په عصري بخار انجنونو کې د حرارتي موثریت محاسبه

په عصري بخار انجنونو کې د حرارتي موثریت محاسبه

د بخار انجنونه اکثرا د صنعتي انقلاب څخه "کلاسیک" ټیکنالوژي ګڼل کیږي. په هرصورت، د دوی اصول او پرمختګونه نن ورځ هم اړونده دي، په ځانګړې توګه د ډبرو سکرو څخه جوړ شوي بریښنا فابریکې (PLTU)، د تودوخې او بریښنا ګډ (CHP) تاسیساتو، او د پروسس صنعت کې د بخار توربین سیسټمونو کې. "عصري بخار انجنونه" د رینکین دورې پر بنسټ د بریښنا تولید سیسټمونو ته اشاره کوي، کوم چې د دودیز متقابل بخار انجنونو په پرتله خورا ډیر اغیزمن دي، د لوړ فشار او تودوخې، سوپر هیټرونو، بیا تودوخې، او د فیډ واټر هیټرونو له لارې بیا تولیدونکي تودوخې څخه کار اخلي. د دې سیسټمونو فعالیت پوهیدو لپاره، یو کلیدي پیرامیټر چې تل محاسبه کیږي د تودوخې موثریت دی.

۱. د حرارتي موثریت اساسي مفهوم

د بخار انجن حرارتي موثریت دا تشریح کوي چې د تودوخې انرژي څومره برخه (د سونګ موادو یا د تودوخې سرچینې له احتراق څخه) په بریالیتوب سره په ګټور کار بدلیږي، معمولا د توربین شافټ بریښنا یا جنراتور بریښنا په بڼه. په عمومي توګه، حرارتي موثریت په لاندې ډول تعریف شوی:

\[
\eta_{th} = \frac{W_{خالص}}{Q_{په}}
\]

چیرته:
– \( W_{net} \) د دورې خالص کار دی (د توربین کار منفي د پمپ کار).
– \( Q_{in} \) هغه تودوخه ده چې سایکل ته داخلیږي، چې عموما په بویلر او/یا سوپر هیټر کې پیښیږي.

په یوه مثالي رینکین دوره کې، اصلي برخې پمپ، بویلر، توربین، او کنډنسر شامل دي. بخار لوړ فشار ته پمپ کیږي (د اوبو تغذیه)، بخار ته تودوخه کیږي (مشبوع یا ډیر ګرم شوی)، په توربین کې پراخیږي ترڅو کار تولید کړي، او بیا پمپ ته د بیا ننوتلو دمخه په کنډنسر کې مایع ته کنډنسر کیږي. د تودوخې موثریت لومړنی اندازه ده چې د بخار انجن د تودوخې انرژي څومره په مؤثره توګه کاروي.

۲. مثالی د ریښتیني رینکین سایکل په مقابل کې

په لومړنیو محاسبو کې، انجنیران اکثرا د مثالي رینکین دورې څخه پیل کوي ترڅو د موثریت د پورتنۍ حد نظر ترلاسه کړي. مثالي انګیرنې معمولا دا دي:
۱. د ایزنټروپیک (بې ضرر) پمپ او توربین پروسه.
۲. په بویلر، پایپونو، سوپر هیټر، ریهیټر او کنډنسر کې د فشار کمښت نشته.
۳. چاپیریال ته د تودوخې هیڅ زیان نه.
۴. کنډنسیشن او تودوخه په ثابت فشار کې ترسره کیږي.

په حقیقي نړۍ شرایطو کې، دا انګیرنې په بشپړه توګه نه پوره کیږي. د پمپونو او توربینونو د رګونو ضایعات، د فشار ضایعات، او د ایزنټروپیک موثریتونه له 100٪ څخه کم دي. له همدې امله، اصلي حرارتي موثریت تل د مثالي ارزښت څخه ټیټ وي، او محاسبې باید پیرامیټرې ولري لکه:
- د توربین ایزنټروپیک موثریت (\(\eta_t\))
- د پمپ د ایزنټروپیک موثریت (\(\eta_p\))
- د تودوخې ضایع کول (د تودوخې ضایع کول)
- د فشار کمښت

۳. د تودوخې موثریت محاسبې مرحلې (عمومي چوکاټ)

د عصري بخار انجن (د رینکین پر بنسټ) د حرارتي موثریت محاسبه کولو لپاره، عمومي ګامونه په لاندې ډول دي:

