Истифодаи давраи Ранкин дар нерӯгоҳҳои барқии буғӣ
Нерӯгоҳҳои барқии буғӣ (НББ) яке аз технологияҳои истеҳсоли нерӯи барқ дар ҷаҳон ба ҳисоб мераванд. Принсипи кори онҳо аз энергияи гармӣ барои табдил додани об ба буғи фишори баланд ва ҳарорати баланд истифода мебарад ва сипас энергияи буғро ба энергияи механикӣ тавассути турбина табдил медиҳад, ки сипас аз ҷониби генератор ба энергияи барқӣ табдил дода мешавад. Асоси раванди табдили энергия дар НББ Сикли Ранкин мебошад, ки давраи термодинамикӣ мебошад, ки махсус барои системаҳои барқии буғӣ тарҳрезӣ шудааст. Дар ин мақола татбиқи Сикли Ранкин дар НББ, ҷузъҳои асосии он, пайдарпайии равандҳо ва беҳбудиҳои маъмулии самаранокӣ дар амалия баррасӣ мешавад.
Консепсияи асосии давраи Ранкин
Давраи Ранкин як давраи термодинамикии идеалӣ аст, ки тағйироти энергияро дар моеъи корӣ (одатан об/буғ) дар системаи пӯшида тавсиф мекунад. Ин давра асоси тарҳрезии нерӯгоҳи ангиштӣ мебошад, зеро он барои истеҳсоли нерӯи барқ бо истифода аз фазаҳои моеъ ва буғ мувофиқ аст. Дар шакли идеалии худ, давраи Ранкин аз чор раванди асосӣ иборат аст: кашидани оби ғизоӣ, гарм кардани он дар дегхона барои буғ, васеъ кардани буғ дар турбина барои тавлиди кор ва конденсатсияи буғ ба об дар конденсатор.
Гарчанде ки дар асл талафоти энергия (сӯрохшавӣ, паст шудани фишор, интиқоли номукаммали гармӣ) вуҷуд дорад, модели Ранкин Сикли таҳлили самаранокӣ ва муайян кардани нуқтаҳои самараноки корӣ мебошад.
Қисмҳои асосии нерӯгоҳи барқи буғӣ дар давраи Ранкин
Татбиқи давраи Ранкин дар нерӯгоҳи барқии ангиштӣ якчанд ҷузъҳои калидиро дар бар мегирад:
1. Насос (Насоси оби ғизоӣ)
Вазифаи он баланд бардоштани фишори оби конденсат аз фишори паст (баромади конденсатор) ба фишори баланд аст, то он ба дегхона ворид шавад. Азбаски насос кардани моеъ дар муқоиса бо фишурдани газ кори нисбатан камро талаб мекунад, кори насос дар давраи Ранкин одатан нисбат ба кори турбина камтар аст.
2. Дегхона (генератори буғӣ)
Дегхонаҳо ба оби фишори баланд гармӣ медиҳанд, то он даме ки он ба буғ табдил ёбад. Гармӣ бо сӯзондани сӯзишворӣ (ангишт, биомасса, нафт ё газ) ё аз манбаъҳои дигар, ба монанди гармии реактори ҳастаӣ дар нерӯгоҳи барқи атомӣ, ба вуҷуд меояд. Дар нерӯгоҳҳои анъанавии ангиштӣ, дегхонаҳо аз якчанд минтақа иборатанд: экономайзер (пешгармкунӣ), бухоркунанда (бухоркунӣ) ва супергармкунанда (супергармкунӣ).
3. Турбинаи буғӣ
Турбинаҳо энергияи гармӣ ва фишори буғро тавассути васеъшавӣ ба кори механикӣ табдил медиҳанд. Меҳвари турбина барои истеҳсоли нерӯи барқ ба генератор пайваст карда шудааст. Турбинаҳо одатан аз марҳилаҳои сершумор иборатанд, то самаранокии васеъшавиро афзоиш диҳанд.
4. Конденсатор
Конденсатор буғи ихроҷи турбинаро хунук карда, онро ба об табдил медиҳад. Бо эҷоди фишори пасти ихроҷ (вакууми нисбӣ), конденсатор ба беҳтар шудани кори турбина ва самаранокии умумӣ мусоидат мекунад. Хунуккунӣ одатан бо истифода аз оби баҳр, оби дарё ё системаи бурҷи хунуккунӣ ба даст оварда мешавад.
