دورة رانكين للمسخنات المغلقة للماء ودورة رانكين لل cogeneration

دورة رانكين مع مسخنات المياه المغلقة

تتميز دورة رانكين مع مسخنات المياه المغلقة بفوائدها وهي الأكثر استخدامًا في جميع محطات الطاقة الحديثة. مسخن المياه المغلق يستخدم طريقة غير مباشرة لنقل الحرارة، أي أن البخار المستخرج أو النازف من التوربين ينقل حرارته بشكل غير مباشر إلى المياه العائدة في مبادل حراري أنبوبي وصفيحة. بما أن البخار والمياه لا يختلطان مباشرة، فإن دوائر البخار والمياه تكون تحت ضغوط مختلفة. يتم تمثيل مسخن المياه المغلق في الدورة على مخطط T-s كما هو موضح أدناه في الشكل 1.

من الناحية النظرية أو المثالية، يجب أن يكون نقل الحرارة في مسخن المياه المغلق بحيث ترتفع درجة حرارة المياه العائدة إلى درجة حرارة التشبع للبخار المستخرج (تسخين المياه العائدة).

ولكن في التشغيل الفعلي للمحطة، تكون درجة الحرارة القصوى التي يمكن أن تصل إليها المياه العائدة عادةً أقل قليلاً من درجة الحرارة التشبع للبخار. السبب قد يكون الحاجة إلى درجات حرارة قليلة معدل تدرج الحرارة لتحقيق نقل حراري فعال وكفاءة.


يتم نقل المكثف أو البخار المتكثف من قشرة المسخن إلى المسخن التالي (الضغط المنخفض) في الدورة أو أحيانًا إلى المكثف.

تمييز بين مسخنات المياه المفتوحة والمغلقة

يمكن التمييز بين مسخنات المياه المفتوحة والمغلقة كالتالي:

تستخدم جميع محطات الطاقة الحديثة مزيجًا من مسخنات المياه المفتوحة والمغلقة لتحقيق الكفاءة الحرارية القصوى للدورة.

ظاهرة التوليد المشترك

تبحث الديناميكا الحرارية الهندسية في تحويل شكل الطاقة الثمين (الحرارة) إلى عمل. في محطات الطاقة، يتم ذلك عن طريق نقل الحرارة إلى الوسط العامل المعروف بالمياه. وبالتالي، الهدف هو تجنب هدر حرارة البخار في مكثفات التوربين البخاري. هذا ممكن إذا تم العثور على وسائل لاستخدام البخار ذو الضغط المنخفض الذي يدخل المكثف.

التوليد المشترك هو مفهوم استخدام حرارة البخار لأغراض مفيدة بدلاً من إهدارها (حالياً يتم إهدارها في المكثفات).

التوليد المشترك يعني إنتاج الحرارة والطاقة معاً (CHP) وهو إنتاج الحرارة والطاقة في الوقت نفسه للصناعة التي تتطلب بخارًا للتسخين. في محطة التوليد المشترك، يتم استخدام الحرارة والطاقة بكفاءة بحيث يمكن أن تكون كفاءتها عالية تصل إلى 90٪ أو أكثر. يقدم التوليد المشترك وفورات في الطاقة.

يوفر التوليد المشترك تقليل هدر كمية كبيرة من البخار ويمكن استخدام نفس البخار في العديد من الأجهزة على شكل حرارة. تعتمد معظم الصناعات مثل الورق والبوليمرات والكيماويات والنسيج والألياف والإسمنت على محطات التوليد المشترك لتوفير بخار التسخين. متطلبات بخار التسخين في هذه الصناعات تتراوح بين 4 إلى 5 كجم/سم2 عند درجة حرارة حوالي 150 إلى 180°س.

تحتاج صناعات الورق والكيماويات والنسيج إلى الطاقة الكهربائية وبخار العملية لتحقيق أهدافها. لذلك يمكن استيفاء هذا المتطلب بسهولة من خلال تركيب محطة توليد مشترك.

درجة الحرارة داخل المرجل تتراوح بين 800°س إلى 900°س ويتم نقل الطاقة إلى المياه لإنتاج بخار بضغط 105 بار ودرجة حرارة حوالي 535°س لمحطات التوليد المشترك. يعتبر البخار بهذه المواصفات مصدرًا جيدًا للطاقة ويتم استخدامه أولاً في التوربين البخاري لإنتاج الطاقة ثم يتم استخدام عادم التوربين (طاقة منخفضة الجودة) لتلبية متطلبات بخار العملية.

تعتبر محطة التوليد المشترك معروفة بتلبية متطلبات الطاقة بينما تلبي متطلبات بخار العملية للعمليات الصناعية.

يظهر التوربين البخاري المشترك المثالي في الشكل 2 أعلاه. لنفترض أن متطلبات الحرارة العملية Qp هي 5.0 كجم/سم2 عند حوالي 100 كيلوواط. من أجل تلبية متطلبات بخار العملية عند 5.0 كجم/سم2 يتم توسيع البخار في التوربين حتى ينخفض ضغط البخار إلى 5.0 كجم/سم2 وبالتالي يتم إنتاج طاقة حوالي 20 كيلوواط.

يتم إعادة تدوير المكثف من سخان العملية مرة أخرى إلى المرجل للعمل الدوري. يعتبر العمل المضخة المطلوب لرفع ضغط المياه العائدة في الدورة صغيرًا وغير معتبر.

جميع الطاقة المنقولة إلى الوسط العامل في المرجل تُستخدم إما في التوربين البخاري أو في المصنع، وبالتالي يكون معدل الاستخدام لمحطة التوليد المشترك:

حيث،
Qout الحرارة المرفوضة.
وبالتالي في حالة عدم وجود مكثف، يكون معدل استخدام الحرارة لمحطة التوليد المشترك 100٪.