenten. Det kan till exempel vara att massödet in i komponenten ska vara det samma som massödet ut ur den. För mer information om MDK se bilaga A.1. 7.3 PSExcel IPSEpro kan kopplas till Microsoft Oce Excel. Med hjälp av Excel kan ett värde ändras stegvis och önskade värden skrivas ut i ett Excel-dokument. Detta är praktiskt då det annars vore nödvändigt att göra detta för hand. 8 Modellkomponenter Komponenter från ett standardbibliotek har från början använts till att bygga modellerna. Sedan har vissa komponenter bytts ut mot komponenter utvecklade av avdelningen för kraftverksteknik vid Lunds tekniska högskola. Efter hand har även vissa komponenter vidareutvecklats för att passa den aktuella anläggningen. 8.1 Förvärmare Två modeller för kondenseringsförvärmare har utvecklats utifrån en komponent i standardbiblioteket APP_Lib. Nedan beskrivs teorin bakom dessa två modeller samt implementeringen av teorin i MDK. Till dränagekylarna har standardkomponenten använts. 18

8.1.1 Teori - standardkomponent Källkoden till standardkomponenten nns i bilaga A.2. Symbolen för komponenten kan ses i gur 8.1. Det kan där ses att det nns en möjlighet att koppla in varma strömmar på tre ställen. Feed_rc, en extra inmatning, behöver inte vara inkopplad, men det måste feed_hot och övriga ingångar och utgångar vara. Figur 8.1: Figuren visar den använda symbolen för värmeväxlaren. Modellen baseras på den logaritmiska medeltemperaturdierensmetoden som nns beskriven i [13]. Den säger att värmemängden som överförs i värmeväxlaren kan beräknas enligt ekvation 1. Q = UA s T lm (1) Där T lm är den logaritmiska medeltemperaturdierensen som beräknas enligt ekvation 2. U är värmeöverföringskoecienten och A s den värmeöverförande ytan. T lm = ( T 1 T 2 ) ln ( T 1 / T 2 ) T 1 respektive T 2 är temperaturdierensen mellan de två uiderna i ändarna av värmeväxlaren. När T 1 och T 2 skiljer sig mindre än 40 procent erhålls ett fel på mindre än 1 procent om den artimetiska temperaturdierensen (vanligt medelvärde) används istället för den logaritmiska medeltemperaturdierensen. I standardkomponenten har en if-sats lagts till. Om skillnaden mellan T 1 och T 2 är större än 20 procent används den logaritmiska medeltemperaturdierensen och om skillnaden är mindre, den aritmetiska temperaturdierensen. (2) 19

8.1.2 Teori - Grädigkeit Grädigkeit är enligt [14] denerad som skillnaden mellan det varma mediets kondenseringstemperatur och det kalla mediets temperatur ut ur värmeväxlaren. Grädigkeit för en kondenseringsförvärmare följer sambandet Grädigkeit är 60 procent av designfallet vid halva ödet och har ett linjärt beroende (Magnus Genrup, tekn. dr, november 2008, muntlig källa). Sambandet är empiriskt. Detta beskrivs i gur 8.2. Linjen som erhålls beskrivs med ekvation 3, där x och y är i decimalform. Detta samband kan användas för o-design modeller. Figur 8.2: Figuren visar sambandet mellan Grädigkeit och öde för en kondenseringsförvärmare. Linjen går genom punkterna (100,100) och (50,60). y = 4 x + 0.2 (3) 5 Tryckfallet i ett horisontellt rör är enligt [15] direkt proportionellt mot volymödet i kvadrat. Detta kan användas i o-design, genom att proportionalitetskonstanten beräknas i designläget då tryckfallet och volymödet är kända. Sedan kan tryckfallet beräknas utifrån volymödet och proportionalitetskonstanten. Detta används för den kalla uiden. 20

