Rankinski ciklus: Šta je to? (Idealni u poređenju sa stvarnim + T-s dijagram)

Šta je Rankinov ciklus?

Rankinov ciklus je mehanički ciklus koji se često koristi u elektrane kako bi se pritisak para pretvorio u mehaničku energiju putem parnih turbine. Glavni komponenti Rankinovog ciklusa uključuju rotirajuću parnu turbinu, pumpu za kotao, stacionarni kondenzator i kotao.

Kotao se koristi da zagreje vodu do potrebnog pritiska i temperature za generisanje struje preko turbine.

Izduv iz turbine se upućuje u radijalni ili aksijalni tok kondenzatora kako bi se par kondenzovao u kondenzat i reciklirao nazad u kotao preko pumpi za koto, gde se opet zagrijava.

Ovo može imati više smisla ako se malo odmaknemo i razumemo kako izgleda tipičan ciklus elektrane.

Tipičan ciklus elektrane

Električna energija se generiše koristeći vaporne cikluse u elektranama, koristeći ugljene, lignit, dizel, teško pećnjak kao gorivo, zavisno o dostupnosti i ceni. Shema toka vapornog ciklusa data je ispod:

Celi sistem elektrane može se razbiti na sledeće pod-sisteme.

• Pod-sistem A: Klasifikovan kao glavni komponenti elektrane (Turbina, Kondenzator, Pumpe, Kotao) za generisanje struje.

• Pod-sistem B: Klasifikovan kao dimnjak, odakle se otpadni gasovi ispuštaju u atmosferu.

• Pod-sistem C: Klasifikovan kao električni generator za pretvaranje mehaničke energije u električnu energiju.

• Pod-sistem D: Klasifikovan kao sistema hladne vode za apsorpciju toplote odbacivanog para u kondenzatoru i promenu faze para u tečnost (kondenzat).

Analizirati ćemo pod-sistem unutar ovog ciklusa elektrane koji se bavi Rankinovim ciklusom.

Mnoge praktične ograničenja vezane za Carnotov ciklus mogu se udobno prevaziti u Rankinovom ciklusu.

Idealni Rankinov ciklus

U vapor nom ciklusu, ako radno tело prolazi kroz različite komponente elektrane bez ireverzibilnosti i pritiska zbog trenja, tada se ciklus naziva Idealni Rankinov ciklus.

Rankinov ciklus je osnovni radni ciklus za sve elektrane gde radno tело neprekidno menja svoju fazu od tečnosti u par i obrnuto.

Dijagrami (p-h) i (T-s) su korisni za razumevanje rada Rankinovog ciklusa uz opis dat ispod:

1-2-3 Izobarne prenose toplote ili konstantni prenos toplote u kotlu

Kotao je veliki toplotni menjач gde toplota koja se oslobađa iz goriva poput ugljena, lignita ili nafte prenosi se indirektno vodi pod konstantnim pritiskom. Voda ulazi u kotao sa pumpe za kotao kao komprimirana tečnost u stanju-1 i zagrevana je do temperature zasićenja kao što je prikazano na T-s dijagramu u stanju-3.

Energetski balans u kotlu ili dodata energija u generatoru para, qin= h3-h1

3-4 Izentropska ekspanzija ili izentropska ekspanzija u turbini

Vapori iz izlaza kotla ulaze u turbinu u stanju 3, gde se izentropski šire preko fiksnih i pokretnih ležajeva turbine kako bi proizveli rad u obliku mehaničkog vrtnja vaća turbine, koji je povezan sa električnim generatorom.
Rad isporučen od strane turbine (zanemarujući prenos toplote sa okruženjem)
Wturbine out= h3-h4

4-5 Izobarne odbacivanje toplote ili konstantno odbacivanje toplote u kondenzatoru

U stanju-4, par ulazi u kondenzator. Promena faze nastupa u kondenzatoru, gde se par kondenzuje u tečnost pod konstantnim pritiskom prenosom toplote para na cirkulaciju vode kroz cevi kondenzatora. Promena faze nastupa u kondenzatoru, a radno tело koje napušta kondenzator je u tečnom stanju i označeno kao tačka 5.
Energija odbačena u kondenzatoru, qout= h4-h5

5-1 Izentropska kompresija ili izentropska kompresija u pumpi

Voda izlazi iz kondenzatora u stanju 5 i ulazi u pumpu. Ova pumpa povećava pritisak vode davanjem rada tokom procesa. U jedinicama manjeg obima i niske specifične zapremine, ovaj mali rad može se zanemariti u poređenju sa radom isporučenim od strane parne turbine.
Rad izvršen na pumpi po kilogramu vode, W51= h5-h1.