De stoominstallatie met: ketel, turbine, condensor en voedingspomp. Eigenlijk wordt maar weinig energie nuttig gebruikt in een installatie:

Transcriptie

1 dinsdag 29 januari :43 De stoominstallatie met: ketel, turbine, condensor en voedingspomp. Eigenlijk wordt maar weinig energie nuttig gebruikt in een installatie: Een simpele installatie heeft een rendement van ongeveer 35 % ( dit betekent dat van alle energie die ik met de brandstof toevoer, maar ongeveer 1/3 wordt gebruikt voor produktie van elektriciteit) Boosdoener is de condensor, hier wordt heel veel energie afgevoerd. Maar zonder condensor werkt onze cyclus niet, we hebben deze (boosdoener) dus nodig om alles te laten werken! Vraag waarom? Volume stoom die uit de turbine komt is veel te groot om, op een andere manier, terug in de ketel te krijgen. Volgende week: HS diagram en TS diagram uitdelen Si klas 3 Pagina 1

2 Diagrammen dinsdag 29 januari :12 Het Rankine proces = kringloop van water en stoom van een condensatieturbine installatie. Altijd aanwezig deze 4 onderdelen: Ketel Turbine Condensor voedingpomp Als er met Verzadigde Stoom wordt gewerkt dan bestaat de ideale kringloop uit de volgende 4 lijnen (zie PV diagr): 41 ketel: isotherme warmte toevoer met de brandstof 12 isentrope (adiabatische) expansie in de turbine 23 isotherme condensatie in de condensor 34 isentrope compressie met de voedingpomp In een Ts diagram zoals hiernaast is de kringloop niet helemaal hetzelfde getekend. Je herkent wel 2 isothermen! Het turbineproces verloopt niet helemaal isentroop! Het voedingpomp proces zie je gaan tot de druklijn van de ketel De warmtetoevoer bestaat uit 2 gedeelten: Water wordt eerst op kooktemperatuur gebracht> warmte toevoer langs een isobaar Kokend water gaat verdampen: > warmte toevoer langs een isotherm In een hs diagram volgens Mollier zie je het gehele verloop van de kringloop. Nauwkeurig aflezen is bijna niet mogelijk, de druklijnen lopen erg dicht langs elkaar. Dat kun je vooral goed zien in het onderste voorbeeld. Goed herkenbaar is het verdampingsgebied, onder de verzadigde stoom lijn. Boven het Kritische punt geeft de zwarte lijn de overgang aan tussen vs en os (x=100%) Onder het kritische geeft de zwarte lijn de overgang aan tussen kokende vloeistof en beginnende verdamping (x=0%) Drukken die lager zijn dan 0,01 bara zijn niet meer getekend, die zijn in de praktijk niet bruikbaar. (En niet of zeer moeilijk haalbaar) Si klas 3 Pagina 2

3 Zet de volgende punten eens uit in het diagram hiernaast: 1) p ketel 100 bar t = 500 C 2) Na turb: p=0,1 bar Verzin zelf 3) voor de pomp en 4) na de pomp Si klas 3 Pagina 3

4 Ts diagram dinsdag 29 januari :23 Verzadigingslijnen en het kritische punt boven Verder zie je iso baren En natuurlijk iso thermen horizontaal En isotropen vertikaal De x lijnen geven het dampgehalte komen samen in het kritische punt. ( Daar is geen damppercentage want alles is daar of vloeibaar = 0% damp, of gasvormig =100% damp. Er is daar geen overgangsgebied van vloeibaar naar gasvormig: het gaat "als floep" van de ene toestand naar de andere Let op: De niet lineaire loop van de druklijnen; het zal je opvallen dat als je in het natte damp gebied van 0,1 naar 1 bar gaat dan delta T=10045=55. Bij nog geen 1 bar drukverhoging. Als je bij 500K 55 K omhoog gaat dan gaat de druk van 25 bar naar 60 bar; een verhoging van 35 bar. De druklijnen liggen bovenin dus veel dichter bij elkaar Si klas 3 Pagina 4

5 Si klas 3 Pagina 5 Over de werkelijk bestaande Rankine kringloop dinsdag 29 januari :26

6 Over de, niet haalbare, Carnot cyclus. dinsdag 29 januari :52 De cyclus van Carnot bestaat uit 2 isothermen en 2 adiabaten in een kringloop. Si klas 3 Pagina 6

7 Si klas 3 Pagina 7 Experiment: Stoom, condens en luchtdruk donderdag 7 februari :19 Als je water verdampt dan wordt het ongeveer 2000 x zo groot in volume Andersom werkt dat ook: als je stoom condenseert naar water wordt het volume 2000 x zo klein. Gedachten experiment: Stel je hebt een vat met een pijpje eraan voorzien van een kraantje. Als je dus een vat eerst vult met stoom en je doet dan het opvulkraantje dicht dan zal bij afkoeling van dat vat (bijvoorbeeld door er koud water overheen te laten lopen) er in dat vat een vacuüm ontstaan (althans gedeeltelijk vacuüm!) 2e experiment: Als je het kraantje aansluit op een slang die met zijn andere kant in een rivier ligt dan zal bij openen van het kraantje dat vat zich vullen met water. (althans gedeeltelijk) Vraag: Welke kracht of druk zorgt er nu voor dat er water in dat vat komt? Als je dit begrijpt dan moet je dus weten, begrip hebben van: Vacuüm Luchtdruk Verdamping Condensatie ( kraantje en vat) Dit klinkt allemaal erg simpel maar toch hebben mensen dit pas na het jaar 1500 door gekregen in het westen. ( Wisten niets van luchtdruk en ook niet van vacuüm) Animatie Stoommachine van Newcomen. Newcomen _atmosph...