8.1.3 Modell - Grädigkeit Källkoden kan ses i bilaga A.3. I koden har ett Load Case lagts till. Detta kan man sätta antingen i design eller o-designläge. Två olika grädigkeit används, ett design-värde och ett o-designvärde. Om Load Case är i designläge är dessa lika. Om Load Case är i o-designläge beräknas o-designvärdet utifrån design-värden för Grädigkeit och massödet med hjälp av tidigare beskriven teori. Tryckfallet för det kalla mediet kan antingen speciceras eller så kan proportionalitetskonstanten speciceras. 8.1.4 Teori - U-värdesmodell Enligt [2] kan U-värdet för en värmeväxlare i kondenseringsdelen beskrivas empiriskt med grafen i gur 8.3. Temperaturen på de olika kurvorna är lmtemperaturen som beräknas enligt ekvation 4. T f = T sat 0.8 T lm (4) I ekvation 4 är T sat mättnadstemperaturen för det varma mediet. T lm är den logaritmiska medeletemeraturen som beskrivits i ekvation 2. Massödet kan beräknas som produkten av tvärsnittsarean i rören och strömningshastigheten. Om strömningshastigheten och massödet är känt i ett driftsfall kan således tvärsnittsarean beräknas. Med den kunskapen kan strömningshastigheten alltid beräknas utifrån massödet. 8.1.5 Modell U-värde Graferna i gur 8.3 har delats upp i fem mindre delar i vilka graferna approximerats till att vara linjära. Tryckfallets proportionalitet mot volymödet som beskrivits under grädigkeit-modellen har även här tagits med. Koden till komponenten kan ses i bilaga A.4. 21

Värmeöverföringskoefficent, U [W/(m 2 C)] 6000 5000 4000 3000 2000 1000 121 C 107 C 93 C 79 C 66 C 52 C 38 C T film T =T 0.8 LMTD film sat 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Strömningshastighet [m/s] Figur 8.3: Figuren visar hur värmeövergångstalet för en kondenseringsförvärmare varierar med strömningshastigheten och lmtemperaturen. Den här guren är omgjord av Magnus Genrup till SI-enheter utifrån en gur i [2]. 22

8.2 Pumpar De pumpar som nns med i modellerna är kondensatpump, matarvattenpump, kylvattenpump och i uppgraderingsmodellen nns det pumpar vid högtrycksförvärmarna. På vissa ställen är pumparna er än en, t ex nns det tre parallellkopplade kondensatpumpar, varav två normalt är i drift, men de har simulerats som en. Detta då pumpmodellen i sig inte varit så avancerad att det har inverkat om de varit två parallella pumpar. 8.2.1 Pumpmodellen Pumpmodellen som använts kommer från standardbiblioteket. Denna har inte utvecklats vidare. Den har två inparametrar, en mekanisk verkningsgrad och en pumpverkningsgrad. Koden, se bilaga A.5, består av tre funktioner. Den första behandlar massbalansen och säger att massödet in är lika med massödet ut. Den andra ser ut som nedan. feed.s=drain.composition.fs(drain.p,feed.h+(drain.h-feed.h)eta_p); Uttrycket drain.composition.fs innebär att entropin efterfrågas från en ångtabell genom att tryck och entalpi anges. Den säger att punkten feed i gur 8.4 har samma entropi som punkten drain, s i samma gur. Den andra punkten är uttryckt med hjälp av trycket drain.p och pumpverkningsgraden eta_p. Det kan också skrivas som ekvation 5. h = h s η p (5) Den tredje delen av koden behandlar den mekaniska verkningsgraden, att mer eekt måste tillföras än just den som motsvarar entalpiökningen för det aktuella massödet. 8.3 Kondensatreningsanläggning En komponent för kondensatreningsanläggningen har tagits fram. Då simuleringarna görs med bara vatten och utan föroreningar behöver denna komponent inte rena vattnet. Det den däremot gör är att den simulerar det tryckfall som sker över anläggningen. Den fungerar som en ventil men har en annan symbol. 23

