CARNOTIZACE Zvyšování vstupních parametrů
TTT + vyšší tepelná účinnost ZVYŠOVÁNÍ ÚČINNOSTI R-C CYKLU - roste vlhkost páry na konci expanze (snížení η td, příp. eroze lopatek) - vyšší tlaky = větší nároky na materiál větší tloušťky potrubí a stěn CARNOTIZACE ZVÝŠENÍ VSTUPNÍHO TLAKU Tek > Tek S rostoucím tlakem klesá měrný objem páry a lopatky prvních stupňů vycházejí kratší. To znamená nižší termodynamickou účinnost. Je proto třeba s tlakem také zvyšovat výkon. Vyšší tlak znamená také vyšší příkon napájecího čerpadla. Pavel Žitek 2
TTT + vyšší tepelná účinnost + částečné snížení vlhkost páry na konci expanze ZVYŠOVÁNÍ ÚČINNOSTI R-C CYKLU CARNOTIZACE ZVÝŠENÍ VSTUPNÍ TEPLOTY - vysoké teploty = snížení pevnosti materiálu (tečení) = materiálový výzkum Tek > Tek Generace 600: současné možnosti materiálů dovolují užití vstupních teplot páry 600 620 C. Generace 700: intenzívní výzkum materiálů a technologií umožní zhruba od roku 2015 komerční nasazení vstupních teplot 700 720 C. Pavel Žitek 3
TTT ZVYŠOVÁNÍ ÚČINNOSTI R-C CYKLU CARNOTIZACE ZVÝŠENÍ VSTUPNÍCH PARAMETRŮ Nejvýhodnější je zvyšovat tlak i teplotu současně termodynamickým rozborem lze určit optimální kombinaci. křivka A: spojnice vrcholů křivek body a g: realizované bloky křivky 1-x 20 : výstupní vlhkost páry Pavel Žitek 4
TTT ZVYŠOVÁNÍ ÚČINNOSTI R-C CYKLU CARNOTIZACE ZVÝŠENÍ VSTUPNÍCH PARAMETRŮ Při zvýšení parametrů nad kritický bod dochází k přechodu do nadkritických parametrů páry. kritický bod K p k = 22,13 MPa, t k = 374,15 C podkritické parametry klasické konvenční elektrárny běžně 16MPa / 500 C tepelná účinnost 35 40% nadkritické parametry celosvětově přes 500 bloků USA, Rusko, Německo 24MPa/ 538 C / 550 C účinnost přes 40% ultra-nadkritické parametry jen několik desítek bloků Dánsko, Německo, Japonsko tlak > 27 MPa, teplota > 580 C dvojí přihřívání účinnost téměř 50% Pavel Žitek 5
Vliv parametrů páry Vliv vstupních a výstupních parametrů 6
Počáteční podmínky Vstupní tlak 18 Mpa Vstupní teplota 560 C Kondenzační teplota 25 C Počáteční podmínky 7
Kondenzační teplota Vliv kondenzační teploty Vstupní tlak 18 Mpa Vstupní teplota 560 C Kondenzační teplota 10 až 31 C 8
účinnost [1] přivedené / odvedené (abs) teplo [kj/kg] Kondenzační teplota 0,48 3500 0,47 3300 3100 0,46 2900 0,45 2700 0,44 2500 0,43 2300 2100 0,42 1900 0,41 10 15 20 25 30 teplota [ C] 1700 účinnost teoretická účinnost skutečná přivedené teplo teoretické odvedené teplo teoretické přivedené teplo skutečné odvedené teplo skutečné 9
výkon [MW], hmotnostní průtok [kg/s] technická práce [kj/kg] Kondenzační teplota 480 1700 460 1650 440 1600 420 400 1550 380 1500 360 1450 340 1400 320 300 1350 280 10 15 20 25 30 teplota [ C] 1300 výkon teoretický teoretický hmotnostní průtok výkon skutečný skutečný hmotnostní průtok technická práce teoretická technická práce skutečná 10
