Zu den Problemen bei der Erwärmung mit überhitztem Dampf und trockenem Sättigungsdampf
Thread Content
Sehr geehrte Kollegen, es gibt eine Frage, die mich schon länger beschäftigt. Ich hoffe, Sie können mir dabei helfen, sie zu beantworten. Bei den Reboilern, die in der Chemieindustrie verwendet werden, wurde bisher Dampf aus dem Turbinensystem zur Erwärmung genutzt – es handelte sich dabei um überhitzten Dampf mit einem Druck von 1,0 MPa und einer Temperatur von 240 °C. Dieser Dampf wurde durch einen Druckreduzierer auf 0,3 MPa und 230 °C herabgesetzt. Für die Erwärmung waren insgesamt 15 Tonnen Dampf erforderlich. Der gesamte Dampf wurde anschließend in Flüssigkeit umgewandelt und mit Pumpen abtransportiert. Jetzt möchte ich hinter der Turbine ein kleines Turbinensystem einbauen, das einen Elektromotor antreibt, um Strom zu erzeugen. Der Dampf, der aus dieser Turbine austritt, hat einen Druck von 0,3 MPa und eine Temperatur von 150 °C. Ich frage mich, ob dadurch die Menge an Dampf, die für die Erwärmung benötigt wird, zunehmen wird. Ich denke, dass zwar die Heizeffizienz von trockenem Sättigungsdampf höher ist als die von überhitztem Dampf, aber der überhitzte Dampf wird schließlich vollständig in Wasser umgewandelt – dadurch kann auch die spezifische Wärme des überhitzten Dampfs genutzt werden. Trockener Sättigungsdampf ist zwar leichter zu verwenden, doch die von ihm freigesetzte Wärme beträgt sicherlich nicht so viel wie die Summe aus der spezifischen und latenten Wärme des überhitzten Dampfs. Wenn also weiterhin die gleichen Prozessbedingungen erreicht werden sollen, muss die Menge an Dampf, die benötigt wird, zunehmen. Stimmt das?
Diese Theorie ist durchführbar. Die Umsetzung ist schwierig, es gibt Probleme mit der Ausgleichung der Stromerzeugungslast.
Bei dem Rückdruck der Lufttrennungs-Dampfturbinen muss die Größe der Anlage erheblich erhöht werden – das ist nicht besonders praktikabel
Wo sehen Sie das konkrete Problem? Können Sie das genauer sagen? Wenn es Probleme mit der Ausgewogenheit gibt, kann man diese vielleicht mit dem Druckreduzierventil an der Nebenleitung ausgleichen
Das scheint doch keine große Rolle zu spielen, oder? Die Parameter sind ja dort angegeben – man muss einfach einen Umleitungsweg in der Hauptdampfleitung anbringen
In der Regel sind Luftkompressoranlagen von der Kondensatortypart. Der Abgasdruck liegt in der Regel bei 0,01 MPa(A). Wenn man nun auf einen Rückdrucktyp umstellt, beträgt der Druck etwa 0,3 MPa. Um die Drehmomentleistung zu gewährleisten, muss die Menge an Zuluft erhöht werden. Dadurch muss auch das Volumen der Anlage zunehmen. In diesem Fall kann der Hersteller die Anlage nicht mehr herstellen
Dieser Beitrag wurde zuletzt von arpcd am 18.09.2015 um 14:14 bearbeitet. Meine direkte Meinung: Dampf mit einem Druck von 15 t/h wird zu Dampf mit niedrigem Druck, wobei dabei ein Druckreduzierventil verwendet wird. Dabei handelt es sich um einen isenthalpen Strömungsprozess – das bedeutet, es kommt zu keinen Wärmeverlusten. Wenn man den Dampf nun zur Stromerzeugung verwendet, entstehen jedoch Wärmeverluste. Im Großen und Ganzen muss die verlorene Wärme durch zusätzlichen Dampf mit mittlerem Druck ausgeglichen werden. Schließlich benötigt die Stromerzeugung ja Wärme. . Daher steigt die Gesamtnutzung sicherlich an, doch die tatsächliche Wärmebelastung Ihrer Anlage nimmt nicht zu. Je mehr Energie erzeugt wird, desto mehr Wärme muss verbraucht werden, während der