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

Ano ang Rankine Cycle

Ang Rankine Cycle ay isang siklo na kadalasang 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 upang i-heat ang tubig para maging steam sa kinakailangang presyur at temperatura batay sa requirement ng turbine para sa pag-generate ng power.

Ang exhaust ng turbine ay inilalabas sa radial o axial flow condenser upang i-condense ang steam sa condensate at ibalik muli sa boiler gamit ang boiler pumps para muling i-heat.

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

Tipikal na Siklo ng Power Plant

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

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

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

• Sub-system B: Ikinlase bilang stack/chimney, kung saan ilalabas ang mga waste gases sa atmosphere.

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

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

Aalisin natin ang sub-system sa power plant cycle na may kaugnayan sa Rankine cycle.

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

Ideal na Rankine Cycle

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

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

Ang (p-h) at (T-s) diagrams ay kapaki-pakinabang sa pag-unawa sa pagtrabaho ng Rankine cycle kasama ang paglalarawan na ibinigay 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 nagpapalipat ng init indirect sa tubig sa constant pressure. Pumasok ang tubig sa steam boiler mula sa boiler feed pump bilang compressed liquid sa state-1 at iniinit hanggang sa saturation temperature tulad ng ipinapakita sa T-s diagram bilang state-3.

Ang energy balance sa boiler ay 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 pumapasok sa turbine sa state 3, kung saan ito ay nag-eexpand isentropically sa pamamagitan ng fixed at moving blade ng turbine upang makagawa ng work na nasa 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, pumapasok ang vapor sa condenser. Nagaganap ang pagbabago ng phase bilang ang vapor ay kondinsado 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. Nangyayari ang pagbabago ng phase sa condenser, at ang working fluid na lumalabas sa condenser ay nasa liquid state at marked bilang point 5.
Energy rejected sa condenser, qout= h4-h5

5-1 Isentropic Compression o Isentropic compression sa pump

Lumalabas ang tubig sa condenser sa state 5 at pumapasok sa pump. Ang pump na ito ay nagtaas ng presyur ng tubig sa pamamagitan ng pag-impart ng work sa proseso. Sa mga units ng mas maliit na laki at mababang specific volume, ang maliit na 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 Rankine cycle