நீராவி மின் நிலையங்களில் ராங்கைன் சுழற்சியின் பயன்பாடு

நீராவி மின் நிலையங்களில் ராங்கைன் சுழற்சியின் பயன்பாடு

நீராவி மின் நிலையங்கள் (PLTU) உலகில் மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் மின்சார உற்பத்தித் தொழில்நுட்பங்களில் ஒன்றாகும். அவற்றின் செயல்பாட்டுக் கொள்கையானது, வெப்ப ஆற்றலைப் பயன்படுத்தி நீரை உயர் அழுத்தம் மற்றும் உயர் வெப்பநிலை கொண்ட நீராவியாக மாற்றுகிறது; பின்னர் அந்த நீராவி ஆற்றலை ஒரு டர்பைன் மூலம் இயந்திர ஆற்றலாக மாற்றி, அதை ஒரு ஜெனரேட்டர் மூலம் மின் ஆற்றலாக மாற்றுகிறது. ஒரு PLTU-வில் உள்ள ஆற்றல் மாற்றச் செயல்முறையின் மையமாக இருப்பது ரேங்கைன் சுழற்சி ஆகும். இது நீராவி மின் அமைப்புகளுக்காகவே பிரத்யேகமாக வடிவமைக்கப்பட்ட ஒரு வெப்ப இயக்கவியல் சுழற்சியாகும். இந்தக் கட்டுரை, ஒரு PLTU-வில் ரேங்கைன் சுழற்சியின் பயன்பாடு, அதன் முக்கியக் கூறுகள், செயல்முறை வரிசை மற்றும் நடைமுறையில் உள்ள பொதுவான செயல்திறன் மேம்பாடுகள் ஆகியவற்றை விவாதிக்கிறது.

ரேங்கைன் சுழற்சியின் அடிப்படைக் கருத்து

ரேங்கைன் சுழற்சி என்பது ஒரு மூடிய அமைப்பில், செயல்படும் பாய்மத்தில் (பொதுவாக நீர்/நீராவி) ஏற்படும் ஆற்றல் மாற்றங்களை விவரிக்கும் ஒரு இலட்சியப்படுத்தப்பட்ட வெப்ப இயக்கவியல் சுழற்சியாகும். இந்தச் சுழற்சி, திரவ மற்றும் நீராவி ஆகிய இரண்டு நிலைகளையும் பயன்படுத்தி மின்சாரம் உற்பத்தி செய்வதற்கு ஏற்றதாக இருப்பதால், நிலக்கரி மூலம் இயங்கும் மின் உற்பத்தி நிலைய வடிவமைப்பின் அடித்தளமாக விளங்குகிறது. அதன் இலட்சிய வடிவத்தில், ரேங்கைன் சுழற்சி நான்கு முக்கிய செயல்முறைகளைக் கொண்டுள்ளது: ஊட்டநீரை உந்தி அனுப்புதல், அதை ஒரு கொதிகலனில் நீராவியாகச் சூடாக்குதல், வேலையை உருவாக்குவதற்காக ஒரு விசையாழியில் நீராவியை விரிவடையச் செய்தல், மற்றும் ஒரு குளிர்விப்பானில் நீராவியை மீண்டும் நீராகக் குளிர்வித்தல்.

உண்மையில் ஆற்றல் இழப்பு (உராய்வு, அழுத்தக் குறைவு, முழுமையற்ற வெப்பப் பரிமாற்றம்) இருந்தாலும், செயல்திறனைப் பகுப்பாய்வு செய்வதற்கும் திறமையான இயக்கப் புள்ளிகளைத் தீர்மானிப்பதற்கும் ராங்கைன் சுழற்சி மாதிரி ஒரு ஆதாரமாக விளங்குகிறது.

ரேங்கைன் சுழற்சியில் ஒரு நீராவி மின் நிலையத்தின் முக்கிய கூறுகள்

நிலக்கரி மூலம் இயங்கும் மின் உற்பத்தி நிலையத்தில் ராங்கைன் சுழற்சியைப் பயன்படுத்துவதில் பல முக்கியக் கூறுகள் அடங்கியுள்ளன:

1. பம்ப் (ஊட்டநீர் பம்ப்)
குறைந்த அழுத்தத்தில் (கன்டென்சர் வெளியேற்றம்) உள்ள ஒடுங்கிய நீரின் அழுத்தத்தை, அது கொதிகலனுக்குள் நுழையும் வகையில் உயர் அழுத்தத்திற்கு உயர்த்துவதே இதன் பணியாகும். ஒரு வாயுவை அழுத்துவதோடு ஒப்பிடும்போது, ​​ஒரு திரவத்தை உந்தித் தள்ளுவதற்கு ஒப்பீட்டளவில் குறைவான வேலையே தேவைப்படுவதால், ராங்கைன் சுழற்சியில் உந்தியின் வேலை பொதுவாக விசையாழியின் வேலையை விடக் குறைவாகவே இருக்கும்.