ursprüngliche Dampfverbrauch unverändert bleibt. Es ist einfacher, es mit Geld zu berechnen: 15 Tonnen Dampf kosten pro Tonne 100 Yuan. Die Heizanlagen verbrauchen 1500 Yuan pro Stunde an Dampf – das bleibt unverändert. Zum Stromerzeugen wird zusätzlicher Dampf benötigt. Wenn beispielsweise 300 kWh Strom erzeugt werden, kostet das 0,6 Yuan pro kWh. Der Verkaufspreis beträgt daher 180 Yuan. Ihre Kosten liegen somit mindestens bei 120–150 Yuan. . . . Wenn der Strom bereits zum Verkauf produziert wird, muss man doch mehr Dampf einsetzen, oder? Mehr Dampfverbrauch ist sicher. Die Daten sprechen für sich – und das ganz einfach: (Hinweis: Die Druckwerte beziehen sich immer auf den absoluten Druck. Falls es sich um einen relativen Druck handelt, kann man die Werte selbst ausrechnen.) Bei Dampf mit einem Druck von 1,0 MPa und einer Temperatur von 240 °C beträgt die Enthalpie H1 = 2920,98 kJ/kg. Der Verbrauch an Dampf beträgt W1 = 15 t/h = 15.000 kg/h. Die gesamte Wärmebelastung beträgt daher Q = W1 · H1 = 12.170,75 kW. Durch den Einsatz eines Druckreduzierers ändert sich diese Gesamt-Wärmebelastung nicht – es entstehen höchstens geringe Wärmeverluste. Somit hat es keine Auswirkungen darauf, ob der Druck auf 0,3 MPa oder 0,4 MPa reduziert wird. Der Dampf nach der Stromerzeugung ist überhitzter Dampf mit einem Druck von 0,3 MPa und einer Temperatur von 150 °C. Die Enthalpie dieses Dampfs beträgt H2 = 2761,18 kJ/kg. Der Dampfverbrauch liegt bei W2 = Q/H2 = 12170,15 * 3600 / 2761,18 = 15868 kg/Stunde = 15,868 t/Stunde. Es lässt sich also feststellen, dass der Dampfverbrauch um 0,868 t/Stunde zunimmt. Aus Sicht des Stoffbilanzprinzips benötigt der Betreiber zu diesem Zeitpunkt Dampf mit einem Druck von 1,0 MPa und einer Temperatur von 240 °C. Die Menge an benötigtem Dampf beträgt W1‘ = 15,868 t/h. Die gesamte Wärmeleistung beträgt Q‘ = 12875,11 kW. Im Vergleich dazu liegt die Leistung bei Q = 12170,75 kW. Das bedeutet, es fehlen 12875,11 – 12170,75 = 704,36 kW. Für die Effizienz des Generators unter Rückdruck wird ein Wert von 65 % angenommen (fragen Sie den Hersteller nach). Die erzeugte Leistung beträgt daher N = 704,36 * 0,65 = 457,83 kW. . Stoffbilanz: Eingang: 15,868 t/h Dampf, Ausgang: 15,868 t/h Kondenswasser – Ausgeglichen~~~~~ Energiebilanz: Eingang: 12.875,11 kW, Ausgang: Verbrauch durch Wärmeerzeugungsanlagen: 12.170,75 kW + Stromerzeugung: 457,83 kW + Verluste im Stromerzeugungsprozess: 246,53 kW = 12.875,11 kW – Ausgeglichen~~~~~ Gründliche wirtschaftliche Berechnung: Die Stromerzeugung wird mit 400 kWh/h angenommen. Der Verkaufspreis pro kWh beträgt 400 x 0,6 = 240 Yuan/h. Bei 8.000 Stunden pro Jahr ergibt sich ein Jahresumsatz von 240 * 0,8 = 1,92 Millionen Yuan. Abzüglich der zusätzlichen Kosten für den Dampfverbrauch von etwa 90 Yuan/h (jährlich 720.000 Yuan) beträgt der Nettogewinn etwa 1,2 Millionen Yuan. Das bedeutet, dass die Gesamtkosten für die kleine Dampfturbine sowie den kleinen Generator etwa 2,4 Millionen Yuan betragen – inklusive Anschaffungskosten, Installation und Inbetriebnahme. Nach zwei Jahren kann man damit wieder Gewinne erzielen. . Klappt gut: lol
Der Wärmeübergangskoeffizient von überhitztem Dampf ist sehr gering, weshalb die Wärmeaustauschoberfläche des Siederelements deutlich größer sein muss
