Rankine سائیکل کی کارکردگی میں بہتری کے طرائق

بھاپ کی پاور پلانٹیں آسیا پیسیفک میں کل پاور جنریشن کی بنیاد ہیں۔ اس لیے چوٹی کی صرف کم تر کی شکل میں کارکردگی کو بڑھانے کا بہت بڑا اثر ہوتا ہے، جس کی وجہ سے ایروپا کی بچت ہوتی ہے اور گرین ہاؤس گیس کے نکاس کو کم کرنے کا بھی اثر ہوتا ہے۔

اس لیے کسی بھی موقع کو فاتح نہ کریں جس سے بھاپ کی پاور سائیکل کی کارکردگی کو بڑھانے کے طریقے اور وسائل کو دریافت کیا جا سکے۔

کسی بھی بہتری یا ترمیم کا خیال پاور پلانٹ کی حرارتی کارکردگی کو بڑھانے کا ہوتا ہے۔ اس لیے حرارتی کارکردگی کو بہتر بنانے کے طریقے یہ ہیں:

• کام کرنے والے مائع (بھاپ) سے گرمی کو ردعمل کرنے کے عام درجے کو کم کرتے ہوئے (کنڈینسر کے دباؤ کو کم کرتے ہوئے)

• ٹربائن میں داخل ہونے والی بھاپ کے درجے کو بڑھاتے ہوئے

کنڈینسر کے دباؤ کو کم کرنا

بھاپ ٹربائن سے باہر نکلتی ہے اور کنڈینسر میں داخل ہوتی ہے، جو کنڈینسر میں بھاپ کے متعلقہ دباؤ کے مطابق سیٹیویٹڈ مکسچر کی حیثیت سے ہوتی ہے۔ کنڈینسر کے دباؤ کو کم کرنا ہمیشہ ٹربائن میں زیادہ نیٹ ورک کو فراہم کرنے میں مدد کرتا ہے کیونکہ ٹربائن میں بھاپ کی مزید توسیع ممکن ہوتی ہے۔

T-s ڈیاگرام کی مدد سے کنڈینسر کے دباؤ کو کم کرنے کے اثر کو دیکھا جا سکتا ہے اور سمجھا جا سکتا ہے۔

کنڈینسر کے دباؤ کو کم کرنے کے مثبت اثرات

زیادہ کارکردگی کا فائدہ اٹھانے کے لیے، رینکین سائیکل عام طور پر کنڈینسر کے کم دباؤ پر چلتا ہے۔ لیکن کم کنڈینسر-دباؤ کی حد علاقے کے مطابق سیٹیویشن-دباؤ کے مطابق جلا کرنے والے پانی کے درجے سے متعین ہوتی ہے۔

اوپر کے T-s ڈیاگرام میں آسانی سے دیکھا جا سکتا ہے کہ رنگدار علاقہ کنڈینسر کے دباؤ کو P4 سے P4’ تک کم کرنے کے باعث نیٹ ورک کی مقدار میں اضافہ ہے۔

کنڈینسر کے دباؤ کو کم کرنے کے منفی اثرات

کنڈینسر کے دباؤ کو کم کرنے کا اثر بغیر کسی جانبی اثرات کے نہیں آتا۔ اس لیے کنڈینسر کے دباؤ کو کم کرنے کے منفی اثرات درج ذیل ہیں:

• گھریلو کندنسیٹ کے دوبارہ سرچکلانے کے دم کم ہونے کی وجہ سے بوئلر میں مزید گرمی کا داخل (کم کنڈینسر دباؤ کا اثر)

• کم کنڈینسر دباؤ کے ساتھ بھاپ کے آخری توسیع مرحلے میں رطوبت کی مقدار میں اضافہ ہونے کا امکان بڑھ جاتا ہے۔ ٹربائن کے آخری مرحلوں میں بھاپ کے خشک حصے کی مقدار کم ہونا غیر مطلوبہ ہے کیونکہ یہ کمی کارکردگی میں کمی کا باعث بناتی ہے اور ٹربائن کے پر کی خرابی کی وجوہات میں شامل ہوتی ہے۔