Figur 8.4: Entalpi-entropi diagram för en pump. 24

9 Jämförelse av kondenseringsförvärmarmodellerna För att se om de två värmeväxlarmodellerna skiljer sig åt eller om de uppträder relativt lika har en studie av dem gjorts. Det som är intressant att studera är den kalla uidens temperatur ut ur värmeväxlaren och massödet hos den varma uiden. Då det är satt att den varma uiden ska underkylas 0,1 C och avtappningstrycket är bestämt, är temperaturen ut ur värmeväxlaren på den varma uiden bestämd. Tryckfallet över värmeväxlaren hos både den kalla och varma uiden påverkas inte av vilken modell som används. Det fall som valts för jämförelsestudien är förvärmare 3:s kondenseringsdel efter uppgradering. I bilaga B gur B.1 och B.2 kan det ses vad som specicerades i de olika modellernas designfall. Utifrån dessa design-modeller skapades o-designmodeller. Vad som var specicerat i dem kan ses i bilaga B gur B.3 och B.4. Två parametrar har valts att variera, den kalla uidens massöde och dess temperatur. Den kalla uidens massöde har varierats från 150 till 600 kg/s och dess temperatur från 75 C till 120 C. 10 Resultat 10.1 Jämförelse av förvärmarmodellerna Det kalla massödet har varierats. Temperaturen på det kalla ödet ut samt massödet på den varma uiden registrerats för den variationen, se gur 10.1 och 10.2. Modellerna följer varandra bra även om de avviker lite i absoluta värden. Sedan har temperaturen på det kalla massödet varierats och temperaturen på det kalla ödet ut samt massödet på den varma uiden registrerats, se gur 10.3 och 10.4. I gur 10.3 följer graferna inte varandra alls. Det är även ett hack på kurvan för U-värdesmetoden. I gur 10.4 följer graferna varandra ganska bra. 25

123.5 U värde Grädigkeit 123 Kall temperatur ut [Celcius] 122.5 122 121.5 121 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 Kallt massflöde [kg/s] Figur 10.1: De två värmeväxlarmodellerna har jämförts genom att det kalla massödet har varierats. Temperaturen ut på det kalla ödet har registrerats. 26 24 U värde Grädigkeit Varmt massflöde [kg/s] 22 20 18 16 14 12 10 8 6 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 Kallt massflöde [kg/s] Figur 10.2: De två värmeväxlarmodellerna har jämförts genom att det kalla massödet har varierats. Det varma massödet har registrerats. 26

123.5 123 U värde Grädigkeit Kall temperatur ut [Celcius] 122.5 122 121.5 121 120.5 120 119.5 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 Kall temperatur in [Celcius] Figur 10.3: De två värmeväxlarmodellerna har jämförts genom att temperaturen på det kalla ödet har varierats. Temperaturen ut på det kalla ödet har registrerats. 60 50 U värde Grädigkeit Varmt massflöde [kg/s] 40 30 20 10 0 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 Kall temperatur in [Celcius] Figur 10.4: De två värmeväxlarmodellerna har jämförts genom att temperaturen på det kalla ödet har varierats. Det varma massödet har registrerats. 27

10.2 Simuleringar Nedan nns resultaten från de simuleringar som gjorts. I samtliga fall har Grädigkeit-modellen använts för värmeväxlarna då U-värdesmodellen var problematisk att få att fungera i modellen. Anledningen är att den har så många if-satser och då inte är lika kontinuerlig och snäll som Grädigkeit-modellen. Tyvärr var det problem med att få modellerna att fungera med sambandet, att tryckfallet i värmeväxlaren beror av massödet. Därför är tryckfallen i värmeväxlarna konstanta. Observera att punkterna som är utmärkta i de olika gurerna inte alla sitter på samma ställe i alla gurer, dvs punkt ö kan vara på olika ställen i olika gurer. Även om de ofta är lika. 10.2.1 Innan eekthöjning I gur 10.5 kan en förenklad bild av den bentliga anläggningen ses. Fuktavskiljaren och mellanöverhettaren är i verkligheten dubbla, det är två parallella stråk. Men i denna förenklade bild är de ihoplagda till ett. Även FV2-5 är i verkligheten två dubbla stråk. Stråken går dock ihop vid matarvattenupmparna. I tabell 1 kan värdena för de olika utmärkta punkterna i gur 10.5 utläsas. I bilaga C nns en bild från IPSEpro över modellen, som är lite mer detaljerad. 28

Figur 10.5: Förenklad översiktsbild över anläggningen i nuläget. Värden i de bokstavsmärkta punkterna kan ses i tabell 1. HT står för högtrycksturbin, LT för lågtrycksturbin, MÖH för mellanöverhettare, FV1-5 för förvärmare 1-5 och KRA för kondensatreningsanläggning. Den omärkta komponenten mellan punkt k och punkt o är kondensorn. Pumpen direkt efter kondensorn är kondensatpumpen. 29

