Introforelesning Semesteroppgave om Dampturbin

TEP 4115 Termodynam

iske systemer

DAMPTURBINER

- Introduksjon -

Introforelesning Semesteroppgave om Dampturbin

TEP 4115 Termodynam

iske systemer

Hero(n) fra Alexandria (2000 år siden)

Leketøy!

Bruk av damp har en lang historie:

Watt’s Dampmaskin (250 år siden)

Industrielle anvendelser!

Introforelesning Semesteroppgave om Dampturbin

TEP 4115 Termodynam

iske systemer

Damp er også viktig i dagens virkelighet

• Ca 60% av verdens energiproduksjon kommer fra forbrenning av fossile brensler; ca 15% fra atomkraft.

• Dampturbiner driver 80% av alle generatorer for produksjon av elektrisitet fra fossile kilder

Introforelesning Semesteroppgave om Dampturbin

TEP 4115 Termodynam

iske systemer

Eksempel: Gasskraftverk

Virkningsgrader: Gassturbin alene: η=0.30 – 0.35 Dampturbin alene: η=0.30 – 0.40 Kombinert: η=0.45 – 0.60

Fornybare kilder: Geotermi (Hellisheiði kraftverk, Island)

•  Ca 200 MWe fra 4 parallelle turbiner og 1 lavtrykksturbin.

Introforelesning Semesteroppgave om Dampturbin

TEP 4115 Termodynam

iske systemer

Fornybare kilder: Soltermisk Solar driven steam cycle

Source:http://www.solugas.com/index/stp.html

Introforelesning Semesteroppgave om Dampturbin

TEP 4115 Termodynam

iske systemer

Dampturbinprosessen

Wnet = W2-3 + W3-4

– W4-1 – W1-2

Introforelesning Semesteroppgave om Dampturbin

TEP 4115 Termodynam

iske systemer

Den idealiserte Carnot-syklusen (kap. 5 i M&S)

Wnet > 0 når vi roterer med urviseren

Sykliske Prosesser (Kap. 2 i M&S) “Energi og Termodynamikkens 1. lov”

Introforelesning Semesteroppgave om Dampturbin

TEP 4115 Termodynam

iske systemer

§  Energianalyse av Sykliske Prosesser (1. Lov) u  ΔEcycle = Qcycle – Wcycle = 0 è Wcycle = Qcycle

Eksempel: Kraftproduksjon

1cycle in out out

in in in

W T T TQ T T

η −= = = −System

Tin

Tout

Qin

Qout

Wcycle

Tin > Tout

Introforelesning Semesteroppgave om Dampturbin

TEP 4115 Termodynam

iske systemer

Carnot type Dampkraftsyklus

Virkningsgrad: ηC = 1–TC / TH

Introforelesning Semesteroppgave om Dampturbin

TEP 4115 Termodynam

iske systemer

Ideell Rankine Syklus i Ts-diagram (dampturbinprosess)

1-2: Isentropisk kompresjon av matevann til kjeltrykket

2-3: Oppvarming av vann til fordampningstemperatur

3-4: Fordampning av vann

4-5: Overheting av damp

5-6: Isentropisk ekspansjon av damp i turbin

6-1: Kondensasjon av damp Kjel omfatter 2-3-4-5

Reell ekspansjonsprosess (Isentropisk Virkningsgrad for Turbin)

Introforelesning Semesteroppgave om Dampturbin

TEP 4115 Termodynam

iske systemer

1 2

1 2

( ) ( )t

s

h hh h

η −=−

Dampkraftverk: ”RankineCykler”

Introforelesning Semesteroppgave om Dampturbin

TEP 4115 Termodynam

iske systemer

Introforelesning Semesteroppgave om Dampturbin

TEP 4115 Termodynam

iske systemer

Rankineprosess

•  Prosess •  Kjel

•  Turbin

•  Kjøletårn

Introforelesning Semesteroppgave om Dampturbin

TEP 4115 Termodynam

iske systemer

Kjelen; T1, p1

Introforelesning Semesteroppgave om Dampturbin

TEP 4115 Termodynam

iske systemer

Mengde vann (l) Tid (s)

Introforelesning Semesteroppgave om Dampturbin

TEP 4115 Termodynam

iske systemer

Turbin (inngang): T2, p2

Introforelesning Semesteroppgave om Dampturbin

TEP 4115 Termodynam

iske systemer

Turbin (utgang): T3, p3

Introforelesning Semesteroppgave om Dampturbin

TEP 4115 Termodynam

iske systemer

Brensel, massestrøm

Introforelesning Semesteroppgave om Dampturbin

TEP 4115 Termodynam

iske systemer

Volt, Ampere

Introforelesning Semesteroppgave om Dampturbin

TEP 4115 Termodynam

iske systemer

Semesteroppgaven:

1.a Bestem anleggets energi-virkningsgrad (definert som forholdet mellom realisert energi ut over tilført energi: Pel / Hbr)

1.b Virkningsgraden er

temmelig (svært ?) lav; Hva er årsaken?

Pel

Hbr

Introforelesning Semesteroppgave om Dampturbin

TEP 4115 Termodynam

iske systemer 1

Semesteroppgaven:

2. Kjelvirkningsgrad er definert som forholdet mellom energi (effekt) tilført vannet og energi (effekt) tilført kjelen. Anta at oppvarming av vannet i kjelen skjer fra kokende tilstand for det gitte trykket.

Introforelesning Semesteroppgave om Dampturbin

TEP 4115 Termodynam

iske systemer

Semesteroppgaven:

3. Bestem isentropisk virkningsgrad for dampturbinen:

ηt,is = Wt / Wt,is

Wt,is Wt

Introforelesning Semesteroppgave om Dampturbin

TEP 4115 Termodynam

iske systemer

Semesteroppgaven - osv.:

§ Kapittel 8.1 og 8.2 i M&S forutsettes lest før det korte og hektiske laboratorieforsøket

§  Sikkert smart å lese litt om entropi og virkningsgrader også ....

§ Hva er teorien bak en Rankine prosess? § Hvilke parametere skal dere måle for å kunne

besvare spørsmålene i oppgaven? § Lykke til med lab’en og termodynamikken

videre fram mot eksamen!!