výkon [MW], vlastní spotřeba [%] hmotnostní průtok [kg/s] Kondenzační teplota 8 310 7 308 306 6 304 5 302 300 4 298 3 296 294 2 292 1 10 15 20 25 30 teplota [ C] 290 výkon napájecího čerpadla vlastní spotřeba skutečný hmotnostní průtok 11
hmotnostní průtok [kg/s] suchost [1] Kondenzační teplota 310 0,8 308 0,79 306 0,78 304 0,77 302 0,76 300 0,75 298 0,74 296 0,73 294 0,72 292 0,71 290 10 15 20 25 30 teplota [ C] 0,7 teoretický hmotnostní průtok skutečný hmotnostní průtok suchost teoretická suchost skutečná 12
Vstupní teplota Vliv vstupní teploty Vstupní tlak 18 Mpa Vstupní teplota 420 až 700 C Kondenzační teplota 25 C 13
účinnost [1] přivedené / odvedené (abs) teplo [kj/kg] Vstupní teplota 0,48 0,47 3500 0,46 0,45 3000 0,44 0,43 2500 0,42 0,41 2000 0,4 0,39 420 470 520 570 620 670 teplota [ C] 1500 účinnost teoretická účinnost skutečná přivedené teplo teoretické odvedené teplo teoretické přivedené teplo skutečné odvedené teplo skutečné 14
výkon [MW], hmotnostní průtok [kg/s] technická práce [kj/kg] Vstupní teplota 500 1800 1700 450 1600 400 1500 350 1400 1300 300 1200 250 420 470 520 570 620 670 teplota [ C] 1100 výkon teoretický teoretický hmotnostní průtok výkon skutečný skutečný hmotnostní průtok technická práce teoretická technická práce skutečná 15
výkon [MW], hmotnostní průtok [kg/s] hmotnostní průtok [kg/s] Vstupní teplota 9 8 350 7 330 6 5 310 4 290 3 270 2 1 420 470 520 570 620 670 teplota [ C] 250 výkon napájecího čerpadla vlastní spotřeba skutečný hmotnostní průtok 16
hmotnostní průtok [kg/s] suchost [1] Vstupní teplota 350 0,86 340 0,84 0,82 330 0,8 320 0,78 310 0,76 300 0,74 0,72 290 0,7 280 0,68 270 420 470 520 570 620 670 teplota [ C] 0,66 teoretický hmotnostní průtok skutečný hmotnostní průtok suchost teoretická suchost skutečná 17
délka oběžných lopatek * 10 [mm], hmotnostní průtok [kg/s] měrný objem * 100 [m3/kg], objemový průtok [m3/s] Vstupní teplota 360 7 350 340 6 330 5 320 310 4 300 290 3 280 2 270 260 420 470 520 570 620 670 teplota [ C] 1 hmotnostní průtok měrný objem objemový průtok délka oběžných lopatek 18
Vstupní tlak Vliv vstupního tlaku Vstupní tlak 12 až 26 MPa Vstupní teplota 560 C Kondenzační teplota 25 C 19
účinnost [1] přivedené / odvedené (abs) teplo [kj/kg] Vstupní tlak 0,47 3600 0,46 3400 3200 0,45 3000 0,44 2800 2600 0,43 2400 0,42 2200 2000 0,41 1800 0,4 12 14 16 18 20 22 24 26 tlak [MPa] 1600 účinnost teoretická účinnost skutečná přivedené teplo teoretické odvedené teplo teoretické přivedené teplo skutečné odvedené teplo skutečné 20
