වාෂ්ප බලාගාරවල රැන්කයින් චක්රයේ යෙදීම
වාෂ්ප බලාගාර (PLTU) යනු ලොව බහුලව භාවිතා වන විදුලි උත්පාදන තාක්ෂණයන්ගෙන් එකකි. ඒවායේ ක්රියාකාරී මූලධර්මය වන්නේ ජලය අධි පීඩන සහ අධි උෂ්ණත්ව වාෂ්ප බවට පරිවර්තනය කිරීම සඳහා තාප ශක්තිය භාවිතා කිරීමයි, පසුව ටර්බයිනයක් හරහා වාෂ්ප ශක්තිය යාන්ත්රික ශක්තිය බවට පරිවර්තනය කරයි, පසුව එය උත්පාදක යන්ත්රයක් මගින් විද්යුත් ශක්තිය බවට පරිවර්තනය වේ. PLTU හි බලශක්ති පරිවර්තන ක්රියාවලියේ හරය වන්නේ රැන්කයින් චක්රයයි, එය වාෂ්ප බල පද්ධති සඳහා විශේෂයෙන් නිර්මාණය කර ඇති තාප ගතික චක්රයකි. මෙම ලිපිය PLTU හි රැන්කයින් චක්රයේ යෙදීම, එහි ප්රධාන සංරචක, ක්රියාවලි අනුපිළිවෙල සහ ප්රායෝගිකව පොදු කාර්යක්ෂමතා වැඩිදියුණු කිරීම් සාකච්ඡා කරයි.
රැන්කයින් චක්රයේ මූලික සංකල්පය
රැන්කයින් චක්රය යනු සංවෘත පද්ධතියක ක්රියාකාරී තරලයක (සාමාන්යයෙන් ජලය/වාෂ්ප) ශක්ති වෙනස්කම් විස්තර කරන පරමාදර්ශී තාප ගතික චක්රයකි. මෙම චක්රය ගල් අඟුරු බලාගාර සැලසුමේ පදනම වන්නේ එය ද්රව සහ වාෂ්ප අවධි දෙකම භාවිතා කරමින් බල උත්පාදනය සඳහා සුදුසු බැවිනි. එහි පරමාදර්ශී ස්වරූපයෙන්, රැන්කයින් චක්රය ප්රධාන ක්රියාවලීන් හතරකින් සමන්විත වේ: පෝෂක ජලය පොම්ප කිරීම, බොයිලේරුවක එය වාෂ්ප කිරීමට රත් කිරීම, වැඩ නිපදවීම සඳහා ටර්බයිනයක වාෂ්ප ප්රසාරණය කිරීම සහ කන්ඩෙන්සරයක වාෂ්ප නැවත ජලය බවට ඝනීභවනය කිරීම.
යථාර්ථයේ දී බලශක්ති අලාභයක් (ඝර්ෂණය, පීඩන පහත වැටීම, අසම්පූර්ණ තාප හුවමාරුව) සිදු වුවද, රැන්කයින් චක්ර ආකෘතිය කාර්ය සාධනය විශ්ලේෂණය කිරීම සහ කාර්යක්ෂම මෙහෙයුම් ලක්ෂ්ය තීරණය කිරීම සඳහා යොමු කිරීමකි.
රැන්කයින් චක්රයේ වාෂ්ප බලාගාරයක ප්රධාන සංරචක
ගල් අඟුරු බලාගාරයක රැන්කයින් චක්රය යෙදීම සඳහා ප්රධාන සංරචක කිහිපයක් ඇතුළත් වේ:
1. පොම්පය (පෝෂක ජල පොම්පය)
එහි කාර්යය වන්නේ ඝනීභවනය වන ජලයේ පීඩනය අඩු පීඩනයකින් (කන්ඩෙන්සර් පිටවන ස්ථානය) ඉහළ පීඩනයකට වැඩි කිරීම වන අතර එමඟින් එය බොයිලේරුවට ඇතුළු විය හැකිය. ද්රවයක් පොම්ප කිරීම සඳහා වායුවක් සම්පීඩනය කිරීමට සාපේක්ෂව සාපේක්ෂව කුඩා කාර්යයක් අවශ්ය වන බැවින්, රැන්කයින් චක්රයේ පොම්ප ක්රියාකාරිත්වය සාමාන්යයෙන් ටර්බයිනයේ ක්රියාකාරිත්වයට වඩා අඩුය.