Раванди пайдарпайи давраи Ранкин дар нерӯгоҳи буғӣ
Татбиқи давраи Ранкинро тавассути чор марҳилаи зерини раванд шарҳ додан мумкин аст:
1) Раванди насоскунӣ (1 → 2)
Конденсат аз конденсатор дар фишори паст ва ҳарорати нисбатан паст қарор дорад. Насос фишорро ба фишори кории дегхона зиёд мекунад. Дар ин марҳила, ҳарорат каме баланд мешавад, аммо тағйироти асосӣ афзоиши фишор аст. Энергияи зарурии насос аз қувваи дохилии генератор сарчашма мегирад, аммо саҳми он дар муқоиса бо энергияи тавлидшуда аз ҷониби турбина нисбатан кам аст.
2) Раванди илова кардани гармӣ дар дегхона (2 → 3)
Оби фишори баланд ба дегхона ворид шуда, гарм карда мешавад. Аввалан, об то нуқтаи ҷӯшиш гарм карда мешавад (гармкунии оқилона), сипас фаза ба буғи сершуда (гармкунии пинҳонӣ) иваз мешавад ва дар бисёр тарҳҳои нерӯгоҳҳои барқӣ, буғ минбаъд ба буғи аз ҳад зиёд гармшуда гарм карда мешавад. Гармии аз ҳад зиёд муҳим аст, зеро буғи хушктаре, ки ба турбина ворид мешавад, хатари эрозияи тири турбина аз қатраҳои обро кам мекунад.
Дар ин ҷо энергияи кимиёвии сӯзишворӣ ба энергияи гармӣ дар моеъи корӣ табдил меёбад. Самаранокии сӯзишворӣ, интиқоли гармӣ ва тарҳи дегхона ба кори нерӯгоҳ таъсири назаррас мерасонад.
3) Раванди васеъшавӣ дар турбина (3 → 4)
Буғи фишори баланд ба турбина ҷорӣ шуда, васеъ мешавад ва фишор ва ҳарорати онро коҳиш медиҳад ва дар айни замон кори механикиро дар меҳвар ба вуҷуд меорад. Сипас, ин кор генераторро ба ҳаракат медарорад. Дар шароити беҳтарин, васеъшавӣ изентропӣ (энтропияи доимӣ) ҳисобида мешавад, аммо дар шароити воқеӣ, бебозгаштӣ кори турбинаро коҳиш медиҳад.
Сифати буғ дар нӯги турбина як масъалаи муҳим аст. Агар буғ аз ҳад зиёд намнок бошад, қатраҳои об метавонанд ба парҳои турбина бархӯранд ва боиси зангзанӣ/эрозия шаванд. Аз ин рӯ, нерӯгоҳҳои барқӣ одатан кӯшиш мекунанд, ки сатҳи буғи намноки пастро дар баромадгоҳи турбина нигоҳ доранд.
4) Раванди конденсатсия дар конденсатор (4 → 1)
Буғи ихроҷи турбина ба конденсатор ворид мешавад ва гармиро ба муҳити хунуккунӣ медиҳад ва онро ба об табдил медиҳад. Ин раванд дар фишори паст рух медиҳад. Аз ҷиҳати энергия, гармии радшуда дар конденсатор "талафоти" гармиро ифода мекунад, ки онро ба кор табдил додан мумкин нест, аммо барои такрори давр ва нигоҳ доштани фишори пасти ихроҷ зарур аст, ки кори турбинаро зиёд мекунад.
Сипас оби конденсатсияшуда барои такрор кардани давра ба насос бармегардад.
Сабабҳои муассирии давраи Ранкин барои нерӯгоҳҳои барқии буғӣ
Давраи Ранкин хеле самаранок аст, зеро:
– Истифодаи об ҳамчун моеъи корӣ, ки арзон, бехатар ва дорои хосиятҳои хуби гармидиҳӣ мебошад.
– Тағйирёбии фазаи моеъ-буғро истифода мебарад, ки имкон медиҳад миқдори зиёди гармӣ ҷаббида шавад.
– Бо зиёд кардани ҳарорат ва фишори буғи воридшаванда ба турбина ва кам кардани фишори конденсатор оптимизатсия кардан мумкин аст.
– Ҷорӣ намудани технологияҳои баланд бардоштани самаранокӣ, ба монанди гармкунии дубора ва гармкунии барқароркунандаро дастгирӣ мекунад.
