Regenerative Speisewasservorwärmung (reine Wärmeübertragung)
Um in TOP-Energy eine regenerative Speisewasservorwärmung zu modellieren (z. B. mit einem Economizer), können die Komponenten der Wärmeübertragung verwendet werden.
Durch die in der folgenden Abbildung gezeigte Verschaltung der Wärmeübertragungskomponenten Wärmeabgase Luft und Wärmeaufnahme Dampf kann überschüssige Wärme aus dem Abgas zur Vorwärmung des Speisewassers genutzt werden. WÜ steht für Wärmeübertrager.
Dabei muss berücksichtigt werden, dass durch die vorgegebenen Zustände vor und nach der Komponente WÜ Teil 2 in Kombination mit dem durch die Optimierung festgelegten Dampfmassenstrom die benötigte Energiemenge ebenfalls festgelegt ist. Das bedeutet: Die Abgasmenge muss in jedem Fall die benötigte Leistung liefern können, damit eine gültige Lösung für das Energiesystem existiert. Angewendet ist dies zum Beispiel im Tutorial 33 – Zweistufiger Dampfkraftprozess.
Speisewasserbehälter mit Dampfeinspeisung (Mischung der Stoffströme)
Den Fall einer Speisewasservorwärmung durch einen zugemischten Dampfstrom kann man ebenfalls mit Hilfe der Wärmeübertragerkomponenten simulieren. Dies soll anhand des folgenden Beispiels demonstriert werden:
Im Falle eines Dampfzumischers zur Speisewasservorwärmung muss der oberen Schiene genau so viel Dampf entzogen werden, dass das kalte Speisewasser durch Beimischung die gewünschte Temperatur erreicht. Sowohl die Massen- als auch die Energiebilanz müssen erfüllt sein, ein Speichereffekt wird nicht berücksichtigt. Die Bilanz eines idealen Speisewasserbehälters sieht folgendermaßen aus.
Die folgende Abbildung zeigt den Bilanzraum eines Speisewasserbehälters kombiniert mit der Darstellung des TOP-Energy-Schemas.
Die Umsetzung in TOP-Energy erfolgt wie in der Abbildung oben dargestellt. In dieser Verschaltung sind beide Bedingungen erfüllt. Das Speisewasser tritt mit der spezifischen Enthalpie \( h_{Speisewasser} \) in die Komponente WÜ Teil 2 ein und muss auf den energetisch höheren Zustand mit der spezifischen Enthalpie \( h_{vorgewärmt} \) angehoben werden. Die dafür benötigte Energie wird zwangsläufig dem WÜ Teil 1 entzogen, der energetisch den eingespeisten Dampf von \( h_{Dampf} \) nach \( h_{vorgewärmt} \) abwertet. Durch den festgelegten Energiestrom und die definierten Zustände ist der dazugehörige Massenstrom in WÜ Teil 1 eindeutig bestimmt. Daraus ergeben sich die folgenden TOP-Energy-Modellgleichungen:
Bilanzgrenze um WÜ Teil 1 bzw. Teil 2:
Bilanzgrenze um den Mischungsknoten:
Die letzte Gleichung entspricht genau der ursprünglich aufgestellten Energiebilanz aus der Gleichung (1). Die Massenbilanz lässt sich analog aufstellen.
