Siklo ni Rankine: Ano ito? (Ideal vs. Aktwal + T-s Diagram)

Ano ang Rankine Cycle?

Ang Rankine Cycle ay isang siklo na karaniwang ginagamit sa mga power plant upang i-convert ang presyur ng steam sa mechanical energy gamit ang steam turbines. Ang pangunahing bahagi ng Rankine Cycle ay kasama ang rotating steam turbine, boiler pump, stationary condenser, at boiler.

Ginagamit ang boiler para lumikha ng steam sa kinakailangang presyur at temperatura batay sa pangangailangan ng turbine para sa pag-generate ng power.

Ang exhaust mula sa turbine ay idinirekta sa radial o axial flow condenser para kondensin ang steam at ibalik ito sa boiler sa pamamagitan ng boiler pumps para muli itong ihain sa boiler.

Mas maintindihan natin ito kung susundin natin ang tipikal na cycle ng power plant.

Tipikal na Siklo ng Power Plant

Ang electrical power ay ginagawa sa pamamagitan ng vapor cycle power plants gamit ang Coal, Lignite, Diesel, at Heavy furnace oil bilang fuel depende sa availability at cost. Ang flow scheme ng vapor power cycle ay ibinibigay sa ibaba:

Maaaring hatiin ang buong power plant sa mga sumusunod na sub-systems.

• Sub-system A: Klasipikado bilang pangunahing bahagi ng power plant (Turbine, Condenser, Pump, Boiler) para sa pag-generate ng power.

• Sub-system B: Klasipikado bilang stack/chimney, kung saan ililipat ang waste gases sa atmosphere.

• Sub-system C: Klasipikado bilang electric generator para i-convert ang mechanical energy sa electrical energy.

• Sub-system D: Klasipikado bilang cooling water system para tanggapin ang init ng rejected steam sa condenser at baguhin ang anyo ng steam sa liquid (condensate).

Ia-analisa natin ang sub-system sa loob ng power plant cycle na may kaugnayan sa Rankine cycle.

Marami sa mga praktikal na limitasyon na may kaugnayan sa Carnot cycle ay maari nating malampasan sa Rankine cycle.

Ideal na Rankine Cycle

Sa vapor cycle, kung ang working fluid sa vapor cycle ay dumaan sa iba't ibang bahagi ng power plant nang walang irreversibility at frictional pressure drop, ang cycle na ito ay tinatawag na Ideal na Rankine Cycle.

Ang Rankine cycle ay ang basic operating cycle para sa lahat ng power plants kung saan ang working fluid ay patuloy na nagbabago ang anyo mula sa liquid sa vapor at vice-versa.

Ang (p-h) at (T-s) diagrams ay mahalaga sa pag-unawa sa paggana ng Rankine cycle kasama ang paglalarawan sa ibaba:

1-2-3 Isobaric Heat Transfer o Constant pressure heat addition sa boiler

Ang boiler ay isang malaking heat exchanger kung saan ang heat-liberating fuel tulad ng coal, lignite, o oil ay inililipat ang init nang indirect sa tubig sa constant pressure. Ang tubig ay pumapasok sa steam boiler mula sa boiler feed pump bilang compressed liquid sa state-1 at iniinit hanggang sa saturation temperature bilang ipinapakita sa T-s diagram bilang state-3.

Ang energy balance sa boiler o energy added sa steam generator,
qin= h3-h1

3-4 Isentropic Expansion o Isentropic expansion sa turbine

Ang vapor mula sa outlet ng boiler ay pumapasok sa turbine sa state 3, kung saan ito ay lumalaganap isentropically sa pamamagitan ng fixed at moving blade ng turbine upang gumawa ng work done sa anyo ng mechanical rotation ng shaft ng turbine, na konektado sa electrical generator.
Work delivered ng turbine (Neglecting heat transfer sa surroundings)
Wturbine out= h3-h4

4-5 Isobaric Heat Rejection o Constant pressure heat rejection sa condenser

Sa state-4, ang vapor ay pumapasok sa condenser. Nagaganap ang pagbabago ng anyo bilang ang vapor ay kondensin sa liquid sa constant-pressure sa condenser sa pamamagitan ng paglipat ng init ng steam sa circulating water flow sa pamamagitan ng tubes ng condenser. Nagaganap ang pagbabago ng anyo sa condenser, at ang working fluid na lumalabas sa condenser ay nasa liquid state at iminarkahan bilang point 5.
Energy rejected sa condenser, qout= h4-h5

5-1 Isentropic Compression o Isentropic compression sa pump

Ang tubig ay lumalabas sa condenser sa state 5 at pumapasok sa pump. Ang pump na ito ay itinaas ang presyur ng tubig sa pamamagitan ng pagbibigay ng work sa proseso. Sa mas maliit na units at low specific volume, ang small work na ito ay maaaring i-neglect kumpara sa work-output ng steam turbine.
Work na ginawa sa pump per kg ng tubig, W51= h5-h1.

Ang thermal efficiency ng