2. கொதிகலன் (நீராவி ஜெனரேட்டர்)
கொதிகலன்கள் உயர் அழுத்த நீரை நீராவியாக மாறும் வரை அதற்கு வெப்பத்தை அளிக்கின்றன. இந்த வெப்பமானது எரிபொருளை (நிலக்கரி, உயிரி எரிபொருள், எண்ணெய் அல்லது எரிவாயு) எரிப்பதன் மூலமாகவோ அல்லது அணுமின் நிலையத்தில் உள்ள அணு உலையிலிருந்து வரும் வெப்பம் போன்ற பிற மூலங்களிலிருந்தோ உருவாக்கப்படுகிறது. வழக்கமான நிலக்கரி அடிப்படையிலான மின் உற்பத்தி நிலையங்களில், கொதிகலன்கள் பல மண்டலங்களைக் கொண்டுள்ளன: ஒரு சிக்கனப்படுத்தி (முன்சூடாக்குதல்), ஒரு ஆவியாக்கி (ஆவியாக்கம்), மற்றும் ஒரு மீசூடாக்கி (மீசூடாக்குதல்).

3. நீராவி விசையாழி
டர்பைன்கள் வெப்ப ஆற்றலையும் நீராவி அழுத்தத்தையும் விரிவடைதல் மூலம் இயந்திர வேலையாக மாற்றுகின்றன. மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்வதற்காக டர்பைனின் தண்டு ஒரு மின்னாக்கியுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. விரிவடைதல் செயல்திறனை அதிகரிப்பதற்காக, டர்பைன்கள் பொதுவாகப் பல நிலைகளைக் கொண்டிருக்கின்றன.

4. மின்தேக்கி
மின்தேக்கி, விசையாழியின் வெளியேற்ற நீராவியைக் குளிர்வித்து, அதை மீண்டும் நீராக மாற்றுகிறது. குறைந்த வெளியேற்ற அழுத்தத்தை (சார்பு வெற்றிடம்) உருவாக்குவதன் மூலம், மின்தேக்கி விசையாழியின் செயல்திறனையும் ஒட்டுமொத்தத் திறனையும் மேம்படுத்த உதவுகிறது. பொதுவாக, கடல் நீர், ஆற்று நீர் அல்லது குளிரூட்டும் கோபுர அமைப்பைப் பயன்படுத்தி இந்தக் குளிர்வித்தல் செய்யப்படுகிறது.

நீராவி மின் நிலையத்தில் ரேங்கைன் சுழற்சி செயல்முறை வரிசை

ராங்கைன் சுழற்சியின் பயன்பாட்டைப் பின்வரும் நான்கு செயல்முறை நிலைகள் மூலம் விளக்கலாம்:

1) நீரேற்றும் செயல்முறை (1 → 2)
ஆவிசுருக்கியிலிருந்து வரும் ஆவிச்சுருக்கம் குறைந்த அழுத்தத்திலும் ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த வெப்பநிலையிலும் உள்ளது. பம்ப், அழுத்தத்தை கொதிகலனின் இயக்க அழுத்தத்திற்கு அதிகரிக்கிறது. இந்த நிலையில், வெப்பநிலை சிறிதளவு உயர்கிறது, ஆனால் முக்கிய மாற்றம் அழுத்த அதிகரிப்பு ஆகும். பம்பிற்குத் தேவைப்படும் ஆற்றல், மின்னாக்கியின் உள் சக்தியிலிருந்து வருகிறது, ஆனால் விசையாழியால் உற்பத்தி செய்யப்படும் ஆற்றலுடன் ஒப்பிடும்போது அதன் பங்களிப்பு ஒப்பீட்டளவில் சிறியது.

