10-20 Consider a coal-fired steam power plant that produces 300 MW of electric power. The power plant operates on a simple ideal Rankine cycle with turbine inlet conditions of 5 MPa and
and a condenser pressure of 25 kPa . The coal has a heating value (energy released when the fuel is burned) of
. Assuming that 75 percent of this energy is transferred to the steam in the boiler and that the electric generator has an efficiency of 96 percent, determine (a) the overall plant efficiency (the ratio of net electric power output to the energy input as fuel) and (b) the required rate of coal supply. Answers: (a) 24.5 percent, (b) 150 t/h
Passo 1
O problema trata de uma usina termelétrica a carvão que produz
elétricos e opera num ciclo Rankine ideal com entrada de vapor superaquecido a
e
, e condensador à pressão
. O carvão tem poder calorífico
,
% desse calor é transferido ao vapor no gerador de vapor (caldeira) e o gerador elétrico tem eficiência
.
Precisamos de (a) eficiência global e (b) vazão de carvão
. Para isso calculamos primeiro o trabalho líquido específico e o calor de entrada específico do ciclo.
Precisamos de (a) eficiência global
Passo 2
Determinar propriedades nos estados usando tabelas de vapor:
Estado
(superaquecido):
,
.
Estado
s (após expansão isentrópica a
,
): nas tabelas de saturação a
Calcular qualidade:
Calcular qualidade:
Estado
(líquido saturado a
):
Estado
(após bomba até
):
Passo 3
Calcular trabalho específico da turbina, da bomba, trabalho líquido e calor de entrada:
Passo 4
Eficiência térmica do ciclo e eficiência global:
A eficiência global inclui
% de aproveitamento na caldeira e
% do gerador:
Passo 5
Determinar vazão mássica de vapor necessária para gerar
elétricos:
Potência mecânica na turbina requerida
Vazão de vapor
Passo 6
Determinar vazão de carvão:
Taxa de calor entregue ao vapor
Energia de combustível necessária
Vazão mássica de carvão
Resposta
(a)
(b)
(b)