کنڈینسر کے دباؤ کو کم کرنے کے صاف اثرات

کل صاف اثر زیادہ تر مثبت طرف ہے، کیونکہ بوئلر میں گرمی کی ضرورت کا اضافہ حاشیہ دار ہے لیکن کنڈینسر کے دباؤ کم ہونے کی وجہ سے کام کی کل مقدار میں اضافہ ہوتا ہے۔ علاوہ ازیں ٹربائن کے آخری مرحلوں میں بھاپ کے خشک حصے کی مقدار کو 10-12% سے زائد کم نہیں ہونے دی جاتی ہے۔

بھاپ کو اعلیٰ درجے کی گرمی تک گرم کرنا

بھاپ کو اعلی درجے تک گرم کرنا وہ پدیدہ ہے جس میں بھاپ کو اعلی درجے تک گرم کرنے کے لیے گرمی منتقل کی جاتی ہے جبکہ بوئلر میں دباؤ مستقل رکھا جاتا ہے۔

اوپر والے T-s ڈائیاگرام میں سایہ دار علاقہ واضح طور پر نیٹ کام (3-3’-4’-4) کی مقدار میں اضافہ ظاہر کرتا ہے جو بھاپ کی اعلی درجے کی گرمی کی وجہ سے ہوتا ہے۔

اضافی گرمی کی شکل میں توانائی، کام کی شکل میں چکر سے باہر نکلتی ہے یعنی کام کی مقدار میں اضافہ اضافی گرمی کی شکل میں داخل ہونے والی توانائی اور گرمی کے ردعمل سے زیادہ ہوتا ہے۔ رینکین چکر کی حراری کارکردگی بھاپ کی درجہ حرارت میں اضافہ کی وجہ سے بڑھتی ہے۔

بھاپ کی درجہ حرارت میں اضافہ کے مثبت اثرات

بھاپ کی درجہ حرارت میں اضافہ کا ایک مطلوبہ اثر یہ ہے کہ یہ آخری مرحلے میں بھاپ کے رطوبت کے فیصد کو اضافہ نہیں ہونے دیتی ہے۔ اس اثر کو اوپر کے T-s ڈائیاگرام (فیگ:2) پر آسانی سے دیکھا جا سکتا ہے۔

بھاپ کی درجہ حرارت میں اضافہ کے منفی اثرات

بھاپ کی درجہ حرارت میں اضافہ کے ساتھ گرمی کی مقدار میں ایک چھوٹا سا اضافہ ہوتا ہے۔ بھاپ کو کتنی حد تک اعلی درجے تک گرم کیا جا سکتا ہے اور اسے بجلی کے چکر میں استعمال کیا جا سکتا ہے اس کی محدودیتیں بالکل گرم درجات حرارت پر متالیجی کی ثابت قدمی اور معیاری مقبولیت سے متعلق ہیں۔

موجودہ طور پر سپرکرٹیکل بجلی کی تولید کے یونٹوں میں ٹربائن کے انٹلیٹ پر بھاپ کی درجہ حرارت تقریباً 620oC ہے۔ بھاپ کی درجہ حرارت میں مزید اضافہ کے لیے کسی بھی فیصلہ کو صرف متالیجی کی کیفیت کی جانچ پڑتال کے بعد اور لاگت کے اثرات کی تجزیہ کے بعد صرف اصولی طور پر لیا جا سکتا ہے۔

بخار کی درجہ حرارت میں اضافے کے صاف اثرات

ٹی-اس ڈیاگرام (فیگ:2) سے بھرپور طور پر دیکھا جا سکتا ہے کہ درجہ حرارت میں اضافے کا صاف اثر مثبت طرف کی طرف ہے، کیونکہ نیٹ ورک آؤٹ پر فائدہ زیادہ گرمی کے ان پٹ اور تیز رفتاری سے گرمی کے رد کرنے کے اضافے سے زیادہ ہوتا ہے۔ لہذا، قابلیت اعتماد اور معاشی مناسبگی کی جانچ کے بعد بھاپ کی درجہ حرارت میں اضافہ کرنا ہمیشہ مفید ہوتا ہے۔