2. බොයිලේරු (වාෂ්ප උත්පාදක යන්ත්රය)
බොයිලේරු අධි පීඩන ජලයට තාපය යොදන අතර එය වාෂ්ප බවට හැරෙන තෙක් එය භාවිතා කරයි. තාපය ජනනය වන්නේ ඉන්ධන (ගල් අඟුරු, ජෛව ස්කන්ධ, තෙල් හෝ ගෑස්) දහනය කිරීමෙන් හෝ න්යෂ්ටික බලාගාරයක න්යෂ්ටික ප්රතික්රියාකාරකයකින් ලැබෙන තාපය වැනි වෙනත් ප්රභවයන් මගිනි. සාම්ප්රදායික ගල් අඟුරු බලාගාරවල, බොයිලේරු කලාප කිහිපයකින් සමන්විත වේ: ආර්ථිකකාරකයක් (පූර්ව රත් කිරීම), වාෂ්පකාරකයක් (වාෂ්පීකරණය) සහ සුපිරි තාපකයක් (අධි තාපනය).
3. වාෂ්ප ටර්බයිනය
ටර්බයින ප්රසාරණය හරහා තාප ශක්තිය සහ වාෂ්ප පීඩනය යාන්ත්රික කාර්යයක් බවට පරිවර්තනය කරයි. විදුලිය නිපදවීම සඳහා ටර්බයින පතුවළ උත්පාදක යන්ත්රයකට සම්බන්ධ කර ඇත. ප්රසාරණය කිරීමේ කාර්යක්ෂමතාව වැඩි කිරීම සඳහා ටර්බයින සාමාන්යයෙන් අදියර කිහිපයකින් සමන්විත වේ.
4. කන්ඩෙන්සර්
කන්ඩෙන්සරය ටර්බයිනයේ පිටාර වාෂ්ප සිසිල් කර එය නැවත ජලය බවට පරිවර්තනය කරයි. අඩු පිටාර පීඩනයක් (සාපේක්ෂ රික්තයක්) නිර්මාණය කිරීමෙන්, කන්ඩෙන්සරය ටර්බයින ක්රියාකාරිත්වය සහ සමස්ත කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු කිරීමට උපකාරී වේ. සිසිලනය සාමාන්යයෙන් මුහුදු ජලය, ගංගා ජලය හෝ සිසිලන කුළුණු පද්ධතියක් භාවිතයෙන් ලබා ගනී.
වාෂ්ප බලාගාරයක රැන්කයින් චක්ර ක්රියාවලි අනුපිළිවෙල
රැන්කයින් චක්රයේ යෙදීම් පහත ක්රියාවලි අදියර හතර හරහා පැහැදිලි කළ හැකිය:
1) පොම්ප කිරීමේ ක්රියාවලිය (1 → 2)
කන්ඩෙන්සරයෙන් ලැබෙන ඝනීභවනය අඩු පීඩනයකින් සහ සාපේක්ෂව අඩු උෂ්ණත්වයකින් යුක්ත වේ. පොම්පය බොයිලේරයේ ක්රියාකාරී පීඩනයට පීඩනය වැඩි කරයි. මෙම අදියරේදී උෂ්ණත්වය තරමක් ඉහළ යයි, නමුත් ප්රධාන වෙනස වන්නේ පීඩනය වැඩි වීමයි. පොම්පයට අවශ්ය ශක්තිය උත්පාදක යන්ත්රයේ අභ්යන්තර බලයෙන් ලැබෙන නමුත් ටර්බයිනය මඟින් නිපදවන ශක්තියට සාපේක්ෂව එහි දායකත්වය සාපේක්ෂව කුඩා වේ.