الف) د دولت ټکي مشخص کړئ
معمولا په نښه شوي:
۱. د کنډنسر آوټ لیټ / پمپ انلیټ (د کنډنسر فشار کې مشبوع مایع)
۲. د پمپ آوټ لیټ / بویلر انلیټ (د لوړ فشار تغذیه اوبه)
۳. د بویلر/سوپر هیټر بهر/توربین داخل (مشبوع یا ډیر ګرم شوی وچ بخار)
۴. د توربین بهر / کنډنسر داخلیدل (د بخار او اوبو مخلوط یا ډیر ګرم شوی رطوبت)

د بیا تودوخې او بیا رغونې په دوره کې، د حالت نقطو شمیر زیاتیږي. په لویو بریښنا فابریکو کې عصري بخار انجنونه معمولا د توربین استخراج ډیری مرحلې او د اوبو تغذیه کونکي لري، چې تحلیل ډیر پیچلی کوي، مګر اصل ورته پاتې دی: په هر جز کې د انرژۍ توازن ترسره کول.

ب) د ترموډینامیک ملکیت معلومات واخلئ
اصلي ځانګړتیاوې چې اړینې دي:
- په هره نقطه کې انتالپي (\(h\))
- د ایزنټروپیک پروسو لپاره انټروپي (\(s\))
- فشار (\(P\)) او تودوخه (\(T\))
- د بخار کیفیت (\(x\)) کله چې په دوه مرحلو سیمه کې وي

دا معلومات معمولا د بخار میزونو یا سافټویر (EES، REFPROP، Aspen، یا IAPWS/IF97 ملکیت کیلکولیټرونو) څخه اخیستل کیږي.

ج) د پمپ کار محاسبه کړئ
د پمپ مثالي کار په لاندې ډول اټکل کیدی شي:

\[
W_p \تقریبا v_f (P_2 – P_1)
\]

چیرته چې \(v_f\) د پمپ په داخل کې د مایع ځانګړی حجم (m³/kg) دی. د ریښتیني پمپ لپاره:

\[
W_{p,اصلي} = \frac{W_{p,مثالي}}{\eta_p}
\]

بیا د پمپ څخه د وتلو انتالپي:
\[
h_2 = h_1 + W_{p، اصلي}
\]

d) په بویلر کې د تودوخې داخلول محاسبه کړئ
د تودوخې داخلول عموما:
\[
Q_{په} = h_3 – h_2
\]

که چیرې یو سوپر هیټر شتون ولري، نو د \(h_3\) ارزښت د توربین په داخل کې د سوپر هیټر بخار انتالپي دی. که چیرې یو ری هیټر شتون ولري، نو د تودوخې دوهم اضافي ان پټ شتون لري:
\[
Q_{په،ټول} = (h_3 – h_2) + (h_5 – h_4)
\]
(په ډیاګرام کې د ټکو شمیر پورې اړه لري).

e) د توربین کار محاسبه کړئ
د یو مثالي (ایسنټروپیک) توربین لپاره، \(s_3 = s_{4s}\) او \(h_{4s}\) له جدول څخه ترلاسه کیږي. د یو اصلي توربین لپاره:

\[
\eta_t = \frac{h_3 – h_{4,اصلي}}{h_3 – h_{4s}}
\ښي غشی h_{4,اصلي} = h_3 – \eta_t (h_3 – h_{4s})
\]

د توربین عملیات:
\[
W_t = h_3 – h_{4، په اصل کې}
\]

که چیرې د توسعې یا بیا تودوخې څو مرحلې شتون ولري، د توربین ټول کار د هرې مرحلې مجموعه ده.

f) د خالص کار او حرارتي موثریت محاسبه کړئ
\[
W_{خالص} = W_t – W_p
\]
\[
\eta_{th} = \frac{W_{خالص}}{Q_{په}}
\]

دا د سایکل د تودوخې موثریت محاسبې اصلي برخه ده.

۴. توضیحي مثال (ساده)

فرض کړئ چې یو ساده عصري رینکین سایکل معلومات لري (د انتالپي په بڼه) چې دمخه د بخار جدولونو څخه ترلاسه شوي او د اجزاو موثریت په پام کې نیسي:
– \(h_1 = 191 \, \text{kJ/kg}\) (مشبوع مایع چې له کنډنسر څخه وځي)
– \(h_2 = 200 \, \text{kJ/kg}\) (د پمپ محصول، اصلي)
– \(h_3 = 3500 \, \text{kJ/kg}\) (ډیر ګرم شوی بخار توربین ته ننوځي)
– \(h_4 = 2400 \, \text{kJ/kg}\) (د توربین محصول، اصلي)

نو:
– د توربین کار: \(W_t = 3500 – 2400 = 1100 \, \text{kJ/kg}\)
– د پمپ کار: \(W_p = 200 – 191 = 9 \, \text{kJ/kg}\)
– خالص کار: \(W_{خالص} = 1100 – 9 = 1091 \, \text{kJ/kg}\)
– د تودوخې داخلول: \(Q_{in} = 3500 – 200 = 3300 \, \text{kJ/kg}\)

