Evaluation of a power generation system that integrates multiple Kalina cycles and absorption heat pumps

Akimoto, Ryosuke; Yamaki, Takehiro; Nakaiwa, Masaru; Matsuda, Keigo

doi:10.1016/j.csite.2021.101363

Cited by 14 publications

(2 citation statements)

References 32 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…A distinctive feature of the isobaric process in comparison with the isochoric process of heat supply is the premature expansion of steam during its formation and overheating, for which part of the supplied heat is spent [3][4][5][6][7][8]. Therefore, the isobaric process of heat supply, in comparison with the isochoric process, has a dual disadvantage in terms of converting heat into mechanical energy: additional heat consumption and undesirable (premature) expansion of the working fluid outside the mechanism for converting its potential energy (compressed spring) into kinetic energy [9][10][11][12][13][14]. Therefore, in all heat-to-work converters, it is desirable to replace the isobaric process of heat supply with an isochoric one.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Удосконалений Термодинамічний Цикл Паротурбінної Установки

Lavrenchenko¹,

Слинько²,

Бойчук

et al. 2023

J. of Chem. and Tech.

View full text Add to dashboard Cite

У сучасних паротурбінних установках пара перегрівається в ізобарному процесі. Як відомо з технічної термодинаміки, за нагрівання робочого тіла від заданого стану до однакової температури, теплота за ізобарного процесу більша, ніж за ізохорного. Крім того, розширення робочого тіла в ізобарному процесі підведення тепла є шкідливим, оскільки не виконується зовнішня робота і втрачається фізичне розширення з метою отримання зовнішньої механічної роботи. В ізохорному процесі пара, подібно до механічної пружини, накопичує більше механічної енергії за менших витрат теплоти. Тому в паротурбінних установках пропонується як первинний перегрів, так і подальші процеси перегріву пари здійснювати ізохорно. Порівняльні розрахунки характеристик паротурбінної установки, що працює за циклом Ренкіна з первинним перегрівом пари до тиску 6.0 МПа і температури 600 °C (тиск пари в конденсаторі 0.004 МПа) з характеристиками установки з ізохорним процесом перегріву пари за тих самих вихідних даних, показали значні енергетичні та економічні переваги останньої в порівнянні з базовою. Так, за менших витратах палива в модифікованій установці (на 10.1 %) її питома робота зросла на 3.9 %, а тепловий ККД – на 11.2 %. Ще суттєвіші енергетичні та економічні переваги має модифікована ПТУ з одним додатковим підігрівом пари: за меншої витраті палива на 15.9 % питома робота зросла на 6.8 %, а тепловий ККД – на 18.8 %. Завдяки меншим об'ємам пари в кінці розширення масогабаритні параметри турбін і конденсатора модифікованої установки зменшуються на 5.2 % порівняно з базовою установкою. Враховуючи наведені вище висновки та масштаби використання ПТУ на сучасних електростанціях, де використовується до десяти проміжних пароперегрівів, запропонована модернізація їх термодинамічних циклів гарантує ще більший енергетичний та економічний ефекти.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Удосконалений Термодинамічний Цикл Паротурбінної Установки

Lavrenchenko¹,

Слинько²,

Бойчук

et al. 2023

J. of Chem. and Tech.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…The results found that the proposed parallel double-pressure Kalina cycle performs better in net power output and exergy efficiency than the basic Kalina cycle. Akimoto et al [21] evaluated an electric power generation system that integrates multiple Kalina cycles and absorption heat pumps. They reported that the absorption heat pump cycle could be used as a cooling unit to improve thermal efficiency and create an efficient cogeneration system.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Thermodynamic Performance of a Cogeneration Plant Driven by Waste Heat from Cement Kilns Exhaust Gases

et al. 2023

View full text Add to dashboard Cite

The dwindling and scarcity of fossil energy sources is the basis of the energy transition, where renewable resources are increasingly valued. The purpose of the cogeneration system studied in this article is to recover the residual heat from the gases coming out of the chimneys of the cement kilns, to produce at the same time the electricity and the heat required for offices and residential houses of cement workers. Cement kilns are reputed to be energy-intensive, generating excessive heat losses. These heat losses are found mainly in the conduction–convective and radiative modes, representing about 26% of the overall heat input to the system. Nevertheless, the gases at the chimney outlet can still have temperatures between 250 and 350 °C, which presents a non-negligible potential for a cogeneration system. This study compares the thermal performance of different cogeneration plant configurations (KCA, KCB, and KCC systems) using the Kalina cycle to determine the best one. Several assumptions were made to reduce the complexity of the model. MATLAB and Excel software were used to solve the system of equations. After extensive analysis of the results, the KCA system showed the best performance, compared to the KCB and KCC systems, with a thermal efficiency of 22.15%, an exergy efficiency of 45.12%, and a net electrical capacity of 2565.03 kWe. Model sensitivity to concentration, temperature, and pressure variations also gave the KCA system the best-performing system. Evaluation of the excess heat flux removed from the process yields values of 7368.20 kW, 7421.86 kW, and 8094.15 kW for the KCA, KCB, and KCC systems. The results of this article serve as a decision support tool for installing the cogeneration system via the Kalina cycle in cement installations.

show abstract