2) බොයිලේරුවේ තාපය එකතු කිරීමේ ක්රියාවලිය (2 → 3)
අධි පීඩන ජලය බොයිලේරුවට ඇතුළු වී රත් කරනු ලැබේ. පළමුව, ජලය තාපාංකයට (සංවේදී උණුසුම) රත් කරනු ලැබේ, පසුව එය සංතෘප්ත වාෂ්පයට (ගුප්ත උණුසුම) අදියර වෙනස් කරයි, සහ බොහෝ ගල් අඟුරු බලාගාර සැලසුම් වලදී, වාෂ්ප තවදුරටත් අධි රත් වූ වාෂ්ප බවට රත් කරනු ලැබේ. ටර්බයිනයට ඇතුළු වන වියළි වාෂ්ප ජල බිඳිති වලින් ටර්බයින තල ඛාදනය වීමේ අවදානම අඩු කරන බැවින් සුපිරි තාපය වැදගත් වේ.
ඉන්ධනවල රසායනික ශක්තිය වැඩ කරන තරලය තුළ තාප ශක්තිය බවට පරිවර්තනය වන්නේ මෙහිදීය. දහන කාර්යක්ෂමතාව, තාප හුවමාරුව සහ බොයිලේරු නිර්මාණය බලාගාරයේ ක්රියාකාරිත්වයට සැලකිය යුතු ලෙස බලපායි.
3) ටර්බයිනයේ ප්රසාරණය කිරීමේ ක්රියාවලිය (3 → 4)
අධි පීඩන වාෂ්ප ටර්බයිනය තුළට ගලා ගොස් ප්රසාරණය වන අතර, එහි පීඩනය සහ උෂ්ණත්වය අඩු කරමින් පතුවළ මත යාන්ත්රික කාර්යයක් ඇති කරයි. මෙම කාර්යය පසුව උත්පාදක යන්ත්රය ධාවනය කරයි. පරිපූර්ණ තත්වයන් යටතේ, ප්රසාරණය සම-එන්ට්රොපික් (නියත එන්ට්රොපි) ලෙස සැලකේ, නමුත් සැබෑ ලෝක තත්වයන් තුළ, ආපසු හැරවිය නොහැකි බව ටර්බයිනයේ කාර්යය අඩු කරයි.
ටර්බයින කෙළවරේ වාෂ්පයේ ගුණාත්මකභාවය තීරණාත්මක කරුණකි. වාෂ්පය අධික තෙතමනයකින් යුක්ත නම්, ජල බිඳිති ටර්බයින තලවල ගැටී විඛාදනයට/ඛාදනයට හේතු විය හැක. එමනිසා, බලාගාර සාමාන්යයෙන් ටර්බයින පිටවන ස්ථානයේ අඩු තෙතමනය සහිත වාෂ්ප මට්ටමක් පවත්වා ගැනීමට උත්සාහ කරයි.
4) කන්ඩෙන්සර් තුළ ඝනීභවන ක්රියාවලිය (4 → 1)
ටර්බයිනයේ පිටාර වාෂ්ප කන්ඩෙන්සරයට ඇතුළු වී සිසිලන මාධ්යයට තාපය මුදා හරින අතර එය ජලය බවට ඝනීභවනය වේ. මෙම ක්රියාවලිය අඩු පීඩනයකදී සිදු වේ. ශක්තිය අනුව, කන්ඩෙන්සරය තුළ ප්රතික්ෂේප කරන ලද තාපය කාර්යයක් බවට පරිවර්තනය කළ නොහැකි තාප "පාඩුවක්" නියෝජනය කරයි, නමුත් චක්රය නැවත සිදු වීමට සහ අඩු පිටාර පීඩනය පවත්වා ගැනීමට තවමත් අවශ්ය වන අතර එමඟින් ටර්බයින ක්රියාකාරිත්වය වැඩි වේ.
ඉන්පසු ඝනීභවනය වූ ජලය චක්රය නැවත සිදු කිරීම සඳහා පොම්පය වෙත නැවත පැමිණේ.
රැන්කයින් චක්රය වාෂ්ප බලාගාර සඳහා ඵලදායී වීමට හේතු
රැන්කයින් චක්රය ඉතා ඵලදායී වන්නේ පහත සඳහන් හේතු නිසා ය:
- ලාභදායී, ආරක්ෂිත සහ හොඳ තාප ලක්ෂණ ඇති ක්රියාකාරී තරලයක් ලෙස ජලය භාවිතා කිරීම.