د تودوخې موثریت:
\[
\eta_{th} = \frac{1091}{3300} = 0.331 \نږدې 33.1\%
\]

دا ارزښت د رینکین دورې لپاره مناسب دی، مګر عصري الټرا سوپرکریټیکل بریښنا فابریکې کولی شي لوړې وي کله چې د خالص فابریکې موثریت په توګه وکتل شي (که څه هم لاهم د بویلر، کنډنسر او مرستندویه بار ضایعاتو لخوا اغیزمن کیږي).

۵. هغه عوامل چې د عصري بخار انجنونو موثریت زیاتوي

الف) د توربین ته د ننوتلو بخار د تودوخې او فشار زیاتوالی
د تودوخې اضافه کولو اوسط تودوخه څومره لوړه وي، هومره موثریت لوړ وي (د کارنوټ د اصل سره سم). سوپر کریټیکل او الټرا سوپر کریټیکل ټیکنالوژي د اوبو د مهمې نقطې (22,1 MPa) څخه پورته فشارونو کې عملیات ته اجازه ورکوي، د مرحلو بدلونونو سره تړلي زیانونه کموي او موثریت زیاتوي.

ب) د کنډنسر فشار کمول (غوره خلا)
د کنډنسر فشار کمول د توربین د پراخېدو حد زیاتوي، په دې توګه د توربین فعالیت زیاتوي. په هرصورت، دا د سړو اوبو د تودوخې، کنډنسر اندازې، او د توربین په وروستیو مرحلو کې د لوړې رطوبت کچې خطر پورې محدود دی.

ج) د بیا تودوخې دوره
ریهیټر د جزوي پراخېدو وروسته بخار بیا ګرموي، بیا یې بیا پراخوي. پایله یې د موثریت زیاتوالی او د توربین په وتلو کې د رطوبت ټیټه کچه ده (د توربین تیغونو لپاره خوندي).

د) بیا رغونه (د اوبو تودوخه)
د اوبو د تودوخې لپاره د توربین څخه د بخار په اخیستلو سره، بویلر د جوش نقطې ته د رسیدو لپاره دومره تودوخې ته اړتیا نلري. بیا تولید د دورې موثریت ته وده ورکوي، که څه هم دا د توربین کاري بار کموي ځکه چې ځینې بخار په ټیټ فشار کې کار نه تولیدوي.

۶. د سایکل حرارتي موثریت او د تولید موثریت ترمنځ توپیر

دا مهمه ده چې توپیر وکړو:
– د رینکین دورې حرارتي موثریت: د دورې په اجزاو کې د \(W_{net}/Q_{in}\) پر بنسټ.
- د خالص تولید موثریت: د احتراق ضایعات، د بویلر موثریت، د جنراتور ضایعات، مرستندویه بارونه (پمپونه، فینونه، لیږدونکي)، او د داخلي لیږد ضایعات په پام کې نیسي.

د ډبرو سکرو په بریښنا فابریکو کې، د بویلر موثریت او د سیسټم ضایعات د پام وړ کیدی شي. له همدې امله، حتی که د دورې حرارتي موثریت لوړ ښکاري، ټول خالص موثریت ممکن ټیټ وي.

۷. پایله

په عصري بخار انجنونو کې د تودوخې موثریت محاسبه په اصل کې د رینکین دورې انرژۍ توازن پراساس ده: د توربین کار، د پمپ کار، او بویلر ته د تودوخې داخلول (او بیا ګرمونکی، که کوم وي) محاسبه کول. د دقت کلیدي د حالت نقطو او ترموډینامیک ملکیتونو (انتالپي، انټروپي، د بخار کیفیت) دقیق ټاکل دي، او همدارنګه د حقیقي نړۍ شرایطو لکه ایزنټروپیک موثریت او د فشار کمښت شاملول دي. د تودوخې موثریت د سیسټم فعالیت لومړنی شاخص دی او د تودوخې/فشار زیاتوالی، بیا ګرمول، بیا رغونه، او د کنډنسر ښه والی په څیر د اصلاح کولو ارزولو اساس دی.

که تاسو وغواړئ، زه کولی شم د "عصري" محاسبې یوه بیلګه اضافه کړم (د مثال په توګه د بیا تودوخې دوره + 1-2 د فیډ واټر هیټرونه) چې د سټیټ پوائنټ جدولونو او Ts ډیاګرامونو سره بشپړ شي ترڅو د اصلي PLTU قضیې مطالعې نږدې کړي.