Q1. Consider the following steam Rankin cycle. Turbine inlet temperature and pre

Question

Q1.   Consider   the   following   steam Rankin cycle.  

Turbine   inlet   temperature   and   pressure:   100   bar,   5000 C

Condenser   Pressure:   0.015   bar

Isentropic   efficiencies   of   turbine   and   pump:   .95

A]   Determine   all   the   state   points

B]   Determine   the   dryness   fraction   at   the   turbine   outlet

C]   Find   the   net-work   done   by   the   cycle   and   the   cycle   efficiency

D]   100MW   power   is   to   be generated.   Maximum   steam   rate   by   the   boiler   is  

2   tonne/hour.   Find   the   area   of   solar   concentrators   required   to   supply   the  

remaining   steam   rate   to   the   turbine.   (   Assume   1000W/m2 and   30%  

efficiency, Let   water   inlet   to   solar   thermal   system   be   available   at   the   same  

conditions   as   the   boiler   inlet,   i.e   pump   outlet)

Explanation / Answer

State   points   are   as   follows:

1:   Pump   inlet;   2:   Pump   outlet;   3:   Saturated   water   point   in   the   boiler;   4:  

Turbine   inlet;   5:Turbine   outlet

Point T 0C S   kJ/kg   K H   kJ/kg P bar

1 13 .199 54.7 0.015  

2s   (isentropic) 13.51 .199 66.3 100

2   (actual) 13.65 .2010 66.9 100

3 311.1 3.360 1407.6 100  

4 500 6.597 3373.7 100  

5s (isentropic) 13 6.597 1894.34 0.015  

5 (actual) 13 6.882 1968.308 .015

Dryness   fraction:       (h5-h1)/(h-h1)=(1968.308-54.7)/(2525.3-54.7)=   .774

Net   work   done=   (h4-h5)-(h2-h1)=1393.192   kJ/kg   steam

Efficiency=       [(h4-h5)-(h2-h1)]/[(h4-h2)]=   1393.192/3306.8   =   42%

Part   D]   We   need   to   supply   steam   to   the   turbine   at

(1000-(1393.192*2000/3600))/3373.7

Therefore,   we   need   steam   at   5000C and   100   bar at   241kg/h.

Therefore,   we   need   (h4-h2)*m   from   the   solar   thermal   system.

=3308.6*241/3600=221.37kW

Area   of   collector   required   =   221.37*1000/(1000*.3)=737.9   m2

Note:   There   will   be   a   separate   line   for   the   solar   thermal   system   from   the  

pump   till   the   boiler.   Condenser   circuit   is   common   for   both.   Hence   after   the  

compressor   pump,   there   will   be   a   separate   pump   for   the   solar   thermal  

system   flow   rate   requirement,   whose   power   has   not   been   considered.

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