Optimization of ranking cycle

Abstract

ABSTRACT: Optimization of steam power plants has always been a major concern for industries. Even one percent increase in thermal efficiency of a power plant could save lots of money. A power plant which consumes sea water as a working fluid has been studied which simulated by VisSim software. The ideal steam power plant is called Rankine cycle. In this study, cycle efficiency and optimal placement of FWHs in three regenerative Rankine cycle from one feedwater heater (FWH) up to three feedwater heaters (FWHs) have been investigated in ideal and actual case. Different parameters that affects cycle efficiency include boiler pressure, condenser pressure, boiler temperature, pump efficiency, turbine efficiency, cooling water temperature and the number of feedwater heaters utilized in a power plant. Based on the acquired data from VisSim software, in actual base one, two and three FWHs, the efficiency was 38.87%, 39.68% and 43.55% respectively and the change from ideal cycle was 10.16% decrease, 10.17% decrease and 2.73% decrease respectively. As the number of FWHs increased, the efficiency also increased and it got closer to ideal cycle. The parameter which had the highest impact on increasing efficiency was turbine efficiency. By raising turbine efficiency by 5%, the efficiency moved up around 5% for one and two FWHs and 1.11% for three FWHs. After that boiler temperature had the highest impact on efficiency change which was about 3.5% increase in efficiency by rising it up to 20%. By raising boiler pressure by 20% the efficiency raised by around 1.80% and finally lowering condenser pressure by 20%, led to around 1.40% efficiency increase for actual one, two and three FWHs. Another purpose of this study was to find the optimal placement of feedwater heaters in each cycle. In 1 FWH and 2 FWHs regenerative Rankine cycle, the optimal pressure of the FWHs in both ideal and actual cycles are almost the same, however in 3 FWHs regenerative Rankine cycle, optimal pressure of the feedwater heaters in actual cycle is much less than those in ideal cycle for corresponding feedwater heaters. Keywords: Rankine Cycle, Feedwater Heater, Vissim, Optimization, Power Plant. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ÖZ: Buhar santrallerinin optimizasyonu her zaman sanayi için önemli ilgi noktalarından birisi olmuştur. Bir santralin termik verimliliğinde yüzde birlik bir artış bile çok büyük maddi tasarruf sağlayabilmektedir. İdeal buhar santraline Rankine çevrimi denir. Bu çalışmada çevrim verimi, ve besleme suyu ısıtıcılarının optimum yerleştirilmesi için 1, 2 ve 3 ara ısıtıcılı ideal ve gerçek rejeneratif (Rankine) buharlı güç çevrimleri incelendi. Çevrim verimini etkileyen farklı parametreler kazan basıncı, kazan sıcaklığı, pompa verimi, türbin verimi, soğutma suyu sıcaklığı ve santralda kullanılan besleme suyu ısıtıcılarının (ara ısıtıcılar) sayısını içerir. Çevrim simülasyonu için VisSim yazılımı kullanıldı. Gerçek, rejenerasyonlu bir, iki ve üç ara ısıtıcılı buhar santralleri için simülasyon sonucu elde edilen optimum termal verimlilik sırasıyla % 38.87, % 39.68 ve % 43.55 olarak hesaplandı. Gerçek rejeneratif Rankine çevriminin aynı türbin basıncı ve sıcaklığı ile kondenser basınca sahip olan ideal rejeneratif Rankine çevriminden daha düşük ısıl verimliliği vardır. Bir, iki ve üç ara ısıtıcılı gerçek bir Rankine çevriminin verimliliği aynı çalışma parametreleri olan ideal çevime göre sırası ile % 10.16, % 10.17 ve % 2.73 daha düşüktür. Ara ısıtıcıların sayısı arttıkça, gerçek çevrimin verimliliği artar ve ideal çevrimin verimliliğine yaklaşır. Gerçek çevrimde, termal verimliliğe en yüksek etkisi olan parametre türbinin verimliliğidir. Türbin verimi referans değerine göre % 5 artırılırsa, bir ve iki ısıtıcılı gerçek çevrimin termal verimliliğinde yaklaşık % 5 iyileşme olur. Türbin verimliliğinde yapılan ayni iyileştirmede ise üç araısıtıcılı çevrimin verimliliğindeki artış % 1.11 dir. İkinci en yüksek etkiye sahip parametre kazan sıcaklığıdır, kazan sıcaklığında % 20 lik artış çevrimin termal verimliliğini % 3.5 civarında artıdı. Kazan basıncındaki % 20 lik artışın bir, iki ve üç ara ısıtıcılıdaki gerçek rejeneratif Rankine çevrimindeki verimliliğe etkisi yaklaşık % 1.80 dir. Son olarak kondenser basıncındaki % 20 lik azalmanın her üç çevrimin termal verimliliğine olan etkisi % 1.40 iyileşme olarak bulundu. Sunulan verimlilikler optimal verimlilikler olup çevrimin termodinamik optimizasyonu sonucu ara ısıtıcıların en uygun yerleştirilmesi yolu ile elde edildi. Anahtar Kelimeler: Rankine Çevrimi, Besleme Suyu Isıtıcı, Vissim, Optimizasyon, Güç Santralı.