Damp-prosessen / Rankine Cycle. Allerede de gamle Grekere...

Transkript

1 Damp-prosessen / Rankine Cycle Ett av instituttene som ble slått sammen til EPT het engang Damp og Forbrenning Damp forbindes ofte med gammeldags teknologi dette er ikke tilfelle!! Men Damp har en lang Historie: Hero(n) fra Alexandria for 2000 år siden Watt s Steam Engine for 250 år siden Damp er også viktig i dagens virkelighet Dampturbiner driver 80% av alle generatorer for produksjon av elektrisitet fra fossile kilder Damp (H 2 O) inngår som viktig kjemikalie i mange industrielle reaksjoner (f.eks. dampreformering) Dampturbin 01 Allerede de gamle Grekere... Wikipedia: Hero (or Heron) of Alexandria (Greek: Ήρων ο Αλεξανδρεύς) (c AD) was a mathematician and engineer who flourished in Alexandria, Roman Egypt. Most scholars consider him to have been a Greek,[1][2] though some consider him Egyptian.[3][4] Men dette var ikke annet enn et leketøy Dampturbin 02

2 James Watt ( ) SI for Effekt er Watt The Watt steam engine was the first type of steam engine to make use of steam at a pressure above atmospheric. Improving on the design of the 1711 Newcomen engine, the Watt steam engine, developed sporadically from 1763 to 1775, was the next great step in the development of the steam engine. (Wikipeda, 2007) Most notable was Watt's 1769 patent for a separate condenser connected to a cylinder by a valve. Unlike Newcomen's engine, Watt's design had a condenser that could be cool while the cylinder was hot. Dampturbin 03 Termodynamikk 1 dreier seg mye om: - Varme til Kraft og Kraft til Varme/Kulde - Realiseres ved Sykliske Prosesser Ekspansjon produserer arbeid Kompresjon krever Arbeid Dampturbin 04

3 Den idealiserte Carnot-syklusen (kap. 5 i M&S) W net = W W 3-4 W 4-1 W 1-2 W net > 0 når vi roterer med urviseren Dampturbin 05 3 Sykliske Prosesser i Kap. 2 Energi og Termodynamikkens 1. lov Energianalyse av Sykliske Prosesser (1. Lov) ΔE cycle = Q cycle W cycle = 0 W cycle = Q cycle T in System T out Q in Q out T in > T out W cycle Kraftproduksjon (venstre): W cycle Tin Tout η = = Q in Tin Varmepumpe (høyre): Qout Tout γ = COP = = W cycle Tout Tin Kjølekrets (høyre): Qin Tin β = COP = = W T T cycle out in Q out W cycle T out System Q in T in T out > T in Dampturbin 06

4 Carnot type Dampkraftsyklus Virkningsgrad: η C = 1 T C / T H Dampturbin 07 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 Kjel omfatter : Kondensasjon av damp Dampturbin 08

5 Hva er Entropi (s) - Kap. 6 Entropiforskjell på Total og Differensiell Form 2 δ Q δ Q S 2 S1 = ds = T T 1 int. rev. int. rev. Entropi er en Ekstensiv Egenskap SI enhet: S [ = ] J/K Spesifikk Entropi: s = S/m [ = ] kj/kg K Entropiendring mellom to tilstander er uavhengig av veien / prosessen ( egenskap ) Gjelder både Reversibel og Irreversibel Prosess Entropi er et mål på uorden (kaos) Dampturbin 09 Isentropisk Virkningsgrad for Turbin η t = ( h1 h2) ( h h ) 1 2 s Dampturbin 10

6 Dampkraftverk: RankineCykler Dampturbin 11 Rankineprosess Prosess Kjel Turbin Kjøletårn Dampturbin 12

7 Kjelen; T 1, p 1 Dampturbin 13 Tid (s) Mengde vann (l) Dampturbin 14

8 Turbin (inngang): T 2, p 2 Dampturbin 15 Turbin (utgang): T 3, p 3 Dampturbin 16

9 Brensel, massestrøm Dampturbin 17 Volt, Ampere Dampturbin 18

10 Semesteroppgaven: 1.a Bestem anleggets energivirkningsgrad (definert som forholdet mellom realisert energi ut over tilført energi: P el / H br ) 1.b Virkningsgraden er temmelig (svært?) lav; Hva er årsaken? Dampturbin 19 Semesteroppgaven: 2. Kjelvirkningsgrad er definert som forholdet mellom energi (effekt) tilført vannet over energi (effekt) tilført kjelen. Anta at oppvarming av vannet i kjelen skjer fra kokende tilstand for det gitte trykket. Dampturbin 20

11 Semesteroppgaven: 3. Bestem isentropisk virkningsgrad for dampturbinen: η t,is = W t / W t,is Dampturbin 21 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 i desember!! Dampturbin 22