2) கொதிகலனில் வெப்பம் சேர்க்கும் செயல்முறை (2 → 3)
உயர் அழுத்த நீர் கொதிகலனுக்குள் நுழைந்து சூடாக்கப்படுகிறது. முதலில், நீர் அதன் கொதிநிலைக்குச் சூடாக்கப்படுகிறது (உணரக்கூடிய வெப்பமாக்கல்), பின்னர் அது தெவிட்டிய நீராவியாக நிலைமாற்றம் அடைகிறது (மறை வெப்பமாக்கல்), மேலும் பல நிலக்கரி எரி மின் உற்பத்தி நிலைய வடிவமைப்புகளில், அந்த நீராவி மேலும் சூடாக்கப்பட்டு மீவெப்ப நீராவியாக மாற்றப்படுகிறது. மீவெப்பமாக்கல் முக்கியமானது, ஏனெனில் விசையாழிக்குள் நுழையும் உலர்ந்த நீராவி, நீர்த்துளிகளால் விசையாழி இறக்கைகள் அரிக்கப்படும் அபாயத்தைக் குறைக்கிறது.

இங்குதான் எரிபொருளின் வேதியியல் ஆற்றல், செயல்படும் பாய்மத்தில் வெப்ப ஆற்றலாக மாற்றப்படுகிறது. எரிப்புத் திறன், வெப்பப் பரிமாற்றம் மற்றும் கொதிகலன் வடிவமைப்பு ஆகியவை ஆலையின் செயல்திறனில் குறிப்பிடத்தக்க தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகின்றன.

3) விசையாழியில் விரிவாக்க செயல்முறை (3 → 4)
உயர் அழுத்த நீராவி விசையாழிக்குள் பாய்ந்து விரிவடைகிறது. இதனால் அதன் அழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலை குறைந்து, தண்டின் மீது இயந்திர வேலை உருவாகிறது. இந்த வேலை பின்னர் மின்னாக்கியை இயக்குகிறது. உகந்த சூழ்நிலைகளில், இந்த விரிவடைதல் ஐசென்ட்ரோபிக் (மாறாத என்ட்ரோபி) எனக் கருதப்படுகிறது. ஆனால், நிஜ உலகச் சூழ்நிலைகளில், மீளாத்தன்மை விசையாழியின் வேலையைக் குறைக்கிறது.

டர்பைன் முனையில் நீராவியின் தரம் ஒரு மிக முக்கியமான விஷயமாகும். நீராவி அதிக ஈரப்பதத்துடன் இருந்தால், நீர்த்துளிகள் டர்பைன் பிளேடுகளைத் தாக்கி அரிப்பை ஏற்படுத்தக்கூடும். எனவே, மின் உற்பத்தி நிலையங்கள் பொதுவாக டர்பைன் வெளியேறும் இடத்தில் குறைந்த ஈரப்பதம் கொண்ட நீராவி அளவைப் பராமரிக்க முயல்கின்றன.

4) மின்தேக்கியில் நடைபெறும் ஒடுக்கச் செயல்முறை (4 → 1)
டர்பைனின் வெளியேற்ற நீராவி, குளிர்விப்பானுக்குள் நுழைந்து குளிரூட்டும் ஊடகத்திற்கு வெப்பத்தை வெளியிடுகிறது, அதை நீராகச் சுருக்குகிறது. இந்த செயல்முறை குறைந்த அழுத்தத்தில் நடைபெறுகிறது. ஆற்றல் ரீதியாகப் பார்த்தால், குளிர்விப்பானில் வெளியேற்றப்படும் வெப்பம் ஒரு வெப்ப 'இழப்பாக'க் கருதப்படுகிறது. இதை வேலையாக மாற்ற முடியாது, ஆனாலும் சுழற்சி மீண்டும் மீண்டும் நடைபெறுவதற்கும், டர்பைனின் செயல்திறனை அதிகரிக்கும் குறைந்த வெளியேற்ற அழுத்தத்தைப் பராமரிப்பதற்கும் இது அவசியமாகிறது.

பின்னர், ஆவியான நீர் மீண்டும் பம்பிற்குச் சென்று, இந்தச் சுழற்சியை மீண்டும் தொடர்கிறது.

நீராவி மின் நிலையங்களுக்கு ரேங்கைன் சுழற்சி பயனுள்ளதாக இருப்பதற்கான காரணங்கள்

ராங்கைன் சுழற்சி மிகவும் பயனுள்ளதாக இருப்பதற்குக் காரணம்:
– மலிவான, பாதுகாப்பான மற்றும் நல்ல வெப்பப் பண்புகளைக் கொண்ட நீரைச் செயல்படும் திரவமாகப் பயன்படுத்துதல்.
– அதிக அளவிலான வெப்பத்தை உறிஞ்சுவதற்கு உதவும் திரவ-ஆவி நிலை மாற்றத்தைப் பயன்படுத்துகிறது.
டர்பைனுக்குள் நுழையும் நீராவியின் வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தை அதிகரிப்பதன் மூலமும், மின்தேக்கி அழுத்தத்தைக் குறைப்பதன் மூலமும் இதனை உகந்ததாக்கலாம்.
– மறுசூடாக்குதல் மற்றும் மீளுருவாக்க வெப்பமூட்டல் போன்ற செயல்திறனை மேம்படுத்தும் தொழில்நுட்பங்களைச் செயல்படுத்துவதற்கு ஆதரவளிக்கிறது.