Беҳтар кардани самаранокӣ: Давраи тағйирёфтаи Ранкин
Дар амал, нерӯгоҳҳои барқии бо ангишт коркунанда хеле кам аз давраи оддии Ранкин истифода мебаранд. Якчанд тағйирот одатан барои баланд бардоштани самаранокӣ ва нигоҳ доштани эътимоднокии таҷҳизот истифода мешаванд:
1) Супергармкунак ва Ултра-суперкритикӣ
Баланд бардоштани ҳарорати буғ пеш аз турбина (аз ҳад зиёд гармшавӣ) самаранокии гармиро тавассути афзоиши фарқияти энергияе, ки дар турбина истихроҷ карда мешавад, зиёд мекунад. Баъзе нерӯгоҳҳои муосири ангиштӣ дар шароити фавқулодда ё ултра фавқулодда кор мекунанд ва дар чунин фишор ва ҳароратҳои баланд кор мекунанд, ки дар дегхона марзи равшани фазаи моеъ-буғ вуҷуд надорад. Ин технология метавонад самаранокиро афзоиш диҳад, аммо маводҳоеро талаб мекунад, ки метавонанд ба ҳарорат/фишори баланд тоб оваранд.
2) Дубора гарм кардан
Дар давраи гармкунии такрорӣ, буғи қисман васеъшуда дар турбинаи фишори баланд барои гармкунии такрорӣ ба дегхона баргардонида мешавад ва сипас ба турбинаи фишори миёна/паст ворид карда мешавад. Ҳадаф ин аст:
– зиёд кардани кори умумии турбина,
– кам кардани намӣ дар буғ дар марҳилаҳои ниҳоии турбина,
- баланд бардоштани самаранокии давра.
3) Гармидиҳии оби ғизодиҳии регенеративӣ
Як қисми буғ аз марҳилаҳои муайяни турбинаҳо (буғи хунраванда) барои гарм кардани оби ғизоӣ пеш аз ворид шудан ба дегхона тавассути гармкунаки оби ғизоӣ гирифта мешавад. Бо баланд бардоштани ҳарорати оби ғизоӣ, талаботи гармии дегхона кам мешавад ва самаранокӣ меафзояд. Ин система метавонад аз гармкунаки кушода (деаэратор) ё гармкунаки пӯшида (гармкунаки пӯшида) истифода барад.
4) Таъмири системаи конденсатор ва хунуккунӣ
Паст кардани фишори конденсатор (зиёд кардани вакуум) коҳиши энтальпияро дар турбина зиёд мекунад ва қувваи барқро зиёд мекунад. Аммо, ин аз қобилияти системаи хунуккунӣ барои пароканда кардани гармӣ вобаста аст. Аз ин рӯ, сифати конденсатор, тозагии найча ва ҳарорати оби хунуккунӣ барои самаранокӣ муҳиманд.
Мушкилоти амалиётӣ дар татбиқи давраи Ранкин
Илова бар бартариҳо, истифодаи давраи Ранкин дар PLTU бо мушкилот рӯбарӯ аст:
– Талафоти энергия аз сабаби ҷараёни соиш, ихроҷ ва интиқоли ғайримуқаррарии гармӣ.
– Сифати об ва зангзанӣ: оби ғизоӣ бояд ба таври қатъӣ коркард шавад, то аз пайдоиши пӯсидагӣ ва зангзанӣ дар дегҳо ва турбинаҳо пешгирӣ карда шавад.
– Партовҳо ва муҳити зист: дар нерӯгоҳҳои барқии ангиштӣ, сӯзиш CO₂, SOx, NOx ва зарраҳоро ба вуҷуд меорад, аз ин рӯ таҷҳизоти назорати партовҳо заруранд.
– Маҳдудиятҳои мавод: баланд шудани ҳарорат ва фишор ба масолеҳи махсусе ниёз дорад, ки нигоҳдории онҳо гарон ва мураккаб аст.
Хулоса
Давраи Ранкин дар маркази фаъолияти нерӯгоҳҳои барқии ангиштӣ (PLTU) қарор дорад, зеро он имкон медиҳад, ки энергияи гармӣ тавассути чор раванди асосӣ ба энергияи механикӣ ва барқӣ табдил дода шавад: насоскунӣ, гармкунӣ, васеъкунӣ ва конденсатсия. Дар татбиқи воқеӣ, ин давра бо технологияҳо ба монанди супергармкунакҳо, гармкунакҳои дубора, гармкунии барқароркунанда ва беҳсозии конденсатор барои баланд бардоштани самаранокӣ ва нигоҳ доштани эътимоднокии турбина тағйир дода мешавад. Сарфи назар аз мушкилоти марбут ба талафоти энергия, сифати об ва таъсири экологӣ, татбиқи давраи Ранкин интихоби асосӣ барои нерӯгоҳҳои барқии буғӣ бо сабаби чандирӣ, пухтагии технологӣ ва қобилияти баланд бардоштани самаранокӣ дар ҳолати зарурӣ боқӣ мемонад.
Агар шумо хоҳед, ман инчунин метавонам диаграммаи ҷараёни раванд ё шарҳи каҷи T-s (ҳарорат-энтропия)-ро илова кунам, то давраро визуалӣ ва техникӣтар гардонам.
