30.9.2015
Ongelman kuvaus & tärkeät taserajat
ηk = 90%
Φpa [MW]
78 bar
480°C
28 kg/s
ηe [%]
n. 20 MW
> 78 bar
h=?
28 kg/s ∙ x
10 bar
2 bar
28 kg/s ∙(1-x)
n. 50 MW
100°C
Peruskuormalaitos, päätuotteena sähkö,
sivutuotteena lämpö → pyritään maksimoimaan
sähköntuotannon hyötysuhde
Hyötysuhdetta voidaan parantaa
• nostamalla tulistetun höyryn painetta
• laskemalla lauhdutinpainetta
• turbiinien väliottohöyryllä tapahtuvalla
syöttöveden esilämmityksellä
• komponenttien hyötysuhteita parantamalla
© Kari Alanne
Yleistä
•
Päätavoitteet:
– Selvitetään, mikä sähkö- ja lämpöteho laitoksesta voidaan saada (= potentiaali).
– Tutkitaan, miten laitoksen sähköntuotannon hyötysuhdetta (tuotettu sähköteho
suhteessa polttoainetehoon) voidaan nostaa käyttämällä turbiinin väliottoa.
– Harjoitellaan yhteistuotantovoimalaitoksen karakterisointia.
•
•
•
•
•
•
•
Approksimoidaan Keravan prosessi kuvan mukaiseksi ja määritetään tilapisteet
ja väliottomassavirrat, jotka ovat lähellä Keravan laitoksen toiminta-arvoja
(referenssitilanne).
Polttoaineen syöttö muuttuu väliottohöyryn määrän (x) mukaan, samoin
sähköhyötysuhde.
Höyryn kokonaismassavirta pysyy vakiona (= 28 kg/s).
Järjestelmän painetasot (78, 10 ja 2 bar) pysyvät vakioina, vaikka väliottoa
käytetään, eli järjestelmä on tasapainotettu.
Syöttöveden kiehuminen on ei-toivottu ilmiö paineiskujen vuoksi
→ rajoittaa väliottohöyryn käyttöä syöttöveden esilämmityksessä. Samasta
syystä turbiinilta lähtevän höyryn ei tulisi olla kostealla alueella.
Syöttövesipumppujen teho Pp,sv vähennetään turbiinin nettotuotosta ja
lasketaan yhtälöstä
𝑞𝑉 Δ𝑝
𝑃𝑝,𝑠𝑣 =
𝜂𝑝
Pumpun hyötysuhde on hyvällä tarkkuudella 80%.
1
30.9.2015
Tilapisteet
• Tilapiste tarkoittaa luetteloa, jossa mainitaan väliaineen
(tässä höyry ja vesi) lämpötila (T), paine (p), ominaisentalpia
(h) ja massavirta (qm) halutussa prosessin kohdassa.
• Vähintään seuraavat tilapisteet tulisi tässä tehtävässä
määritellä kattilasta lähtien myötäpäivään:
– 1: Tulistetun höyryn tila
– 2: Väliottohöyryn tila
– 3: Vastapainehöyryn tila
– 4: Lauhteen tila kaukolämmönvaihtimen jälkeen
– 5: Syöttöveden tila ennen kattilaa
Paisunta (turbiini)
• Paisunnan lopputila
voidaan määrittää:
1. Entalpiataseesta, mikäli
turbiinin tuottama teho
ja massavirta sekä
tulistetun höyryn tila
sekä paisunnan
loppupaine tunnetaan.
2. Isentrooppihyötysuhteesta, mikäli sen
lisäksi tunnetaan
tulistetun höyryn tila ja
paisunnan loppupaine.
T1 = 500°C
p1 = 60 bar
h1 = 3423 kJ/kg
ηs = 52%
T2 = 264°C
p2 = 2 bar
h2 = 3000 kJ/kg
T2s = 120°C
p2s = 2 bar
h2s = 2610 kJ/kg
ηs = 89%
T2 = 120°C
p2 = 2 bar
h2 = 2700 kJ/kg
2
30.9.2015
Lauhteen lämpötila
•
•
•
Lauhteen loppulämpötila voidaan
määrittää lähtökohtaisesti
kaukolämpöverkon paluuveden
Asteisuuden virallinen
lämpötilan ja asteisuuden perusteella:
määritelmä:
T4 = Tkl,paluu + Asteisuus
Lauhtuminen
Paluuveden loppulämpötila vaihtelee
T3
lämmöntarpeen mukaan.
Lauhde
Tkl,meno
Mikäli paluuveden lämpötilaa ei
tunneta (kuten tässä tehtävässä),
Kaukolämpövesi
peruskuormalaitoksen tapauksessa
(lämpö sivutuote) kyseeseen voi tulla
esim. seuraavanlaisia
lähestymistapoja:
T4
Asteisuus
Tkl,paluu
– Oletetaan joku ”yleispätevä” keskiarvo
paluulämpötilalle (esim. 50°C)
– Pelataan ”varman päälle” eli → Hyötylämmön määrä jää vähäisemmäksi, mutta
T4 ≥ Tkl,meno + Asteisuus
kysyntä on varmempaa.
3