செயல்திறன் மேம்பாடு: மாற்றியமைக்கப்பட்ட ராங்கைன் சுழற்சி

நடைமுறையில், நிலக்கரி மூலம் இயங்கும் மின் உற்பத்தி நிலையங்கள் எளிய ராங்கைன் சுழற்சியை அரிதாகவே பயன்படுத்துகின்றன. செயல்திறனை மேம்படுத்தவும், உபகரணங்களின் நம்பகத்தன்மையைப் பராமரிக்கவும் பல மாற்றங்கள் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன:

1) சூப்பர்ஹீட்டர் மற்றும் அல்ட்ரா-சூப்பர்கிரிட்டிகல்
டர்பைனுக்கு முன் நீராவியின் வெப்பநிலையை உயர்த்துவது (சூப்பர்ஹீட்டிங்), டர்பைனில் பிரித்தெடுக்கக்கூடிய ஆற்றல் வேறுபாட்டை அதிகரிப்பதன் மூலம் வெப்பத் திறனை மேம்படுத்துகிறது. சில நவீன நிலக்கரி மின் உற்பத்தி நிலையங்கள், கொதிகலனில் தெளிவான திரவ-ஆவி நிலை எல்லை இல்லாத அளவுக்கு மிக அதிக அழுத்தங்கள் மற்றும் வெப்பநிலைகளில் இயங்குவதால், சூப்பர்கிரிட்டிகல் அல்லது அல்ட்ரா-சூப்பர்கிரிட்டிகல் நிலைகளில் செயல்படுகின்றன. இந்தத் தொழில்நுட்பம் திறனை அதிகரிக்க முடியும், ஆனால் இதற்கு அதிக வெப்பநிலை/அழுத்தங்களைத் தாங்கக்கூடிய பொருட்கள் தேவைப்படுகின்றன.

2) மீண்டும் சூடாக்கவும்
மறுசூடாக்கும் சுழற்சியில், உயர் அழுத்த டர்பைனில் உள்ள பகுதியளவு விரிவடைந்த நீராவி, மீண்டும் சூடாக்கப்படுவதற்காக கொதிகலனுக்குத் திருப்பி அனுப்பப்பட்டு, பின்னர் நடுத்தர/குறைந்த அழுத்த டர்பைனுக்குள் செலுத்தப்படுகிறது. இதன் நோக்கம்:
– மொத்த டர்பைன் வேலையை அதிகரிக்கவும்,
டர்பைனின் இறுதிக் கட்டங்களில் நீராவி ஈரப்பதத்தைக் குறைக்கவும்.
– சுழற்சி செயல்திறனை மேம்படுத்துகிறது.

3) மீளுருவாக்க ஊட்டநீர் வெப்பமாக்கல்
ஊட்டநீர் வெப்பமூட்டி வழியாக கொதிகலனுக்குள் நுழைவதற்கு முன்பு, ஊட்டநீரைச் சூடாக்குவதற்காக, டர்பைனின் சில நிலைகளிலிருந்து சிறிதளவு நீராவி (வெளியேற்ற நீராவி) எடுக்கப்படுகிறது. ஊட்டநீரின் வெப்பநிலையை உயர்த்துவதன் மூலம், கொதிகலனின் வெப்பத் தேவைகள் குறைக்கப்பட்டு, செயல்திறன் அதிகரிக்கப்படுகிறது. இந்த அமைப்பில் ஒரு திறந்த வெப்பமூட்டி (காற்று நீக்கி) அல்லது ஒரு மூடிய வெப்பமூட்டி (மூடிய வெப்பமூட்டி) பயன்படுத்தப்படலாம்.

