رانکین سیکل با گرمکنندههای آب خوراک بسته مزایای خود را دارد و در تمام نیروگاههای مدرن به کار میرود. گرمکننده آب خوراک بسته از حالت غیرمستقیم انتقال حرارت استفاده میکند، یعنی بخار استخراج شده یا بخار تخلیه شده از توربین حرارت خود را به صورت غیرمستقیم به آب خوراک در گرمکننده شل و لولهای منتقل میکند. از آنجا که بخار و آب مستقیماً با هم مخلوط نمیشوند، پس مدارهای بخار و آب تحت فشارهای مختلف قرار دارند. گرمکننده آب خوراک بسته در یک چرخه در نمودار T-s به شکل زیر نشان داده شده است (نمودار ۱).
به طور نظری یا ایدهآل، انتقال حرارت در گرمکننده آب خوراک بسته باید به گونهای باشد که دمای آب خوراک به دمای اشباع بخار استخراج شده (گرم کردن آب خوراک) افزایش یابد.
اما در عمل نیروگاه، دمای حداکثری که آب خوراک میتواند به دست آورد معمولاً کمتر از دمای اشباع بخار است. دلیل این میتواند چند درجه گرادیان دمایی برای انتقال حرارت مؤثر و کارآمد باشد.
این مکث یا بخار مکث شده از پوسته گرمکننده باید به گرمکننده بعدی (فشار پایین) در چرخه یا گاهی اوقات به کندينسر منتقل شود.
گرمکنندههای آب خوراک باز و بسته میتوانند به شرح زیر متمایز شوند:
گرمکننده آب خوراک باز |
گرمکننده آب خوراک بسته |
باز و ساده |
پیچیدهتر در طراحی |
خصوصیات انتقال حرارت خوب |
انتقال حرارت کمتر مؤثر |
مخلوط مستقیم بخار استخراج شده و دمای آب خوراک در یک ظرف فشاری |
مخلوط غیرمستقیم آب خوراک و بخار در یک گرمکننده شل و لولهای. |
پمپ مورد نیاز برای انتقال آب به مرحله بعدی در چرخه. |
پمپهای گرمکننده آب خوراک بسته نیاز به پمپ ندارند و میتوانند با فشار متفاوت بین گرمکنندههای مختلف در چرخه عمل کنند. |
نیاز به مساحت بیشتر |
نیاز به مساحت کمتر |
کمهزینهتر |
گرانتر |
همه نیروگاههای مدرن از ترکیب گرمکنندههای آب خوراک باز و بسته برای به حداکثر رساندن کارایی حرارتی چرخه استفاده میکنند.
ترمودینامیک مهندسی به تبدیل انرژی ارزشمند (حرارت) به کار میپردازد. در نیروگاهها، این کار با انتقال آن به مایع کاری به نام آب انجام میشود. بنابراین هدف اجتناب از تلف شدن حرارت بخار در کندينسرهای توربین بخار است. این امر امکانپذیر است اگر روشی برای استفاده از بخار فشار پایین وارد شده به کندينسر پیدا کنیم.
کوژنراتوری مفهوم استفاده از حرارت بخار برای یک منظور مفید، به جای تلف شدن آن (که حالا در کندينسرها تلف میشود) است.
کوژنراتوری به معنای تولید همزمان حرارت و برق (CHP) است که تولید حرارت و برق به طور همزمان برای صنایعی که نیاز به بخار گرمایی فرآیندی دارند. در نیروگاه کوژنراتوری، هر دو حرارت و برق به طور مناسب مورد استفاده قرار میگیرند تا کارایی آن به ۹۰٪ یا بیشتر برسد. کوژنراتوری بهرهوری انرژی را ارائه میدهد.
کوژنراتوری کاهش تلفات بخار در مقدار زیاد و استفاده از آن در چندین دستگاه به صورت حرارت ارائه میدهد. بسیاری از صنایع مانند کاغذ و پالپ، شیمی، پارچه و الیاف و سیمان به نیروگاه کوژنراتوری برای بخار گرمایی فرآیندی متکی هستند. نیاز به بخار گرمایی فرآیندی در صنایع فوق در حدود ۴ تا ۵ کیلوگرم/سانتیمتر۲ در دمای حدود ۱۵۰ تا ۱۸۰ درجه سانتیگراد است.
صنایع کاغذ، شیمی و پارچه نیاز به هر دو انرژی برقی و بخار گرمایی برای دستیابی به اهداف خود دارند. بنابراین این نیاز میتواند به راحتی با نصب نیروگاه کوژنراتوری برآورده شود.
دمای داخل دیگ در حدود ۸۰۰ درجه سانتیگراد تا ۹۰۰ درجه سانتیگراد است و انرژی به آب منتقل میشود تا بخار با فشار ۱۰۵ بار و دمای حدود ۵۳۵ درجه سانتیگراد برای نیروگاههای کوژنراتوری تولید شود. بخار با این مشخصات به عنوان منبع خوب انرژی در نظر گرفته میشود و ابتدا در توربین بخار برای تولید برق استفاده میشود و بخار خروجی توربین (انرژی کمکیفیت) برای برآورده کردن نیاز بخار فرآیندی استفاده میشود.
نیروگاه کوژنراتوری برای برآورده کردن نیاز برق در حالی که نیاز بخار فرآیندی صنایع را برآورده میکند شناخته شده است.
کوژنراتوری ایدهآل توربین بخار در شکل ۲ بالا نشان داده شده است. فرض کنید که نیاز حرارتی فرآیند Qp در ۵.۰ کیلوگرم/سانتیمتر