- විශාල තාප ප්රමාණයක් අවශෝෂණය කර ගැනීමට ඉඩ සලසන ද්රව-වාෂ්ප අවධි වෙනස භාවිතා කරයි.
– ටර්බයිනයට ඇතුළු වන වාෂ්පයේ උෂ්ණත්වය සහ පීඩනය වැඩි කිරීමෙන් සහ කන්ඩෙන්සර් පීඩනය අඩු කිරීමෙන් ප්රශස්ත කළ හැක.
– නැවත රත් කිරීම සහ පුනර්ජනනීය උණුසුම වැනි කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු කරන තාක්ෂණයන් ක්රියාත්මක කිරීමට සහාය වේ.
කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු කිරීම: නවීකරණය කරන ලද රැන්කයින් චක්රය
ප්රායෝගිකව, ගල් අඟුරු බලාගාර සරල රැන්කයින් චක්රය භාවිතා කරන්නේ කලාතුරකිනි. කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු කිරීම සහ උපකරණ විශ්වසනීයත්වය පවත්වා ගැනීම සඳහා වෙනස් කිරීම් කිහිපයක් බහුලව භාවිතා වේ:
1) සුපිරි තාපකය සහ අතිශය සුපිරි අවධිකාරකය
ටර්බයිනයට පෙර වාෂ්පයේ උෂ්ණත්වය ඉහළ නැංවීම (අධි රත් කිරීම) ටර්බයිනය තුළ නිස්සාරණය කළ හැකි ශක්ති වෙනස වැඩි කිරීමෙන් තාප කාර්යක්ෂමතාව වැඩි කරයි. සමහර නවීන ගල් අඟුරු බලාගාර සුපිරි අවධි හෝ අතිශය අධි අවධි තත්වයන් යටතේ ක්රියාත්මක වන අතර, බොයිලේරුවේ පැහැදිලි ද්රව-වාෂ්ප අවධි සීමාවක් නොමැති තරම් ඉහළ පීඩන සහ උෂ්ණත්වවලදී ක්රියාත්මක වේ. මෙම තාක්ෂණයට කාර්යක්ෂමතාව වැඩි කළ හැකි නමුත් ඉහළ උෂ්ණත්ව/පීඩනවලට ඔරොත්තු දිය හැකි ද්රව්ය අවශ්ය වේ.
2) නැවත රත් කරන්න
නැවත රත් කිරීමේ චක්රයේදී, අධි පීඩන ටර්බයිනයේ අර්ධ වශයෙන් ප්රසාරණය වූ වාෂ්ප නැවත රත් කිරීම සඳහා බොයිලේරු වෙත ආපසු යවනු ලැබේ, පසුව මධ්යම/අඩු පීඩන ටර්බයිනයට පෝෂණය වේ. ඉලක්කය වන්නේ:
– මුළු ටර්බයින ක්රියාකාරිත්වය වැඩි කිරීම,
– ටර්බයිනයේ අවසාන අදියරේදී වාෂ්ප ආර්ද්රතාවය අඩු කිරීම,
- චක්ර කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු කිරීම.
3) පුනර්ජනනීය පෝෂක ජල උණුසුම
පෝෂක ජල තාපකය හරහා බොයිලේරුවට ඇතුළු වීමට පෙර පෝෂක ජලය රත් කිරීම සඳහා ඇතැම් ටර්බයින අදියරවලින් (ලේ ගැලීමේ වාෂ්ප) යම් වාෂ්පයක් ලබා ගනී. පෝෂක ජල උෂ්ණත්වය ඉහළ නැංවීමෙන්, බොයිලේරුවේ තාප අවශ්යතා අඩු වන අතර කාර්යක්ෂමතාව වැඩි වේ. මෙම පද්ධතියට විවෘත තාපකයක් (deaerator) හෝ සංවෘත තාපකයක් (සංවෘත තාපකයක්) භාවිතා කළ හැකිය.
