TP2 Cycle Rankine Avec Regeneration [PDF]

Zitiervorschau

TP2 : Cycle de Rankine avec régénération Module : Thermodynamique industrielle Filière Ingénieure Génie Energétique : Fige 1 Pr. E. AFFAD

Le But Dans les cycles thermodynamiques, une amélioration du rendement, aussi petite qu’elle soit, représente un gain important. Une des techniques les plus courantes pour améliorer le rendement d'un cycle de vapeur d'eau consiste à utiliser une régénération. Le cycle de Rankine avec régénération Améliorer l'efficacité du cycle L’amélioration de l'efficacité du cycle consiste à tendre vers le cycle de Carnot fonctionnant entre les mêmes limites haute et basse température. Le procédé de régénération consiste à extraire de la vapeur d'eau à la sortie du premier étage de turbine et l’utiliser pour chauffer dans un mélangeur l'eau provenant du condenseur. En utilisant CyclePad, ce TP consiste à modifier le cycle de Rankine par l’intégration de la régénération et de voir la variation du rendement thermique du cycle (voir la figure cidessous). 5

Turbine 1er étage

15 MPa 600°C 1kg/s

Substance: eau

6

1,2 MPa

Turbine 2ème étage 6b

Chaudière

Fraction soutirée: 23%

6a

Réchauffeur à mélange

10 kPa

7

distributeur cond

2 4

3 X=0

PMP2

1

PMP1

1

Choix des hypothèses de régénération Pour ce TP2, nous avons à imposer des hypothèses à: - la sortie de la turbine haute pression (S6) ; - le séparateur (SPL1) ; - la sortie de la pompe basse pression (PMP1) ; - et l'entrée de la pompe à haute pression (PMP2). Nous allons examiner chacun de ces points. Le Splitter (distributeur SPL1) Le séparateur est utilisé pour diriger une partie du fluide de travail à partir de l'étage de turbine à haute pression vers le mélangeur. L'hypothèse que nous faisons ici est que le séparateur est isoparamétriques. Cela signifie que les écoulements sortants du séparateur ont les mêmes propriétés que l’écoulement entrant au séparateur. La sortie de la pompe basse pression (S2) La pompe basse pression PMP1 devrait comprimer l’eau provenant du condenseur jusqu’à la pression de l'eau extraite de la turbine haute pression. Dans le cas contraire, l'eau extraite de pression supérieure s'écoule à travers la pompe à basse pression ou l’eau provenant de la pompe basse pression a tendance à s’écouler vers le séparateur. Nous pourrions simplement mettre cette pression à une valeur donnée, qui est aussi la pression à la sortie de la turbine haute pression. Cependant, la meilleure approche consiste à dire à CyclePad d’égaliser les deux pressions, en utilisant le "Equate P (S2) à un autre paramètre". Ainsi, lorsque nous avons besoin de faire les calculs avec différentes pressions d'alimentation en eau, nous n'avons pas besoin de faire le changement en deux endroits. Une autre solution équivalente consiste à déclarer MXR1 être isobarique. L'entrée de la pompe haute pression (S3) Dans le cycle de Rankine original, l'eau sortant de la pompe à basse pression est seulement à 46°C et l'eau entrant dans la chaudière est à peu près à la même température (la compression d'un fluide incompressible ne modifie pas beaucoup sa température). Peut-on chauffer l'eau 2

pour améliorer le rendement de l’installation? La réponse est oui. La seule limite que nous devons vraiment prendre en compte est le fonctionnement correct de la pompe. C'est-à-dire il faut s’assurer que l’eau qui arrive vers la pompe est de l’eau saturée car une pompe ne supporte pas la vapeur (problème de cavitation). Donc, nous pouvons chauffer cette eau autant que nous le pouvons, mais sans arriver à sa vaporisation. On prendra alors comme hypothèse au point S3: eau saturé de qualité = 0.

Examen du rendement de régénération L'effet de soutirage sur l'efficacité du cycle Les conditions prenant en compte la régénération au cycle de Rankine sont résumées dans les deux tableaux ci-dessous ainsi que sur la figure précédente: S6 substance:eau

Conditions de fonctionnement S7 S1 Phase=saturée Phase=saturée

S3 Phase=saturée

dryness=0 HTR

TUR1

SPL

TUR2

CLR

PMP1

Chaudière Model as: isobaric

1 er étage Model as: adiabatic

Distributeur Model as: isoparametric

2ème étage Model as: adiabatic

Model as: isentropic

Splitting fraction: 23%

Model as: isentropic

Cond Model Model as: as: adiabatic isobaric Model as: isentropic

PMP2

MXR

Model as: adiabatic

réchauffeur Model as: isobaric

Model as: isentropic

1- Remplir le tableau ci-dessous Rendement

Cycle de Rankine non modifiée

Cycle Rankine avec régénération

Le rendement thermique % d'augmentation de la production d'électricité 2- Interpréter le résultat obtenu La pression de l’eau d'alimentation du mélangeur 3- Remplir donc le tableau suivant (un pas de 1bar) :

3

Pression au 1 point S6 (BAR) W1(Turb1) W2(Turb2) Rendement :

2

3

4

5

6

7

8

10

11

12

4- Tracer la variation du rendement thermique en fonction de la pression de l’eau d’alimentation du mélangeur. Conclusion 5- Tracer le cycle de Rankine ainsi que le cycle avec régénération (pour la pression en S6 correspondant à un optimum) dans le diagramme T-S de l’eau.

La fraction soutirée 6- Remplir le tableau suivant: Fraction soutirée (%) W1(Turb1) kw W2(Turb2) kw Rendement

23

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

7- Tracer le rendement en fonction de la fraction soutirée 8- Conclusion générale

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