Dampfkraftprozesse

Dampfkraftprozesse

A: Dampfkreislauf (Arbeitsleistung)

B: Wärmeerzeuger (Feuerung etc.)

C: Wärmeabfuhr (Kühlturm)

D: elektrischer Generator

4 Teilsysteme im Kraftwerk:

Dampfkraftprozesse

Pp

43

2

1

Konden-sator

Turbine

Pt

Dampferzeuger

Pumpe

EinQAusQ

Teilsystem A: thermodynamischer Arbeitskreislauf: Clausius-Rankine Cycle

1 2: Turbine

2 3: Kondensator

3 4: Pumpe

4 1: Dampferzeuger

Dampfkraftprozesse

0

21

0

22

21

2112,012 2

0PE

KE

t zzghhmWQ

Schritt 1 2: Turbine (Q12 = 0)

1. Hauptsatz (stationär) mit KE = PE = 0

2112, hhmWt

Schritt 2 3: Kondensator (W23 = 0)

32 hhmQAus

Arbeitsleistung:

Wärmeabfuhr:

Dampfkraftprozesse

Schritt 3 4: Pumpe (Q34 = 0) 3434, hhm

WP

Schritt 4 1: Dampferzeuger (W41 = 0) 41 hh

mQEin

21

34

hhhh

mWmW

bwrt

p

Anteil der Kompressionsarbeit =

„back work ratio“ (bwr)(klein für Dampfprozess!)

Dampfkraftprozesse

41

32

41

3421 1hhhh

hhhhhh

mQ

mWmW

Ein

Ptth

41

321hhhh

mQ

mQmQ

Ein

AusEinth

thermischer Wirkungsgrad (2 Überlegungen)

Verhältnis: Netto-Arbeitsleistung / Wärme-Input

Verhältnis: in Arbeit umgewandelte Wärme / Wärme-Input

der ideale „Rankine“ Zyklus

Turbine: 1 2 isentrope Expansion

Kondensator: 2 3 isotherme Wärmeabfuhr (Kondensation)

Speisewasserpumpe: 3 4 isentrope Kompression

Dampferzeuger: 4 a 1 isobare Wärmezufuhr

Überhitzung bis 1´

weniger Kondensation bei 2´

Dampfkraftprozesse

Dampfkraftprozesse

Speisewasserpumpe

T-ds-Gleichung reversibel + adiabat

0 dpvdhdsT

4

33443 dpvhhh

Wasser inkompressibel

343

revint

34 ppvmW

hh P

für offenes Teilsystem !

Dampfkraftprozesse

Vergleich Rankine Carnot

Wärmezufuhr isobar und nicht isotherm

bessere Nutzung der Wärme der Verbrennungsgase

Kompression im 2-Phasen Gebiet schlecht machbar

Dampfkraftprozesse

mittlere Übertragungs-Temperatur und Wirkungsgrad

b-1-a-4-c Flaeche1

4revint

Tds

mQEin

1

441

)(1

dssTss

TEin

41

revint

ssTmQ

EinEin

Wärmeübertragung in Dampferzeuger

Mittelwert nach Regel

oben eingesetzt:

Dampfkraftprozesse

c-3-2-b Flaeche32

revint

ssT

mQ

AusAus

Ein

Aus

revEin

revAus

revth TT

mQ

mQ 11

int

int

analog für Wärmeabgabe am Kondensator

Wirkungsgrad für idealen Rankine-Zyklus

CarnotRankineeinein TTwegen max,

Dampfkraftprozesse

Druckeinfluss

höherer Druck im Dampferzeuger = höheres

=höherer Wirkungsgrad

einT

tieferer Druck im Kondensator =tieferes =höherer Wirkungsgrad

ausT

Ein

Ausrevrankine T

T1

Dampfkraftprozesse

Irreversibilitäten

121

21,

SST

TST hh

hhmW

mW

Isentroper Wirkungsgrad Turbine (h2 > h2s)

Isentroper Wirkungsgrad Pumpe (h4 > h4s)

134

34,

hhhh

mW

mWS

SP

PSP

Irreversibilitäten bei:

• Verbrennung

• Wärmeübergang

• Strömung

Dampfkraftprozesse

Dampfkreislauf mit Nacherhitzung