4) කන්ඩෙන්සර් සහ සිසිලන පද්ධති අලුත්වැඩියාව
කන්ඩෙන්සර් පීඩනය අඩු කිරීම (රික්තය වැඩි කිරීම) ටර්බයිනයේ එන්තැල්පි පහත වැටීම වැඩි කරන අතර බල ප්රතිදානය වැඩි කරයි. කෙසේ වෙතත්, මෙය සිසිලන පද්ධතියේ තාපය විසුරුවා හැරීමේ හැකියාව මත රඳා පවතී. එබැවින්, කන්ඩෙන්සර් ගුණාත්මකභාවය, නල පිරිසිදුකම සහ සිසිලන ජල උෂ්ණත්වය කාර්ය සාධනය සඳහා ඉතා වැදගත් වේ.
රැන්කයින් චක්ර ක්රියාත්මක කිරීමේදී මෙහෙයුම් අභියෝග
වාසි වලට අමතරව, PLTU හි රැන්කයින් චක්රයේ යෙදීම අභියෝගවලට මුහුණ දෙයි:
- ඝර්ෂණ ප්රවාහය, කාන්දු වීම සහ පරිපූර්ණ නොවන තාප හුවමාරුව හේතුවෙන් සිදුවන ශක්ති පාඩු.
– ජලයේ ගුණාත්මකභාවය සහ විඛාදනය: බොයිලේරු සහ ටර්බයිනවල පරිමාණය සහ විඛාදනය වැළැක්වීම සඳහා පෝෂක ජලය දැඩි ලෙස ප්රතිකාර කළ යුතුය.
– විමෝචනය සහ පරිසරය: ගල් අඟුරු බලාගාරවල, දහනය CO₂, SOx, NOx සහ අංශු නිපදවයි, එබැවින් විමෝචන පාලන උපකරණ අවශ්ය වේ.
– ද්රව්යමය සීමාවන්: වැඩිවන උෂ්ණත්වය සහ පීඩනය සඳහා මිල අධික හා නඩත්තු කිරීමට සංකීර්ණ විශේෂ ද්රව්ය අවශ්ය වේ.
නිගමනය
රැන්කයින් චක්රය ගල් අඟුරු බලාගාර (PLTU) මෙහෙයුම්වල හදවත වන්නේ එය ප්රධාන ක්රියාවලීන් හතරක් හරහා තාප ශක්තිය යාන්ත්රික හා විද්යුත් ශක්තිය බවට නැවත නැවත පරිවර්තනය කිරීමට ඉඩ සලසන බැවිනි: පොම්ප කිරීම, උණුසුම, ප්රසාරණය සහ ඝනීභවනය. සත්ය ක්රියාත්මක කිරීමේදී, කාර්යක්ෂමතාව වැඩි කිරීමට සහ ටර්බයින විශ්වසනීයත්වය පවත්වා ගැනීමට සුපිරි තාපක, නැවත තාපක, පුනර්ජනනීය උණුසුම සහ කන්ඩෙන්සර් ප්රශස්තිකරණය වැනි තාක්ෂණයන් සමඟ මෙම චක්රය වෙනස් කර ඇත. බලශක්ති පාඩු, ජල ගුණාත්මකභාවය සහ පාරිසරික බලපෑම් සම්බන්ධ අභියෝග තිබියදීත්, රැන්කයින් චක්රය ක්රියාත්මක කිරීම එහි නම්යශීලීභාවය, තාක්ෂණික පරිණතභාවය සහ අවශ්ය පරිදි කාර්ය සාධනය ඉහළ නැංවීමේ හැකියාව හේතුවෙන් වාෂ්ප බලාගාර සඳහා මූලික තේරීම ලෙස පවතී.
ඔබට අවශ්ය නම්, චක්රය වඩාත් දෘශ්ය හා තාක්ෂණික කිරීමට මට ක්රියාවලි ප්රවාහ රූප සටහනක් හෝ T–s (උෂ්ණත්වය–එන්ට්රොපි) වක්රය මත පදනම් වූ පැහැදිලි කිරීමක් ද එක් කළ හැකිය.