Tabell 1: Tabellen visar entalpin, massödet, trycket och temperaturen i olika punkter utmärkta i gur 10.5 för anläggningen innan eekthöjning. Index Entalpi [kj/kg] Massöde [kg/s] Tryck [bar] Temperatur [ C] a 2772 906,0 67,6 283,5 b 2772 831,5 62,33 278,1 c 2541 41,34 5,965 191,7 d 2448 790,1 6,716 163,3 e 2448 68,83 6,716 163,3 f 689,9 105,8 6,716 163,3 g 2751 615,5 6,716 163,3 h 2772 72,98 67,60 283,5 i 2943 615,5 6,429 243,8 j 1150 72,98 49,28 263,0 k 2325 539,5 0,04677 31,69 l 2423 18,30 0,1926 59,25 m 2637 36,39 0,8996 96,68 n 2718 21,28 1,774 124,7 o 126,0 539,5 0,04389 30,08 p 130,5 539,5 26,70 30,56 q 242,2 541,0 26,17 57,33 r 236,3 364,9 42,72 55,59 s 239,8 906,0 23,79 56,81 t 381,1 453,0 20,41 90,61 u 479,7 906,0 14,15 114,1 v 488,7 906,0 77,91 115,2 w 668,0 906,0 74,88 157,3 x 787,5 906,0 72,69 184,8 A 29,52 24888 1,013 7 B 77,21 24888 1,013 18,40 30

10.2.2 Efter eekthöjning Efter eekthöjning ser ångcykeln ut som i gur 10.6. I förvärmarkedjan frammåtpumpas dränaget från förvärmare 4. Även i denna gur är de två förvärmarstråken ritade som ett. Ett antal punkter är utmärkta med bokstäver, entalpi, massöde, tryck och temperatur för dessa punkter kan ses i tabell 2. I bilaga C nns en bild från IPSEpro över modellen, som är lite mer detaljerad. Figur 10.6: Förenklad översiktsbild över anläggningen efter eekthöjning. Värden i de olika punkterna utmärkta med bokstäver kan ses i tabell 2. HT står för högtrycksturbin, LT för lågtrycksturbin, MÖH för mellanöverhettare, FV1-5 för förvärmare 1-5 och KRA för kondensatreningsanläggning. Den omärkta komponenten mellan punkt n och punkt o är kondensorn. Direkt efter kondensor är kondensatpumpen. 31

Tabell 2: Tabellen visar entalpin, massödet, trycket och temperaturen i olika punkter utmärkta i gur 10.6 för anläggningen efter eekthöjning. Index Entalpi [kj/kg] Massöde [kg/s] Tryck [bar] Temperatur [ C] a 2772 1202 65,77 281,6 b 2772 1120 62,93 278,7 c 2553 92,24 19,73 211,7 d 2482 998,4 9,228 176,4 e 2603 29,04 19,73 211,7 f 2772 81,07 65,77 281,6 g 2482 60,81 9,228 176,4 h 2763 806,8 9,228 176,4 i 2825 806,8 8,929 196,0 j 747,4 130,7 9,228 176,4 k 880,1 29,04 17,64 206,1 l 1229 81,07 62,83 278,6 m 2980 806,8 8,696 264,8 n 2320 671,2 0,07489 40,26 o 139,3 671,2 0,05804 33,26 p 143,0 671,2 25,81 33,59 q 2733 32,76 2,212 133,8 r 2643 48,69 1,278 106,6 s 1738 54,24 0,2745 67,06 t 265,9 672,7 22,03 63,09 u 281,0 135,7 35,64 66,70 v 268,4 808,3 20,19 63,73 w 417,4 808,3 17,49 99,31 x 511,3 808,3 13,28 121,6 y 521,1 808,3 77,93 122,8 z 728,0 808,3 76,31 171,2 å 591,2 393,9 86,25 139,4 ä 861,1 1202 73,81 201,4 A 29,52 32797 1,013 7 B 74,11 32797 1,013 17,66 32