4) மின்தேக்கி மற்றும் குளிரூட்டும் அமைப்பு பழுதுபார்த்தல்
மின்தேக்கியின் அழுத்தத்தைக் குறைப்பது (வெற்றிடத்தை அதிகரிப்பது) விசையாழியில் உள்ள வெப்ப ஆற்றல் வீழ்ச்சியை அதிகரித்து, மின் வெளியீட்டையும் அதிகரிக்கும். இருப்பினும், இது வெப்பத்தை வெளியேற்றும் குளிரூட்டும் அமைப்பின் திறனைச் சார்ந்துள்ளது. எனவே, மின்தேக்கியின் தரம், குழாய்களின் தூய்மை மற்றும் குளிரூட்டும் நீரின் வெப்பநிலை ஆகியவை செயல்திறனுக்கு மிகவும் முக்கியமானவை.

ரேங்கைன் சுழற்சி செயலாக்கத்தில் உள்ள செயல்பாட்டு சவால்கள்

நன்மைகளைத் தவிர, PLTU-வில் ராங்கைன் சுழற்சியைப் பயன்படுத்துவதில் சில சவால்களும் உள்ளன:
– உராய்வுப் பாய்வு, கசிவு மற்றும் சீரற்ற வெப்பப் பரிமாற்றம் ஆகியவற்றால் ஏற்படும் ஆற்றல் இழப்புகள்.
– நீரின் தரம் மற்றும் அரிப்பு: கொதிகலன்கள் மற்றும் விசையாழிகளில் படிவு மற்றும் அரிப்பைத் தடுக்க, உள்ளீட்டு நீர் கண்டிப்பாக சுத்திகரிக்கப்பட வேண்டும்.
– வெளியேற்றங்களும் சுற்றுச்சூழலும்: நிலக்கரி மூலம் இயங்கும் மின் உற்பத்தி நிலையங்களில், எரிதல் செயல்முறையின்போது CO₂, SOx, NOx மற்றும் துகள்கள் உருவாகின்றன, எனவே வெளியேற்றக் கட்டுப்பாட்டு உபகரணங்கள் தேவைப்படுகின்றன.
– மூலப்பொருள் வரம்புகள்: அதிகரித்த வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்திற்கு, விலை உயர்ந்ததும் பராமரிப்பதற்குச் சிக்கலானதுமான சிறப்புப் பொருட்கள் தேவைப்படுகின்றன.

முடிவுரை

ராங்கைன் சுழற்சியானது நிலக்கரி மூலம் இயங்கும் மின் உற்பத்தி நிலையங்களின் (PLTU) செயல்பாடுகளுக்கு மையமாக விளங்குகிறது. ஏனெனில், இது நீரேற்றுதல், வெப்பமூட்டுதல், விரிவடைதல் மற்றும் ஆவி சுருங்குதல் ஆகிய நான்கு முக்கிய செயல்முறைகள் மூலம் வெப்ப ஆற்றலை இயந்திர மற்றும் மின் ஆற்றலாக மீண்டும் மீண்டும் மாற்ற அனுமதிக்கிறது. நடைமுறைச் செயல்பாட்டில், செயல்திறனை அதிகரிக்கவும் டர்பைனின் நம்பகத்தன்மையைப் பராமரிக்கவும், இந்தச் சுழற்சியானது சூப்பர்ஹீட்டர்கள், ரீஹீட்டர்கள், மீளுருவாக்க வெப்பமூட்டல் மற்றும் ஆவிசுருக்கி உகப்பாக்கம் போன்ற தொழில்நுட்பங்களுடன் மாற்றியமைக்கப்படுகிறது. ஆற்றல் இழப்புகள், நீரின் தரம் மற்றும் சுற்றுச்சூழல் பாதிப்புகள் தொடர்பான சவால்கள் இருந்தபோதிலும், அதன் நெகிழ்வுத்தன்மை, தொழில்நுட்ப முதிர்ச்சி மற்றும் தேவைக்கேற்ப செயல்திறனை அதிகரிக்கும் திறன் ஆகியவற்றின் காரணமாக, நீராவி மின் உற்பத்தி நிலையங்களுக்கு ராங்கைன் சுழற்சியே முதன்மைத் தேர்வாக விளங்குகிறது.

நீங்கள் விரும்பினால், இந்தச் சுழற்சியை மேலும் காட்சிப்பூர்வமாகவும் தொழில்நுட்ப ரீதியாகவும் ஆக்குவதற்காக, ஒரு செயல்முறைப் பாய்வு வரைபடத்தையோ அல்லது T–s (வெப்பநிலை–என்ட்ரோபி) வளைவை அடிப்படையாகக் கொண்ட விளக்கத்தையோ என்னால் சேர்க்க முடியும்.