Цикл Ренкіна: що це? (Ідеальний проти реального + діаграма T-s)

Що таке цикл Ренкіна

Цикл Ренкіна — це механічний цикл, який часто використовується на електростанціях для перетворення тискової енергії пари на механічну енергію через парові турбіни. Основні компоненти циклу Ренкіна включають обертову парову турбіну, насос котла, стаціонарний конденсатор та котел.

Котел використовується для нагрівання води до пари під необхідним тиском і температурою згідно з вимогами турбіни для генерації електроенергії.

Паровий вичерпник турбіни направляється до радіального або аксіального потокового конденсатора для конденсації пари до конденсату, який знову повертається до котла через насоси котла для нагрівання.

Це може бути зрозуміліше, якщо ми зробимо крок назад і зрозуміємо, як виглядає типовий цикл електростанції.

Типовий цикл електростанції

Електрична енергія генерується за допомогою парових електростанцій, які використовують вугілля, лігніт, дизельне паливо, важку печну олію в якості палива залежно від доступності та вартості. Схема парового циклу представлена нижче:

Весь комплекс електростанції можна розбити на наступні підсистеми.

• Підсистема A: Класифікована як основні компоненти електростанції (турбіна, конденсатор, насос, котел) для генерації електроенергії.

• Підсистема B: Класифікована як димова труба, через яку відходять гази у атмосферу.

• Підсистема C: Класифікована як електрогенератор для перетворення механічної енергії на електричну.

• Підсистема D: Класифікована як система охолодження води для поглинання тепла відкинутої пари в конденсаторі і зміни фази пари на рідину (конденсат).

Ми будемо аналізувати підсистеми в цьому циклі електростанції, які стосуються циклу Ренкіна.

Багато практичних обмежень, пов'язаних з циклом Карно, можна зручно подолати в циклі Ренкіна.

Ідеальний цикл Ренкіна

У паровому циклі, якщо робоча рідина проходить через різні компоненти електростанції без незворотності та зменшення тиску через тертя, то цей цикл називається Ідеальним циклом Ренкіна.

Цикл Ренкіна є базовим робочим циклом для всіх електростанцій, де робоча рідина постійно змінює свою фазу від рідини до пари і навпаки.

Діаграми (p-h) та (T-s) корисні для розуміння роботи циклу Ренкіна разом з описом, наданим нижче:

1-2-3 Ізобарна передача тепла або Постійна передача тепла в котлі

Котел — це великий теплообмінник, де тепло, виділене паливом, таким як вугілля, лігніт або нафта, передається воді при постійному тиску. Вода входить до парового котла з насоса котла як стисла рідина в стані-1 і нагрівається до температури насыщення, як показано на діаграмі T-s в стані-3.

Баланс енергії в котлі або енергія, додана в парогенератор,
qin= h3-h1

3-4 Ізентропічне розширення або Ізентропічне розширення в турбіні

Пара з виходу котла входить в турбіну в стані 3, де вона ізентропічно розширюється через нерухомі та обертові лопатки турбіни, щоб виробити роботу у формі механічного обертання валу турбіни, який з'єднаний з електрогенератором.
Робота, виконана турбіною (з неврахуванням теплопередачі з оточенням)
Wturbine out= h3-h4

4-5 Ізобарне відхилення тепла або Постійне відхилення тепла в конденсаторі

У стані-4 пара входить в конденсатор. Зміна фази відбувається, коли пара конденсується до рідини при постійному тиску в конденсаторі, передаючи тепло пари до циркулюючого потоку води через труби конденсатора. Зміна фази відбувається в конденсаторі, і робоча рідина, яка виходить з конденсатора, знаходиться в рідному стані і позначена як точка 5.
Енергія, відкинута в конденсатор, qout= h4-h5

5-1 Ізентропічне стиснення або Ізентропічне стиснення в насосі

Вода виходить з конден