výkon [MW], hmotnostní průtok [kg/s] technická práce [kj/kg] Vstupní tlak 480 1540 460 1520 440 1500 420 400 1480 380 1460 360 1440 340 1420 320 300 1400 280 12 14 16 18 20 22 24 26 tlak [MPa] 1380 výkon teoretický teoretický hmotnostní průtok výkon skutečný skutečný hmotnostní průtok technická práce teoretická technická práce skutečná 21
výkon [MW], hmotnostní průtok [kg/s] hmotnostní průtok [kg/s] Vstupní tlak 11 320 10 9 315 8 7 310 6 305 5 4 300 3 2 295 1 12 14 16 18 20 22 24 26 tlak [MPa] 290 výkon napájecího čerpadla vlastní spotřeba skutečný hmotnostní průtok 22
hmotnostní průtok [kg/s] suchost [1] Vstupní tlak 320 0,82 315 0,8 310 0,78 305 0,76 300 0,74 295 0,72 290 12 14 16 18 20 22 24 26 tlak [MPa] 0,7 teoretický hmotnostní průtok skutečný hmotnostní průtok suchost teoretická suchost skutečná 23
délka oběžných lopatek *10 [mm], hmotnostní průtok [kg/s] měrný objem * 100 [m3/kg], objemový průtok [m3/s] Vstupní tlak 340 9 320 8 300 7 280 6 260 5 240 4 220 3 200 2 180 12 14 16 18 20 22 24 26 tlak [MPa] 1 hmotnostní průtok délka oběžných lopatek měrný objem objemový průtok 24
Vstupní parametry Porovnání vlivu vstupních parametrů Vstupní tlak 16 až 30 MPa Vstupní teplota 378 až 700 C Kondenzační teplota 25 C 25
účinnost [1] účinnost [1] Vstupní parametry 0,44 tlak [MPa] 16 18 20 22 24 26 28 30 0,44 0,43 0,43 0,42 0,42 0,41 0,41 0,4 0,4 0,39 0,39 0,38 370 420 470 520 570 620 670 teplota [ C] 0,38 účinnost f(t) účinnost f(p) 26
přivedené / (abs) odvedené teplo [kj/kg] Vstupní parametry 4000 tlak [MPa] 16 18 20 22 24 26 28 30 4000 3500 3500 3000 3000 2500 2500 2000 2000 1500 1500 1000 370 420 470 520 570 620 670 teplota [ C] přivedené teplo f(t) odvedené teplo f(t) technická práce f(t) přivedené teplo f(p) odvedené teplo f(p) technická práce f(p) 1000 27
výkon [MW] hmotnostní průtok [kg/s] Vstupní parametry 450 tlak [MPa] 16 18 20 22 24 26 28 30 450 430 430 410 410 390 390 370 370 350 350 330 330 310 310 290 290 270 270 250 370 420 470 520 570 620 670 teplota [ C] 250 výkon f(t) hmotnostní průtok f(t) hmotnostní průtok f(p) výkon f(p) 28
výkon [MW] vlastní spotřeba [%] Vstupní parametry 13 tlak [MPa] 16 18 20 22 24 26 28 30 13 11 11 9 9 7 7 5 5 3 3 1 370 420 470 520 570 620 670 teplota [ C] 1 výkon napájecího čerpadla f(t) vlastní spotřeba f(t) výkon napájecího čerpadla f(p) vlastní spotřeba f(p) 29
suchost [1] Vstupní parametry tlak [MPa] 16 18 20 22 24 26 28 30 0,85 0,85 0,8 0,8 0,75 0,75 0,7 0,7 0,65 370 420 470 520 570 620 670 teplota [ C] 0,65 suchost f(t) suchost f(p) 30
délka oběžných lopatek [cm] měrný objem * 100 [m3/kg], objemový průtok [m3/s] Vstupní parametry 7 tlak [MPa] 16 18 20 22 24 26 28 30 7 6 6 5 5 4 3 4 2 3 1 2 0 370 420 470 520 570 620 670 teplota [ C] měrný objem f(t) objemový průtok f(t) délka oběžných lopatek f(t) 1 měrný objem f(p) objemový průtok f(p) délka oběžných lopatek f(p) 31