Rankine-sýningin: Hvað er það? (Ídeala og raunveruleg + T-s myndræn)

Hva er Rankine Cycle?

Rankine Cycle er ein mekanisk syklus som vanlegvis vert nytta i kraftverk for å omsetje dampens trykkenergi til mekanisk energi gjennom dampmaskiner. Dei viktigaste komponentane i Rankine-syklusen inkluderer ein roterande dampmaskin, ein pumpe for kokeovn, ein stasjonær kondenser og ein kokeovn.

Ein kokeovn vert nytta for å varme vatn for å produsere damp ved det nødvendige trykket og temperaturen etter dampmaskinens krav for straumoppgjering.

Dampen frå utgangen av dampmaskinen vert rettet til den radielle eller aksial strømende kondenser for å kondensere dampen til kondensat som gjenbrukes tilbake til kokeovnen gjennom pumper for å bli heita igjen.

Dette kan kanskje skape meir mening om vi tar eit steg tilbake og forstår korleis ein typisk kraftverkssyklus ser ut.

Typisk kraftverkssyklus

Elektrisk straum genereres ved å nytte dampkraftverk ved hjelp av kol, lignitt, diesel, tung ovnolje som drivstoff avhengig av tilgjengelegheit og kostnad. Flytsekkjemaet for dampkraftsyklusen er gjeven nedanfor:

Heile kraftverket kan deles ned i følgjande under-systemer.

• Under-system A: Klassifisert som hovedkomponentane i kraftverket (dampmaskin, kondenser, pumpe, kokeovn) for straumoppgjering.

• Under-system B: Klassifisert som røykstekken, der avfallsgassar blir utslitte til atmosfæren.

• Under-system C: Klassifisert som ein elektrisk generator for å omsetje mekanisk energi til elektrisk energi.

• Under-system D: Klassifisert som kjølevatnsystemet for å absorbere vekta av avviste damp i kondenser og endre fases til damp (kondensat).

Vi skal analysere under-systemet innan denne kraftverkssyklusen som handlar om Rankine-syklusen.

Mange av dei praktiske begrensningane relaterte til Carnot-syklusen kan lett overvinast i Rankine-syklusen.

Ideal Rankine Syklus

I en dampcyklus, hvis arbeidsmediet i en dampcyklus passerer gjennom ulike komponenter i kraftverket uten irreversibilitet og friksjonell trykknedgang, så kalles syklusen for ein Ideal Rankine Syklus.

Rankine-syklusen er den grunnleggjande driftssyklusen for alle kraftverk der et arbeidsmedium stadig endrar fase frå væske til damp og vice versa.

(p-h) og (T-s) diagrammer er nyttige for å forstå funksjonen av Rankine-syklusen sammen med beskrivinga gjeven nedanfor:

1-2-3 Isobarisk varmeoverføring eller Konstant trykk varmelegging i en kokeovn

Kokeovnen er ein stor varmesvekar der varmegivande drivstoff som kol, lignitt eller olje overfører varmen indirekte til vatn ved konstant trykk. Vatn går inn i dampkokeovnen frå pumpe for kokeovn som eit komprimert flytande i stand-1 og vert heita til saturasjonstemperaturen som vist i T-s-diagrammet som stand-3.

Energi-balanse i kokeovnen er eller energi lagt til i en dampgenerator,
qin= h3-h1

3-4 Isentropisk ekspansjon eller Isentropisk ekspansjon i en turbine

Damp frå utgangen av kokeovnen går inn i turbinen i stand 3, der den ekspanderer isentropisk over turbinenes faste og bevegelige blad for å produsere arbeid i form av mekanisk rotasjon av turbinakselen, som er kopla til den elektriske generator.
Arbeid levert av turbinen (utan omsyn til varmeoverføring til omgivelsene)
Wturbine out= h3-h4

4-5 Isobarisk varmeavvising eller Konstant trykk varmeavvising i en kondenser

I stand-4 går dampen inn i kondenser. Faseendringen skjer i kondenser, der dampen kondenseres til flytande ved konstant trykk i kondenser ved å overføre dampens varme til sirkulerande vatnstrøm gjennom rør i kondenser. Faseendring skjer i kondenser, og arbeidsmediet som forlèt kondenser er i flytandesstand og markert som punkt 5.
Energi avvist i kondenser, qout= h4-h5

5-1 Isentropisk komprimering eller Isentropisk komprimering i en pumpe

Vatn forlèt kondenser i stand 5 og går inn i pumpe. Denne pumpen øker trykket på vatnet ved å gi arbeid under prosessene. I enheter av mindre størrelse og låg spesifikk volum, kan dette små arbeidet neglisjerast samanlikna med arbeidsutbygd av en dampmaskin.
Arbeid utført på pumpe per kg vatn, W51= h5-h1.