8 Si klas 3 Pagina 8 Het Thermische rendement donderdag 7 februari :46 Ofwel: Hoeveel van de toegevoerde warmte/energie wordt er nuttig gebruikt.

9 Si klas 3 Pagina 9 7 feb gedaan donderdag 7 februari :11 Carnot Rankine Formatieve toets 1 Deel van form 2 Vlg les Therm rend Experiment..

10 Opgave 1 dinsdag 26 maart :24 Vraag C is een belangrijke vraag. Kun je met 2 temperaturen een hele kringloop van water en stoom tekenen als een Carnotcyclus? Antwoord is natuurlijk: ja dat kan met behulp van een Ts diagram: zie de rode lijnen. Als je dan in oppervlakken kunt aangeven wat de volgende warmtehoeveelheden zijn: Toegevoerd Afgevoerd Nuttig dan kun je hiermee het rendement bepalen van het Carnot proces Si klas 3 Pagina 10

11 Opgave 2 dinsdag 26 maart :32 Belangrijk bij deze opgave is dat je een goed beeld hebt van de betekenis van "toestand" en "toestandsverandering" In een Rankine cyclus worden de werkelijke toestanden tussen de cyclusonderdelen aangegeven. Hiernaast met een nummer. Zie je enige overeenkomst met de Carnot cyclus? Wat zie je als verschillend van de Carnot cyclus? Kun je met deze paar gegevens de gegevens berekenen/opzoeken van de punten 1 t/m 7? (h, s, t, p, x deze beschrijven de toestand) Als je de toestanden kent dan kun je het cyclus rendement uitrekenen. Si klas 3 Pagina 11

12 Si klas 3 Pagina 12 Foto van opgave in klas gedaan dinsdag 26 maart :00

13 Si klas 3 Pagina 13 Betekenis van de opgaven 1 en 2 dinsdag 12 maart :47 In opgave 1 leer je: Het lezen van een Ts diagram voor water en stoom De Carnot kringloop kennen met zijn rechthoekvorm in het Ts diagram Het Carnot rendement bepalen met oppervlakte verhouding en Ook met verhouding van absolute temperaturen In opgave 2 leer je: Het Rankine proces kennen voor een systeem dat werkt met hooguit verzadigde stoom Een goed begrip krijgen van toestand en toestandsverandering Gebruik te maken van de stoomtabellen door te interpoleren Te schatten wat de pomparbeid is met drukverhoging en volumestroom Te verklaren waarom de Carnot cyclus altijd een hoger rendement heeft dan Rankine (zelfde temperaturen)

14 Betekenis opgave 3 dinsdag 12 maart :15 a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k) l) m) n) o) Toestand water in de mengvoorwarmer T in voorw H na de mengvw Toestand turb uitlaat T uitlaat turb H uitlaat turb Toestand uitlaat condensor T uitlaat cond H uitl cond. H aftapstoom Warmtebalans over de mengvw Bereken met k de hoeveelh. Aftapstoom Rendement installatie met aftapstoom Rendement installatie zonder aftapstoom Verklaring voor het hogere rendement bij m Si klas 3 Pagina 14

15 Opgave 3 in het hs diagram dinsdag 12 maart :22 Opgave 3 in het hs diagram Werkblad Si klas 3 Pagina 15

16 Si klas 3 Pagina 16 Betekenis opgave 3 in Ts diagram dinsdag 12 maart :01

17 Ontgassing 193 dinsdag 12 maart :10 Plaatje hiernaast is een voorbeeld van atmosferische ontgassing: Wat is een cascadeontgasser? In de natuur is er altijd lucht opgelost in water Dat zit tussen de watermoleculen in Als deze watermoleculen wild gaan bewegen dan worden er meer en meer luchtmoleculen uitgestoten Als water kookt dan kan er geen lucht meer opgelost blijven het wordt uitgedreven Si klas 3 Pagina 17

18 Si klas 3 Pagina 18 Mengvoorwarmers en oppervlakte voorwarmers dinsdag 19 maart :37 Mengvoorwarmer getekend Stoomverbruik berekend: Gegevens: Toe 12 t/h 0,05 bar verz water Stoom 3 bar 250 C Resultaat: er is 2,11 t/h aan stoom nodig in deze voorwarmer Oppervlakte voorwarmer getekend. Bij gebruik als voedingwater voorwarmer wordt meestal aftapstoom gebruikt om te verwarmen. Deze stoom geeft haar warmte af en verlaat de voorwarmer als condensaat Genoemd dat er 3 soorten oppervlakte voorwarmers zijn: Stoom gaat van oververhit naar verzadigd Verzadigde stoom wordt condensaat Condensaat wordt onderkoeld