Vielen Dank, Herr Kollege. Die Situation ist folgende: Der Dampf bei einem Druck von 1,0 MPa beträgt 42 t/h. Es gibt Abnehmer für diesen Dampf – etwa 6 Tonnen pro Stunde. Der Rest, also 24 t/h, wird über Entlastungsventile in das Netzwerk mit einem Druck von 0,3 MPa geleitet. Weitere 12 t/h werden über Entlastungsventile in das Netzwerk mit einem Druck von 0,6 MPa geleitet. Der Dampf, der aus der Turbine kommt, hat einen Druck von 1,1 MPa und eine Temperatur von 315 °C. Nachdem Wasser zur Kühlung hinter der Turbine eingespritzt wurde, sinkt die Temperatur auf 220 °C. Dieser Dampf wird dann für das Netzwerk mit 10 Kilogramm pro Stunde verwendet. Wenn die Menge des Dampfs auf 3 Kilogramm bzw. 6 Kilogramm sinkt, wird kein Wasser zur Kühlung eingespritzt – stattdessen wird der Dampf direkt zur Erwärmung verwendet. Ich denke, dass dadurch die Energie, die durch die Kühlung des Dampfs entsteht, verschwendet wird. Es wäre besser, wenn der Dampf mit einer Temperatur von 315 °C direkt zur Antrieb zweier kleiner Elektromotoren genutzt werden könnte, um Strom zu erzeugen, der anschließend im internen Netzwerk verwendet werden kann. Der Dampf mit einem Druck von 6 Kilogramm bzw. 3 Kilogramm könnte dann von den Abnehmern verwendet werden. Selbst wenn die Menge des Dampfs etwas zunimmt, ist das kein Problem – schließlich haben wir ohnehin genügend Dampf. Der zusätzliche Dampf kann problemlos in weiteren Dampf umgewandelt werden. Ich denke, dass die Wärmeaustauschflächen unserer Wärmetauscher groß genug sind. Doch die Temperatur im Netzwerk mit 3 Kilogramm pro Stunde liegt immer noch bei fast 210 °C – das ist doch etwas verschwenderisch, oder? Vielleicht sollten wir einfach zwei kleine Turbinen einsetzen. Was meinen Sie?
Da man weiß, dass die Abkühl- und Druckreduziergeräte Energie verschwenden, sollte man diese Verluste mit konkreten Zahlen berechnen. In den folgenden drei Beiträgen finden Sie praktische Berechnungen bezüglich der Abkühl- und Druckreduziergeräte sowie von Turbinenkraftwerken – schauen Sie sie sich gerne an: Verschwenden die Abkühl- und Druckreduziergeräte im Dampfsystem tatsächlich Energie? http://bbs.hcbbs.com/thread-1005020-1-1.html Gibt es Energieverluste, wenn überhitzter Dampf mit 2,5 MPa und 390 °C durch einen Temperatur- und Druckreduzierventil fließt? http://bbs.hcbbs.com/thread-1009205-1-1.html Berechnung des Energieverlusts bei Temperatur- und Druckreduzierern http://bbs.hcbbs.com/thread-1390823-1-1.html Als technischer Ingenieur müssen Sie lernen, selbst zu berechnen. Nur wenn Sie es selbst durchführen, werden Sie wirklich verstehen, welcher grundlegende Unterschied zwischen Temperatur- und Druckreduzierern sowie Rückdruckkraftwerken besteht. Ohne konkrete Daten werden Sie das nicht klar erkennen können. Ich weiß es auch nicht, haha. . Rechnen Sie selbst – viele Techniker in Unternehmen haben dieses Problem. Man sollte nicht nur ständig Fragen stellen, sondern auch selbst Hand anlegen und rechnen! ! Probieren? ？ ？
Vorgesetzter, es gibt immer noch einige Probleme. Ich habe einige Berechnungen durchgeführt. Zum Beispiel: Bei einem Druckentlastungsventil – Einstellwert am Eingang des Ventils, Einstellwert am Ausgang des Ventils, Temperatur T in °C: 215 und 196; Druck P in MPa: 1,1 und 0,3; Durchfluss W in kg/h: 24.000 und 24.000; spezifische Enthalpie H in kJ/kg: 2.856,65 und 2.856,71; spezifische Entropie S in kJ/kg·K: 6,7223 und 7,3391; nutzbare Energie Ex in kJ/kg: 857,96 und 74,15; Gesamtenthalpie H in kW: 18.991 und 18.9910; gesamte nutzbare Energie Ex in kW: 5.703 und 4482–1221 kW; verlorene Energie Lw in kW: 1.221 kW. Es stimmt also, dass Energie verloren geht – aber