ذاتی پیرامیٹرز کے ساتھ بائیلر کے دباؤ میں اضافہ کرنا

رانکین سائکل کی کارکردگی کو بڑھانے کا ایک الٹا طریقہ بائیلر کے آپریشنل دباؤ کو بڑھانا ہے اور اس طرح کسی حد تک بائیلر میں جہن کرنے کی درجہ حرارت سے منسلک ہے۔ اس طرح سائکل کی گرما کارکردگی بڑھتی ہے۔
ٹی-اس ڈیاگرام کی مدد سے بائیلر کے دباؤ میں اضافے کا سائکل کی کارکردگی پر اثر واضح طور پر دیکھا اور سمجھا جا سکتا ہے۔

بائیلر کے دباؤ میں اضافے کی وجہ سے، رانکین سائکل کچھ حد تک بائیں جانب منتقل ہوجاتا ہے جیسا کہ فیگ:3 میں ٹی-اس ڈیاگرام پر دکھایا گیا ہے اور اس سے نیچے ذکر شدہ نتیجے نکالے جا سکتے ہیں:

• بالکل نیٹ ورک میں اضافہ، جیسا کہ اوپر والی تصویر کے گلابی رنگ کے سائے والا علاقہ میں دکھایا گیا ہے۔

• جب سائکل کچھ حد تک بائیں جانب منتقل ہوتا ہے تو تربین میں بھاپ کے پھیلاؤ کے دوران نیٹ ورک میں کمی آتی ہے۔ (اوپر والی فیگ:3 میں گرے رنگ کے سائے والا علاقہ میں دکھایا گیا ہے۔

• کنڈینسر میں گرمی کے رد کرنے میں کمی۔

اس طرح ان اقدامات کی وجہ سے سائکل کی گرما کارکردگی میں قابل ذکر اضافہ ہوتا ہے۔

سوپر کریٹیکل پیرامیٹرز کے ساتھ بائیلر کے دباؤ میں اضافہ کرنا

رانکین سائکل کی گرما کارکردگی کو بڑھانے کے لئے، موجودہ وقت میں استعمال ہونے والے بھاپ جنریٹروں میں سوپر کریٹیکل دباؤ استعمال کیا جاتا ہے۔ جب بھاپ جنریٹروں کا آپریشن 22.06Mpa سے اوپر ہوتا ہے تو ان کو سوپر کریٹیکل بھاپ جنریٹروں کہا جاتا ہے اور پلانٹ کو سوپر کریٹیکل طاقت کی تولید کی پلانٹ کہا جاتا ہے۔ بلند ترین آپریشنل دباؤ کی وجہ سے یہ پلانٹ بلند کارکردگی کے لئے مشہور ہیں۔

دوبارہ گرم رانکین سائکل

دوبارہ گرم رانکین سائکل بالکل بائیلر کے زیادہ دباؤ پر سائکل کی کارکردگی کو بڑھانے کا فائدہ لینے کے لئے ہے بغیر تربین کے آخری مرحلوں میں بھاپ کے نمی کے خلوص کو کمزور کیے۔

دوبارہ گرم کرنے کے ساتھ سائکل کی کارکردگی میں اضافہ ممکن ہے بغیر خشکی کے حصے کو کمزور کیے، یہ تربین میں بھاپ کو دو مرحلوں میں پھیلانے کے ذریعے ممکن ہے اور درمیان میں اسے دوبارہ گرم کرنا شامل ہے۔ دوبارہ گرم کرنا تربین کے آخری مرحلوں میں زیادہ نمی کے مسئلے کو حل کرنے کا عملی قابل قبول طریقہ ہے۔

