Was ist Kessel – und Kondensatordruck – Rankine – Zyklus – Definition

Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades – Rankine-Zyklus

Es gibt verschiedene Methoden, wie der thermische Wirkungsgrad des Rankine-Kreislaufs verbessert werden kann. Unter der Annahme, dass die Maximaltemperatur durch den Druck im Reaktordruckbehälter begrenzt ist, sind diese Methoden:

Kessel- und Kondensatordruck

Wie im Carnot- , Otto- und Brayton-Zyklus steigt der thermische Wirkungsgrad tendenziell an, wenn die durchschnittliche Temperatur, bei der Energie durch Wärmeübertragung hinzugefügt wird, zunimmt und / oder die durchschnittliche Temperatur, bei der Energie zurückgewiesen wird, abnimmt. Dies ist das gemeinsame Merkmal aller thermodynamischen Kreisprozessen.

Kondensatordruck

Der Fall der Abnahme der Durchschnittstemperatur, bei der Energie abgegeben wird, erfordert eine Abnahme des Drucks im Kondensator (dh die Abnahme der Sättigungstemperatur ). Der niedrigste realisierbare Kondensatordruck ist der Sättigungsdruck, der der Umgebungstemperatur entspricht (dh ein absoluter Druck von 0,008 MPa, was 41,5 ° C entspricht). Das Ziel, den niedrigsten praktischen Turbinenabgasdruck aufrechtzuerhalten, ist ein Hauptgrund für den Einbau des Kondensators in ein Wärmekraftwerk. Der Kondensator liefert ein Vakuum, das die dem Dampf entzogene Energie maximiert, was zu einer signifikanten Steigerung des Netzes und des thermischen Wirkungsgrads führt. Aber auch dieser Parameter (Kondensatordruck) hat seine technischen Grenzen:

• Durch Verringern des Turbinenabgasdrucks wird die Dampfqualität (oder der Trockenheitsanteil) verringert. Irgendwann muss die Expansion beendet werden, um Schäden zu vermeiden, die durch Dampf von geringer Qualität an den Schaufeln der Dampfturbine verursacht werden könnten .
• Durch Verringern des Turbinenabgasdrucks wird das spezifische Abgasdampfvolumen erheblich erhöht, was große Schaufeln in den letzten Reihen der Niederdruckstufe der Dampfturbine erfordert.

In einer typischen Nassdampfturbine kondensiert der Abgasdampf im Kondensator und hat einen Druck, der weit unter dem atmosphärischen Wert liegt (absoluter Druck von 0,008 MPa, was 41,5 ° C entspricht). Dieser Dampf befindet sich in einem teilweise kondensierten Zustand (Punkt F), typischerweise von einer Qualität nahe 90%. Es ist zu beachten, dass es immer einen Temperaturunterschied zwischen (um ΔT = 14 ° C) der Kondensatortemperatur und der Umgebungstemperatur gibt, der sich aus der endlichen Größe und Effizienz der Kondensatoren ergibt.

Kesseldruck

Der Fall der Erhöhung der Durchschnittstemperatur, bei der Energie durch Wärmeübertragung zugeführt wird, erfordert entweder eine Überhitzung des erzeugten Dampfes oder eine Erhöhung des Drucks im Kessel (Dampferzeuger). Überhitzung ist nicht typisch für Kernkraftwerke.

Typischerweise betreiben die meisten Kernkraftwerke mehrstufige Kondensationsdampfturbinen . In diesen Turbinen erhält die Hochdruckstufe Dampf (dieser Dampf ist nahezu gesättigter Dampf – x = 0,995 – Punkt C in der Abbildung; 6 MPa ; 275,6 ° C). Da weder der Dampferzeuger einen 100% igen Wirkungsgrad aufweist, besteht immer ein Temperaturunterschied zwischen der Sättigungstemperatur (Sekundärseite) und der Temperatur des Primärkühlmittels.

In einem typischen Druckwasserreaktor wird das heiße Primärkühlmittel ( Wasser 330 ° C; 626 ° F ) durch den Primäreinlass in den Dampferzeuger gepumpt . Dies erfordert die Aufrechterhaltung eines sehr hohen Drucks, um das Wasser im flüssigen Zustand zu halten. Um ein sieden des Primärkühlmittels zu verhindern und einen Unterkühlungsspielraum (die Differenz zwischen der Druckbeaufschlagungstemperatur und der höchsten Temperatur im Reaktorkern) bereitzustellen, sind Drücke um 16 MPa typisch für PWRs . Der Reaktordruckbehälter ist die Schlüsselkomponente, die den thermischen Wirkungsgrad jedes Kernkraftwerks begrenzt, da der Reaktorbehälter hohen Drücken standhalten muss.