Цикъл на Ранкин: Какво е това? (Идеален vs. Реален + T-s диаграма)

Какво е цикълът на Ранкин?

Цикълът на Ранкин е механичен цикъл, често използван в електроцентрали за преобразуване на притиснатата енергия на пара в механична енергия чрез парни турбини. Основните компоненти на цикъла на Ранкин включват ротационна парна турбина, помпа за котел, неподвижен кондензатор и котел.

Котелът се използва за затопляне на водата до необходимата температура и налягане на пара, както изисква турбината за производство на електроенергия.

Изхвърлената пара от турбината се насочва към радиалния или аксиалния потоков кондензатор, за да се кондензира парата в кондензат, който се рециклира обратно към котела чрез помпи за котел за повторно затопляне.

Това може да стане по-ясно, ако отстъпим малко назад и разберем как изглежда типичният цикъл на електроцентрала.

Типичен цикъл на електроцентрала

Електрическата енергия се генерира в парни цикли на електроцентрали, като се използват въглища, лигнит, дизелово гориво или тежка печна мазута, в зависимост от наличността и цената. Схемата на потока на парния цикъл е следната:

Цялата електроцентрала може да бъде разделена на следните подсистеми.

• Подсистема A: Класифицирана като основни компоненти на електроцентралата (турбина, кондензатор, помпа, котел) за производство на електроенергия.

• Подсистема B: Класифицирана като димник, от който се изхвърлят отпадъчни газове в атмосферата.

• Подсистема C: Класифицирана като електрогенератор за преобразуване на механична енергия в електрическа енергия.

• Подсистема D: Класифицирана като система за охлаждаща вода за поглъщане на топлината на отхвърления пара в кондензатора и промяна на фазата на пара в течност (кондензат).

Ще анализираме подсистемата в този цикъл на електроцентралата, която се занимава с цикъла на Ранкин.

Много от практически ограниченията, свързани с цикъла на Карно, могат удобно да бъдат преодолени в цикъла на Ранкин.

Идеален цикъл на Ранкин

В парния цикъл, ако работещата течност минава през различните компоненти на електроцентралата без необратими процеси и падеж на налягането поради триене, то цикълът се нарича Идеален цикъл на Ранкин.

Цикълът на Ранкин е основният оперативен цикъл за всички електроцентрали, където работещата течност непрекъснато променя своята фаза от течност в пара и обратно.

Диаграмите (p-h) и (T-s) са полезни за разбиране на работата на цикъла на Ранкин, както и при описанието, дадено по-долу:

1-2-3 Изобарно предаване на топлина или постоянна топлина при добавяне в котел

Котелът е голям топлообменник, където горивата, които освобождават топлина, като въглища, лигнит или масло, прехвърлят топлината индиректно към водата при постоянно налягане. Водата влиза в котела за пара от помпата за котел като компресирана течност в състояние 1 и се затопля до точката на насыщение, както е показано в диаграмата T-s като състояние 3.

Балансът на енергията в котела или добавена енергия в генератора на пара, qin= h3-h1

3-4 Изентропно разширяване или изентропно разширяване в турбина

Парата от изхода на котела влиза в турбината в състояние 3, където се разширява изентропно над фиксираните и движещи се лопати на турбината, за да произведе работа във формата на механично въртене на вал на турбината, който е свързан с електрогенератора.
Произведена работа от турбината (Пренебрегвайки теплопредаването с околната среда)
Wturbine out= h3-h4

4-5 Изобарно отхвърляне на топлина или постоянна топлина при отхвърляне в кондензатор

В състояние 4, парата влиза в кондензатора. Промяната на фазата се случва, когато парата се кондензира в течност при постоянно налягане в кондензатора, като прехвърля топлината на циркулиращия поток на вода през тръбите на кондензатора. Промяната на фазата се случва в кондензатора, и работещата течност, която напуска кондензатора, е в течно състояние и е отбелязана като точка 5.
Отхвърлена енергия в кондензатора, qout= h4-h5

5-1 Изентропно сжимане или изентропно сжимане в помпа

Водата излиза от кондензатора в състояние 5 и влиза в помп