آخر مرحلے کی نمی کو کم کرنے کا نظریاتی طریقہ

نظریاتی طور پر ایک طریقہ یہ ہے کہ ٹربین میں داخل ہونے سے پہلے بھاپ کو ایک زیادہ درجہ حرارت تک اوپر گرم کر دیا جائے لیکن اس کی حد ہوتی ہے جس سے اوپر متالیجیک محدودیتیں بالکل 620°سے زائد درجہ حرارت کو قابو میں رکھنے سے روک دیتی ہیں۔ سپر کریٹیکل پاور پلانٹس بھارت میں 593°سے لگभگ درجہ حرارت کے ساتھ چلا رہی ہیں۔

موجودہ رینکائن سائیکل

بڑی ٹربین (200 MW یا اس سے زیادہ) میں آخری مرحلے کی نمی کو کامیابی سے کم کرنے کا عملی طریقہ یہ ہے کہ آسان رینکائن سائیکل کو ذیل میں شکل:5 میں دکھایا گیا ہے۔

ڈھیری سائیکل کے مطابق رینکائن سائیکل کے درمیان فرق

ڈھیری سائیکل میں بھاپ کی توسیع دو مرحلوں میں ہوتی ہے۔ پہلے مرحلے میں بھاپ عالی ضغط ٹربین (HP ٹربین) میں توسیع کرتی ہے اور HP ٹربین کی خروج کو پھر بھاپ جنریٹر کو واپس بھیجا جاتا ہے تاکہ پھر سے گرم کیا جا سکے۔ ڈھیری سائیکل کے 2ویں مرحلے میں بھاپ جنریٹر کی خروج کو کم ضغط ٹربین (LP ٹربین) کی طرف رہائش کیا جاتا ہے تاکہ ٹربین کے آخری مرحلوں میں زیادہ خشکی کے ساتھ نهایت توسیع حاصل کی جا سکے، پھر کنڈینسر میں خارج کر دیا جاتا ہے۔

ڈھیری سائیکل کا تجزیہ یوں ہے

سائیکل کے دوران (2-3-4-5) گرمی کا ان پٹ

سائیکل کے لیے ٹربین کا کام کا آؤٹ پٹ

اس طرح کسی بھی ٹھرمل پاور پلانٹ میں ایک ہی ڈھیری سائیکل کو استعمال کرتے ہوئے سائیکل کی کارکردگی کو آسانی سے 4 تا 5 فیصد سے زائد کیا جا سکتا ہے۔

ڈھیری کرنے کی عملی حد کیا ہے؟

نظریاتی طور پر اگر ہم ڈھیری کرنے کے مرحلوں کی تعداد میں اضافہ کرتے ہیں تو ٹربین میں توسیع کی تعداد کو بھی اضافہ کیا جا سکتا ہے تاکہ زیادہ ٹربین کا آؤٹ پٹ حاصل کیا جا سکے اور اس طرح سائیکل کی کارکردگی میں اضافہ ہو۔

لیکن عملی طور پر دو سے زائد مرحلے کا دوبارہ گرم کرنا ممکن نہیں ہے۔ دیکھا گیا ہے اور تجربہ کیا گیا ہے کہ چکر کی کارکردگی میں نظریہ کے مطابق بہتری پہلے سے دوسرے مرحلے کے درمیان 5 فیصد سے کم ہو کر 2.5 فیصد سے کم ہو جاتی ہے۔

اس کے علاوہ دیکھا گیا ہے کہ ذیلی حرجی دباؤ کے ساتھ دو مرحلوں کے دوبارہ گرم چکر کے ساتھ کنڈینسر میں مزید سپر ہیٹڈ استخراج کا نقصان ہوتا ہے جس سے سپر کریٹیکل-چکر-پیرامیٹرز کے مقابلے میں زیادہ نقصان ہوتا ہے۔ لہذا ذیلی حرجی پیرامیٹرز کے ساتھ دو مرحلوں کے دوبارہ گرم چکر سے پرہیز کیا جاتا ہے۔

تیسرے مرحلے کے بعد سے چکر کی کارکردگی کی فائدہ کم ہونا شروع ہو جاتا ہے، لہذا اضافی لاگت اور پیچیدگی کو برداشت کرنے کا کوئی منطقی بھی نہیں ہوتا۔

بیان: 原创尊重，好文章值得分享，如有侵权请联系删除。