Chu kỳ Rankine là chu kỳ cơ học thường được sử dụng trong các nhà máy điện để chuyển đổi năng lượng áp suất của hơi nước thành năng lượng cơ thông qua tua-bin hơi. Các thành phần chính của chu kỳ Rankine bao gồm tua-bin hơi quay, bơm nồi hơi, ngưng tụ cố định và nồi hơi.
Nồi hơi được sử dụng để đun nước thành hơi ở áp suất và nhiệt độ yêu cầu theo nhu cầu của tua-bin cho việc phát điện.
Hơi thải từ tua-bin được hướng đến bộ ngưng tụ dòng kính hoặc dòng trục để ngưng tụ hơi thành nước ngưng và được tái chế trở lại nồi hơi thông qua bơm nồi hơi để đun nóng lại.
Điều này sẽ dễ hiểu hơn nếu chúng ta lùi lại một bước và hiểu về chu kỳ điển hình của một nhà máy điện.
Điện năng được tạo ra bằng cách sử dụng các nhà máy điện chạy hơi, sử dụng than, lignite, diesel, dầu mỏ nặng làm nhiên liệu tùy thuộc vào khả năng cung cấp và chi phí. Sơ đồ dòng chảy của chu kỳ hơi được trình bày dưới đây:
Cả hệ thống nhà máy điện có thể được chia thành các hệ con sau đây.
Hệ con A: Phân loại là các thành phần chính của nhà máy điện (Tua-bin, Ngưng tụ, Bơm, Nồi hơi) cho việc phát điện.
Hệ con B: Phân loại là ống khói, nơi khí thải được thải ra không khí.
Hệ con C: Phân loại là máy phát điện để chuyển đổi năng lượng cơ thành năng lượng điện.
Hệ con D: Phân loại là hệ thống nước làm mát để hấp thụ nhiệt của hơi bị loại bỏ trong ngưng tụ và thay đổi pha của hơi thành lỏng (nước ngưng).
Chúng ta sẽ phân tích hệ con trong chu kỳ nhà máy điện này liên quan đến chu kỳ Rankine.
Nhiều hạn chế thực tế liên quan đến chu kỳ Carnot có thể được vượt qua thuận tiện trong chu kỳ Rankine.
Trong chu kỳ hơi, nếu chất làm việc trong chu kỳ hơi đi qua các thành phần của nhà máy điện mà không có bất kỳ sự không thể đảo ngược và mất áp suất do ma sát, thì chu kỳ được gọi là chu kỳ Rankine lý tưởng.
Chu kỳ Rankine là chu kỳ hoạt động cơ bản cho tất cả các nhà máy điện, nơi chất làm việc liên tục thay đổi pha từ lỏng sang hơi và ngược lại.
Biểu đồ (p-h) và (T-s) hữu ích trong việc hiểu cách hoạt động của chu kỳ Rankine cùng với mô tả dưới đây:
Nồi hơi là một thiết bị trao đổi nhiệt lớn, nơi nhiên liệu như than, lignite hoặc dầu chuyển nhiệt gián tiếp cho nước ở áp suất không đổi. Nước vào nồi hơi từ bơm nồi hơi dưới dạng lỏng nén ở trạng thái 1 và được đun nóng đến nhiệt độ bão hòa như được hiển thị trong biểu đồ T-s ở trạng thái 3.
Cân bằng năng lượng trong nồi hơi hoặc năng lượng thêm vào trong máy phát hơi,
qin= h3-h1
从锅炉出口进入涡轮机的蒸汽在状态3下，经过涡轮机固定叶片和移动叶片进行等熵膨胀，产生机械旋转形式的功，该涡轮机轴连接到发电机。
涡轮机输出的功（忽略与周围环境的热传递）
Wturbine out= h3-h4
在状态4，蒸汽进入冷凝器。通过将蒸汽的热量传递给流经冷凝器管子的循环水，蒸汽在冷凝器中以恒定压力发生相变并凝结成液体。相变发生在冷凝器中，离开冷凝器的工作流体处于液态，并标记为点5。
冷凝器中排出的热量，qout= h4-h5
水在状态5下从冷凝器出来并进入泵。这个泵通过施加功来提高水的压力。在较小尺寸和低比体积的情况下，这种小功可以与蒸汽涡轮机的输出功相比忽略不计。
每千克水对泵所做的功，W51= h5-h1。
Rankine 循环的热效率 给出如下：