10.2.3 Förbikoppling av ett lågtrycksförvärmarstråk I gur 10.7 visas den eekthöjda anläggningen med ett lågtrycksförvärmarstråk förbikopplat. Detta sker från punkt v till punkt x. Förvärmare 4 och 5 är fortfarande två stråk, men förvärmare 2 och 3 endast ett. Tabell 3 visar värden för punkterna utmärkta med bokstäver i gur 10.7. I bilaga C nns en bild från IPSEpro över modellen, som är mer detaljerad. Figur 10.7: Figuren visar anläggningen efter eekthöning med ett lågtrycksförvärmarstråk förbikopplat. Värden i punkterna utmärkta med bokstäver kan ses i tabell 3. HT står för högtrycksturbin, LT lågtrycksturbin, MÖH mellanöverhettare, FV1-5 förvärmare 1-5 och KRA för kondensatreningsanläggning. Den omärkta komponenten mellan punkt n och o är kondensorn. Pumpen direkt efter kondensorn är kondensatpumpen. 33

Tabell 3: Tabellen visar entalpin, massödet, trycket och temperaturen i olika punkter utmärkta i gur 10.7 för ett lågtrycksförvärmarstråk förbikopplat. Index Entalpi [kj/kg] Massöde [kg/s] Tryck [bar] Temperatur [ C] a 2772 1200 65,77 281,6 b 2772 1120 62,86 278,6 c 2543 110,9 19,28 210,5 d 2478 980,6 8,82 174,5 e 2600 28,71 19,28 210,5 f 2772 78,78 65,77 281,6 g 2478 87,94 8,822 174,5 h 2478 892,6 8,822 174,5 i 2826 767,5 8,523 195,3 j 739,0 125,1 8,822 174,5 k 874,4 28,71 17,19 204,9 l 1229 78,78 62,83 278,6 m 2984 767,5 8,290 266,1 n 2320 677,3 0,07567 40,46 o 2320 677,3 0,07567 40,46 p 144,0 677,3 25,81 33,83 q 2748 15,92 2,259 140,7 r 2653 23,23 1,277 106,6 s 1827 51,11 0,2757 67,16 t 266,2 678,8 22,03 63,16 u 281,0 90,26 35,64 66,43 v 267,9 769,0 20,19 63,61 w 418,1 384,5 17,49 99,46 x 514,4 384,5 13,28 122,3 y 400,9 769,0 77,93 94,28 z 720,6 769,0 76,31 169,5 å 514,4 431,4 86,25 121,1 ä 856,0 1200 73,81 200,3 ö 267,9 384,1 20,19 63,61 A 29,52 32797 1,013 7 B 74,50 32797 1,013 17,75 34

10.2.4 Förbikoppling av ett högtrycksförvärmarstråk En schematisk bild över störfallet då ett högtrycksstråk förbikopplas visas i gur 10.8. I tabell 4 kan värden ses, för punkterna som är utmärkta med bokstäver i gur 10.8. Ett högtrycksstråk är förbikopplat från punkt y till ö. Detta innebär att förvärmare 4 och 5 inte är dubbla men att förvärmare 2 och 3 fortfarande är det. I verkligheten går hälften av dränaget från fuktavskiljaren, hälften av dränaget från mellanöverhettare 1 och mellanöverhettare 2 till kondensorn då inte det ena stråket behöver värmas längre. Detta är medtaget i simuleringarna men inte i den förenklade bilden. I bilaga C nns en bild från IPSEpro över modellen, som är mer detaljerad. Figur 10.8: Förenklad översiktsbild över anläggningen efter eekthöjning och med ett högtrycksstråk förbikopplat. Värdena i punkterna utmärkta med bokstäver kan ses i tabell 4. HT står för högtrycksturbin, LT för lågtrycksturbin, MÖH för mellanöverhettare, FV1-5 för förvärmare 1-5 och KRA för kondensatreningsanläggning. Den omärkta komponenten mellan punkt n och o är kondensorn. Pumpen efter kondensorn är kondensatpumpen. 35

