랭킨 사이클: 랭킨 사이클이란? (이상적인 사이클 대 실제 사이클 + T-s 다이어그램)
랭킨 사이클이란?
랭킨 사이클은 증기 터빈을 통해 증기의 압력 에너지를 기계 에너지로 변환하는 데 일반적으로 사용되는 기계 사이클입니다. 랭킨 사이클의 주요 구성 요소는 회전식 증기 터빈, 보일러 펌프, 정지형 콘덴서 및 보일러가 포함됩니다.
보일러는 발전을 위해 터빈이 요구하는 압력과 온도에 따라 증기를 발생시키기 위한 물을 가열하는 데 사용됩니다.
터빈 배기기는 증기를 응축수로 응축하고 이를 보일러 펌프를 통해 보일러로 재순환하여 다시 가열하도록 합니다.
전형적인 발전소 사이클이 어떻게 작동하는지 이해하면 이 내용이 더 명확해질 것입니다.
전형적인 발전소 사이클
증기 순환 발전소는 석탄, 라이그나이트, 디젤, 중유 등의 연료를 사용하여 전력을 생산합니다. 증기 발전 순환의 흐름은 다음과 같습니다:
전체 발전소는 다음 하위 시스템으로 나눌 수 있습니다.
하위 시스템 A: 발전을 위한 주요 구성 요소 (터빈, 콘덴서, 펌프, 보일러).
하위 시스템 B: 대기로 폐기물 가스를 배출하는 굴뚝.
하위 시스템 C: 기계 에너지를 전기 에너지로 변환하는 전기 생성기.
하위 시스템 D: 콘덴서에서 거부된 증기의 열을 흡수하고 증기 상태를 액체(응축수)로 변경하는 냉각수 시스템.
이 발전소 사이클 내에서 랭킨 사이클을 다루는 하위 시스템을 분석할 것입니다.
랭킨 사이클에서는 카르노 사이클과 관련된 많은 실제 제한 사항을 편리하게 극복할 수 있습니다.
이상적인 랭킨 사이클
증기 순환에서 작업 유체가 발전소의 다양한 구성 요소를 통과하면서 역방향성이나 마찰 압력 강하 없이 진행한다면, 이 사이클은 이상적인 랭킨 사이클이라고 합니다.
랭킨 사이클은 작업 유체가 지속적으로 액체와 증기 사이의 상태를 변화시키는 모든 발전소의 기본 운영 사이클입니다.
(p-h) 및 (T-s) 도표는 아래 설명과 함께 랭킨 사이클의 작동을 이해하는 데 유용합니다:
1-2-3 등압 열 전달 또는 보일러에서 일정 압력 열 추가
보일러는 석탄, 라이그나이트, 오일 같은 연료에서 방출되는 열이 일정한 압력에서 물에 간접적으로 전달되는 큰 열 교환기입니다. 물은 보일러 피드 펌프를 통해 상태 1에서 압축된 액체로 보일러에 들어가고, T-s 도표에서 상태 3까지 포화 온도로 가열됩니다.
보일러의 에너지 균형 또는 증기 생성기에서 추가된 에너지는 다음과 같습니다:
qin= h3-h1
3-4 등엔트로피 팽창 또는 터빈에서의 등엔트로피 팽창
보일러 출구에서 나오는 증기는 상태 3에서 터빈에 들어가고, 터빈의 고정 및 이동 블레이드를 통해 등엔트로피 팽창하며 터빈 샤프트의 기계적 회전 형태의 작업을 수행합니다. 이는 전기 생성기에 연결되어 있습니다.
터빈에서 제공된 작업 (주변 환경과의 열 전달 무시)
Wturbine out= h3-h4
4-5 등압 열 배출 또는 콘덴서에서의 일정 압력 열 배출
상태 4에서 증기는 콘덴서에 들어갑니다. 증기의 열이 콘덴서 관을 통해 순환하는 물의 흐름으로 전달되면서 콘덴서에서 일정 압력에서 증기가 액체로 응축됩니다. 콘덴서에서 상태 변화가 발생하고, 작업 유체는 액체 상태로 콘덴서를 떠나 상태 5로 표시됩니다.
콘덴서에서 배출된 에너지, qout= h4-h5
5-1 등엔트로피 압축 또는 펌프에서의 등엔트로피 압축
물은 상태 5에서 콘덴서를 떠나 펌프에 들어갑니다. 이 펌프는 작업을 수행하면서 물의 압력을 높입니다. 작은 크기와 낮은 비체적의 경우, 이 작은 작업은 증기 터빈의 출력 작업과 비교하여 무시할 수 있습니다.
물 1kg당 펌프에 의해 수행된 작업, W51= h5-h1.
