Verbesserungen des Wirkungsgrads

• Grundlegende Ideen:
  • "schlechte" Teilflächen minimieren
    
  • Werte der Zustandsgrößen verbessern
    • Kondensationstemperatur verringern (a)
    • Dampftemperatur erhöhen (b)
  • Abwärme nutzen
    • wirklicher Verlust Q_ab (bei gleichem W_k) wird kleiner
    • benötigte Wärme Q_zu wird kleiner
    • → Wirkungsgrad steigt
  • Beispiele
    • Speisewasservorwärmung (interne Nutzung) (c)
    • Kraft-Wärme-Kopplung (externe Nutzung)
• Erniedrigung des Gegendrucks:
  • niedrige Kondensationstemperatur → niedriger Dampfdruck im Kondensator
  • meist durch Kühlwasser-Temperatur beschränkt
• Erhöhung der Dampftemperatur:
  • starke Beanspruchung der Materialien
  • Nassdampfgebiet →
    • Trennung von Wasser und Dampf nötig
    • z.B. dickwandige Kessel
    • Wirkungsgrad steigt
    • Wirtschaftlichkeit sinkt
  • Ausweg: "Verdampfen" über dem kritischen Punkt
• Zwischenüberhitzung:
  • Problem
    • zu hoher Wassergehalt bei Entspannung in Turbine
  • Lösung
    • zunächst geringere Entspannung
    • Dampf danach wieder aufwärmen
    • weitere Entspannung in 2. Turbine
      
  • verbessert auch den Wirkungsgrad (bei geeigneten Zwischentemperaturen)
• Speisewasservorwärmung:
  • sehr schlechter Wirkungsgradbereich bei Erwärmung des Wassers
  • Verbesserung
    • Massenanteil α vom Dampf abzweigen
    • zum Vorwärmen des Wassers verwenden
      
  • ideale Wärmeübertragung
    • heißer Dampf gibt isobar die gesamte Wärme ab
    • wird nach adiabater Druckanpassung dem Wasser wieder hinzugefügt
    • in der Praxis Wärmeübertragung nur gegen endlichen Temperaturunterschied
  • im T-s-Diagramm mit farbigen Linien für die einzelnen Dampfanteile
    
  • Energiebilanz im 1. Vorwärmer
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  • in großen Anlagen bis zu zehn Vorwärmstufen
• Reale Dampfkraftanlagen:
  • Gesamtwirkungsgrad enthält viele Verluste, z.B.
    • Verbrennungsverluste
    • Rohrleitungsverluste
    • Turbinenverluste
    • mechanische und elektrische Verluste bei der Energieumwandlung
    • Eigenbedarf für Pumpen etc.
  • vereinfachtes Schaltbild eines 500 MW-Blocks eines Dampfkraftwerks
    
• Aufgaben:
  • Aufgabe 17