Rankine-syklus: Hva er det? (Ideelt vs. faktisk + T-s-diagram)

Hva er Rankine-syklusen?

Rankine-syklusen er en mekanisk syklus som ofte brukes i kraftverk for å konvertere dampens trykkenergi til mekanisk energi gjennom dampmaskiner. De viktigste komponentene i Rankine-syklusen inkluderer en roterende dampmaskin, en pumpe, en stasjonær kondenser og en varmeveksler.

En varmeveksler brukes til å oppvarme vannet til damp ved det nødvendige trykket og temperaturen etter dampmaskinens krav for strømproduksjon.

Dampmaskinens utslipp rettes til den radielle eller aksiale flytkondensator for å kondensere dampen til kondensat, som gjenbrukes tilbake til varmeveksleren gjennom varmevekslerpumper for å bli oppvarmet på nytt.

Dette kan gi mer mening hvis vi tar et skritt tilbake og forstår hvordan en typisk kraftverksyklus ser ut.

Typisk kraftverksyklus

Elektrisk strøm genereres ved hjelp av dampkraftverk ved bruk av kull, lignitt, diesel, tung ovnsolje som drivstoff avhengig av tilgjengelighet og kostnad. Strømningen av dampprosessen er gitt nedenfor:

Hele kraftverket kan deles ned i følgende underenheter.

• Underenhet A: Klassifisert som hovedkomponentene i kraftverket (dampmaskin, kondenser, pumpe, varmeveksler) for strømproduksjon.

• Underenhet B: Klassifisert som skorsten, der fra avgassene slippes ut til atmosfæren.

• Underenhet C: Klassifisert som en elektrisk generator for å konvertere mekanisk energi til elektrisk energi.

• Underenhet D: Klassifisert som kjølevannssystemet for å absorbere avvist dampens varme i kondenseren og endre dampphasen til væskedamp (kondensat).

Vi vil analysere underenheten i denne kraftverksyklusen som omhandler Rankine-syklusen.

Mange av de praktiske begrensningene relatert til Carnot-syklusen kan bekvemt overvinnings i Rankine-syklusen.

Ideell Rankine-syklus

I en dampsyklus, hvis arbeidsmediumet passerer gjennom ulike komponenter i kraftverket uten irreversibilitet og friksjonsmessig trykkfall, kalles syklusen en ideell Rankine-syklus.

Rankine-syklusen er den grunnleggende driftssyklusen for alle kraftverk der et arbeidsmedium kontinuerlig endrer sin fase fra væske til damp og motsatt.

(p-h)- og (T-s)-diagrammer er nyttige for å forstå fungeringen av Rankine-syklusen sammen med beskrivelsen gitt nedenfor:

1-2-3 Isobarisk varmeoverføring eller konstanttrykk varmelegging i en varmeveksler

Varmeveksler er en stor varmeveksler hvor varmelosende drivstoff som kull, lignitt eller olje overfører varmen indirekte til vann ved konstant trykk. Vann går inn i dampgenerator fra pumpe som komprimert væske i tilstand 1 og blir oppvarmet til saturasjonstemperaturen som vist i T-s-diagrammet som tilstand 3.

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

3-4 Isentropisk ekspansjon eller isentropisk ekspansjon i en dampmaskin

Damp fra varmevekslerens utgang går inn i dampmaskinen i tilstand 3, der den ekspanderer isentropisk over dampmaskinens faste og bevegelige blad for å produsere arbeid i form av mekanisk rotasjon av dampmaskinens akse, som er koblet til den elektriske generatoren.
Arbeid levert av dampmaskinen (uten omtanke for varmeoverføring til omgivelsene)
Wturbine out= h3-h4

4-5 Isobarisk varmerejectering eller konstanttrykk varmerejectering i en kondenser

I tilstand 4 går dampen inn i kondenser. Faseendring skjer i kondenser, da dampen kondenseres til væske ved konstant trykk i kondenser ved overføring av dampens varme til sirkulerende vannstrøm gjennom rør i kondenser. Arbeidsmediumet som forlater kondenser er i væsketilstand og markert som punkt 5.
Energi rejetert i kondenser, qout= h4-h5

5-1 Isentropisk komprimering eller isentropisk komprimering i en pumpe

Vann forlater kondenser i tilstand 5 og går inn i pumpe. Denne pumpen øker trykket på vannet ved å legge til arbeid under prosessen. I enheter av mindre størrelse og lav spesifikk volum, kan dette lille arbeidet overses sammenlignet med arbeidsoutputet av en dampmaskin.
Arbeid utført på pumpe per kg vann, W51= h5-h1.