Tabell 4: Tabellen visar entalpin, massödet, trycket och temperaturen i olika punkter utmärkta i gur 10.8 för ett högtrycksförvärmarstråk förbikopplat. Index Entalpi [kj/kg] Massöde [kg/s] Tryck [bar] Temperatur [ C] a 2772 1117 65,77 281,6 b 2772 1034 58,45 273,9 c 2608 46,69 19,06 210,0 d 2487 959,6 9,123 175,9 e 2608 27,42 19,06 210,0 f 2772 81,75 65,77 281,6 g 2487 36,38 9,123 175,9 h 2763 797,0 9,123 175,9 i 2822 797,0 8,824 194,6 j 745,3 126,3 9,123 175,9 k 871,4 27,42 16,97 204,2 l 1229 81,75 62,83 278,6 m 2981 797,0 8,591 264,9 n 2329 648,4 0,07773 40,97 o 142,9 766,2 0,06088 34,13 p 146,6 766,2 25,81 34,46 q 2730 37,22 2,137 132,1 r 2641 55,15 1,243 105,8 s 1762 56,15 0,2604 65,88 t 259,0 767,7 22,03 61,45 u 281,0 148,5 35,64 66,42 v 262,6 916,2 20,19 62,34 w 411,7 916,2 17,49 97,94 x 505,9 916,2 13,28 120,3 y 515,7 916,2 77,93 121,6 z 723,5 458,1 76,31 170,1 å 585,7 200,7 86,25 137,9 ä 712,9 1117 73,81 167,7 ö 515,7 457,6 77,93 121,6 æ 849,8 658,8 73,81 198,9 A 29,52 32797 1,013 7 B 75,52 32797 1,013 17,99 36

10.2.5 Förbikoppling av ett lågtrycksförvärmarstråk och ett högtrycksförvärmarstråk I gur 10.9 visas en översiktsbild över den eekthöjda anläggningen med förbikoppling av ett lågtrycksstråk (förvärmare 2 och 3) och ett högtrycksstråk (förvärmare 4 och 5). I denna förenklade bild syns det inte att hälften av dränaget från fuktavskiljaren och hälften av dränaget från högtrycksförvärmare 4 och 5 leds till kondensorn. Entalpi, massöde, tryck och temperatur i punkterna märkta med bokstäver redovisas i tabell 5. I bilaga C nns en bild från IPSEpro över modellen, som är mer detaljerad. Figur 10.9: Figuren visar en översiktsbild av den eekthöjda anläggningen med ett lågtrycksstråk och ett högtrycksstråk förbikopplade. Värden i punkterna märkta med bokstäver kan ses i tabell 5. HT står för högtrycksturbin, LT för lågtrycksturbin, MÖH för mellanöverhettare, FV1-5 för förvärmare 1-5 och KRA för kondensatreningsanläggning. Den omärkta komponenten mellan punkt n och o är kondensorn. Pumpen direkt efter kondensorn är kondensatpumpen. 37

Tabell 5: Tabellen visar entalpin, massödet, trycket och temperaturen i olika punkter utmärkta i gur 10.9 för ett lågtrycksförvärmarstråk och ett högtrycksförvärmarstråk förbikopplat. Index Entalpi [kj/kg] Massöde [kg/s] Tryck [bar] Temperatur [ C] a 2772 1091 65,77 281,6 b 2772 1010 57,08 272,4 c 2607 54,69 18,38 208,2 d 2483 928,6 8,701 173,9 e 2607 26,55 18,38 208,2 f 2772 79,81 65,77 281,6 g 2483 52,25 8,701 173,9 h 2761 756,2 8,701 173,9 i 2822 756,2 8,402 193,3 j 736,4 120,2 8,701 173,9 k 862,8 26,55 16,29 202,2 l 1229 79,81 62,83 278,6 m 2985 756,2 8,169 266,2 n 2329 658,7 0,07885 41,23 o 144,3 772,0 0,06200 34,46 p 148,0 772,0 25,81 34,79 q 2746 18,13 2,201 139,8 r 2652 26,25 1,249 105,9 s 1853 53,13 0,2657 66,33 t 260,8 773,5 22,03 61,87 u 281,0 97,52 35,64 66,43 v 263,1 871,0 20,19 62,45 w 413,2 435,5 17,49 98,30 x 510,2 435,5 13,28 121,3 y 396,3 871,0 77,93 93,18 z 715,8 435,5 76,31 168,4 å 508,9 220,1 86,25 119,8 ä 664,2 1091 73,81 156,5 ö 396,3 435,3 77,93 93,18 æ 842,0 655,6 73,81 197,1 ü 263,1 435,3 20,19 62,45 A 76,06 32797 1,013 18,12 B 29,52 32797 1,013 7 38