Carnot factor of a vapour power cycle with regenerative extraction

Facteur de Carnot des cycles thermodynamiques des turbines à vapeur comportant des soutirages régénératifs.

Alain Duparquet (1)

1 Auteur indépendant

The present paper describes the energy analysis of a regenerative vapour power system. The regenerative steam turbines based on the Rankine cycle and comprised of vapour extractions have been used industrially since the beginning of the 20th century, particularly regarding the processes of electrical production. After having performed worked in the first stages of the turbine, part of the vapour is directed toward a regenerative exchanger and heats feedwater coming from the condenser. This process is known as regeneration, and the heat exchanger where the heat is transferred from steam is called a regenerator (or a feedwater heater). The profit in the output brought by regenerative rakings is primarily enabled by the lack of exchange of the tapped vapour reheating water with the low-temperature reservoir. The economic optimum is often fixed at seven extractions. One knows the Carnot relation, which is the best possible theoretical yield of a dual-temperature cycle; in a Carnot cycle, one makes the assumption that both compressions and expansions are isentropic. This article studies an ideal theoretical machine comprised of vapour extractions in which each cycle partial of tapped vapour obeys these same compressions and isentropic expansions.

Les turbines à vapeur basées sur les cycles de Hirn et de Rankine comportant des soutirages de vapeur sont utilisées industriellement depuis le début du XX siècle. C’est notamment le cas des process de production d’électricité. Après avoir travaillé dans les premiers étages de la turbine, une partie de la vapeur est dirigée vers un échangeur et réchauffe l’eau provenant du condenseur. Le gain en rendement apporté par les soutirages régénératifs est essentiellement du au fait que la vapeur soutirée réchauffe l’eau et n‘échange pas en pure perte avec la source froide. L’optimum économique est souvent fixé à 7 soutirages. On connaît la relation de Carnot qui est le meilleur rendement théorique possible d’un cycle bitherme dans lequel on fait l’hypothèse que les compressions et les détentes sont isentropiques. Cet article étudie une machine théorique idéale comportant des soutirages de vapeur dans laquelle chaque cycle partiel de vapeur soutirée obéit à ces mêmes hypothèses de compressions et détentes isentropiques.

Mots clés: Maximum power; Thermoelectricity; entropy production; thermodynamic; energy; power plant; entropy; efficiency; second law analysis; Carnot Engine; Irreversibilities; irreversibility; Process integration; Carnot factor; Rankine Cycle

Mots clés: thermodynamique; facteur de Carnot; Cycle de Rankine; Production électrique; énergie; Rendement energetique; entropie; second principe de la thermodynamique; irréversibilité

Domaines: Physique Classique [physics.class-ph]; Thermique [physics.class-ph]

Alain Duparquet. Facteur de Carnot des cycles thermodynamiques des turbines à vapeur comportant des soutirages régénératifs.. 2015. ⟨hal-01273871⟩