ich denke, es geht dabei um eine Art „Fähigkeit“ des Systems. Es gibt keinen großen Unterschied zwischen Enthalpie und thermischer Energie; die Gesamtenergie bleibt gleich. Wenn man die Enthalpie nutzen will, um Strom zu erzeugen, dann ist das Ergebnis natürlich anders. Eines kann 100 Meter laufen, das andere nur 50 Meter. Aber wenn man beides zum Heizen verwendet, dann kann das eine 100 Meter hoch springen, während das andere ebenfalls 100 Meter hoch springen kann. Wenn man sie nicht zur Stromerzeugung verwendet, dann gibt es keinen großen Energieverlust. Am Ende wird alles in zehn Kilogramm Flüssigkeit und drei Kilogramm Flüssigkeit umgewandelt. Der Unterschied in der Enthalpie der Flüssigkeiten beträgt 100 kJ/kg. Der Rest wird zum Heizen verwendet. Wenn ich nun diesen Dampf zur Stromerzeugung verwende, brauche ich zwei bis drei Tonnen mehr Dampf. Bei einem Preis von 160 Yuan pro Tonne bedeutet das einen höheren Kostenaufwand. Zudem ist die Rückdruckturbine auch effizient. Ich habe mit einer Software berechnet: Angenommen, der Dampfeingang der Turbine liegt bei 1,0 MPa und 305 Grad, der Dampfausgang bei 0,3 MPa und 222 °C. Bei einem Durchfluss von 24 T/h und einer Effizienz von 0,65 kann die Turbine 1.016 kW Strom erzeugen. Ähnlich, bei 0,6 MPa kann eine Leistung von 312 kW erzeugt werden. Wenn man Geld verdienen will, dann geht es um den Unterschied zwischen dem Preis des elektrischen Stroms und den Kosten für den Einsatz von Dampf. Bei 1000 kWh Strom kostet das ca. 65 Cent. Somit kann man pro Stunde 650–320 Yuan sparen – insgesamt also 330 Yuan. Ist das richtig? Im Laufe eines Jahres kann man so Hunderttausende sparen. Ein weiteres Problem ist, dass ich gesehen habe, dass einige Fabriken kleine Dampfturbinen verwenden, um kleine Elektromotoren anzutreiben, mit denen wiederum Strom erzeugt wird. Auch das funktioniert zwar, aber ich weiß nicht, wie effizient das ist. Ist es überhaupt sinnvoll, so Strom zu erzeugen? Druck beim Einführen von Luft: 1,0 MPa; Temperatur beim Einführen von Luft: 305°C. Druck bei der Ausstoßung von Luft: 0,3 MPa; Temperatur bei der Ausstoßung von Luft: 222°C. Leistung, die erzielt werden kann: 1016. Bei 0,9 MPa und 305°C beträgt die Leistung 932. Bei 0,8 MPa und 305°C beträgt sie 837
Ich habe Ihre Daten nicht genau überprüft, aber man ist selbst für seine eigenen Angelegenheiten verantwortlich. Eines nur: Wenn man die Unterschiede in der Qualität von Dampf kennt, den Unterschied zwischen Laufen und Hochsprung versteht sowie den Unterschied zwischen Stromerzeugung und Temperatur- sowie Drucksenkung, dann ist man bereits auf dem richtigen Weg. . . Die Idee ist richtig. Wenn man etwas genauer vorgeht und das gesamte Dampfsystem detailliert berechnet, fällt es nicht schwer, zu einem Ergebnis zu kommen. . Das Konzept der verfügbaren Energie haben Sie bereits verstanden – es ist die Grundlage für alles. . Viel Glück~~~
Haha, vielen Dank für die Anleitung. Falls es weitere konkrete Fragen gibt, würde ich mich gerne an Sie wenden
Vorgesetzter, es gibt noch etwas, worüber ich Sie fragen möchte: Wenn ich die Drücke und Ströme vor und hinter der Dampfturbine anhand des aktuellen Rohrstroms sowie der Drücke vor und hinter dem Regelventil berechne, dann sollten die Rohrdurchmesser vor und hinter der Dampfturbine denjenigen vor und hinter dem Regelventil entsprechen, oder?
Eines habe ich nicht verstanden: „Wirkungsgrad der Rückdruck-Generierung 65 %“ – kann das wirklich so hoch sein?