אַפּליקאַציע פון ראַנקין ציקל אין דאַמף מאַכט פאַבריקן
פארע-קראפטווערק (PLTU) זענען איינע פון די מערסט גענוצטע עלעקטריע-גענעראציע טעכנאלאגיעס אין דער וועלט. זייער ארבעטס-פרינציף ניצט טערמישע ענערגיע צו פארוואנדלען וואסער אין הויך-דרוק און הויך-טעמפּעראַטור פארע, און דערנאך פארוואנדלט די פארע-ענערגיע אין מעכאנישע ענערגיע דורך א טורבינע, וואס ווערט דערנאך פארוואנדלט אין עלעקטרישע ענערגיע דורך א גענעראטאר. דער קערן פון דעם ענערגיע-פארוואנדלונג פראצעס אין א PLTU איז דער ראנקין ציקל, א טערמאדינאמישער ציקל ספעציעל דיזיינט פאר פארע-קראפט סיסטעמען. דער ארטיקל דיסקוטירט די אנווענדונג פון דעם ראנקין ציקל אין א PLTU, זיינע הויפט קאמפאנענטן, די פראצעס סיקווענס, און געוויינלעכע עפעקטיווקייט פארבעסערונגען אין פראקטיק.
גרונט־קאָנצעפּט פֿון ראַנקין ציקל
דער ראַנקין ציקל איז אַן אידעאַליזירטער טערמאָדינאַמישער ציקל וואָס באַשרײַבט די ענערגיע ענדערונגען אין אַן אַרבעטס פליסיקייט (געוויינטלעך וואַסער/דאַמף) אין אַ פֿאַרמאַכטן סיסטעם. דער ציקל איז די יסוד פֿון קוילן-געפֿײַערטער קראַפֿטווערק פּלאַן ווײַל ער איז פּאַסיק פֿאַר קראַפֿט דזשענעריישאַן ניצנדיק ביידע פליסיקייט און דאַמף פֿאַזעס. אין זײַן אידעאַלער פֿאָרעם, באַשטייט דער ראַנקין ציקל פֿון פֿיר הויפּט פּראָצעסן: פּאָמפּן פֿיטערוואַסער , הײצן עס אין אַ בוילער צו דאַמף, אויסברייטערן דעם דאַמף אין אַ טורבינע צו פּראָדוצירן אַרבעט, און קאָנדענסירן דעם דאַמף צוריק אין וואַסער אין אַ קאָנדענסער.
כאָטש אין פאַקט איז דאָ ענערגיע פארלוסט (רייַבונג, דרוק קאַפּ, אומפּערפעקט היץ אַריבערפירן), איז דער ראַנקין ציקל מאָדעל אַ רעפֿערענץ פֿאַר אַנאַליזירן פאָרשטעלונג און באַשטימען עפעקטיוו אַפּערייטינג פונקטן.
הויפּט קאָמפּאָנענטן פון אַ דאַמף-קראַפטווערק אין דעם ראַנקין ציקל
די אנווענדונג פון דעם ראַנקין ציקל אין אַ קוילן-געפייערטער קראַפטווערק נעמט אַרײַן עטלעכע שליסל קאָמפּאָנענטן:
1. פּאָמפּע (פֿיטערוואַסער פּאָמפּע)
איר פונקציע איז צו פארגרעסערן דעם דרוק פון דעם קאנדענסאט וואסער פון נידעריגן דרוק (קאנדענסער ארויסגאנג) צו הויכן דרוק כדי עס זאל קענען אריינגיין אין דעם בוילער. ווייל פאמפן א פליסיקייט פארלאנגט רעלאטיוו ווייניג ארבעט קאמפערד צו קאמפרעסירן א גאז, איז די פאמפ ארבעט אין דעם ראנקין ציקל בכלל ווייניגער ווי די טורבין ארבעט.
2. בוילער (דאַמף דזשענעראַטאָר)
בוילער גילט נאָך היץ אין הויך דרוק וואַסער ביז עס ווערט פארע. די היץ-קוואל קומט פון פארברענונג פון מאַטעריאַלן ברענשטאָף (קוילן, ביאָמאַסע, אויל, אדער גאַז) אדער פון אַנדערע קוועלער ווי נוקלעאַרע רעאַקטאָר היץ אין נוקלעאַרע קראַפטווערק. אין קאַנווענשאַנעלע קוילן-געפייערטע קראַפטווערק, באַשטייט דער בוילער פון עטלעכע זאָנעס: דער עקאָנאָמיזער (פאָרהייצן), דער פארדאַמפּפער (פאַרדאַמפּונג), און דער סופּערהייצער (איבערהייצן).
3. דאַמף טורבין
טורבינעס פארוואנדלען טערמישע ענערגיע און פארע דרוק אין מעכאנישע ארבעט דורך אויסברייטונג. די טורבין שאפט איז פארבונדן צו א גענעראטאר צו פראדוצירן עלעקטריע. טורבינעס באשטייען טיפיש פון קייפל שטאפלען צו פארגרעסערן אויסברייטונג עפעקטיווקייט.
4. קאָנדענסער
דער קאָנדענסער קילט אָפּ די טורבינע'ס אויסגאַנג דאַמף, און קאָנווערטירט עס צוריק אין וואַסער. דורך שאַפֿן אַ נידעריקן אויסגאַנג דרוק (רעלאַטיוון וואַקוום), העלפֿט דער קאָנדענסער פֿאַרבעסערן די טורבינע פאָרשטעלונג און אַלגעמיינע עפֿעקטיווקייט. קילן ווערט טיפּיש דערגרייכט מיט ים וואַסער, טייך וואַסער, אָדער אַ קיל טורעם סיסטעם.
ראַנקין ציקל פּראָצעס סיקוואַנס אין אַ דאַמף מאַכט פאַבריק
די אנווענדונג פון דעם ראַנקין ציקל קען מען דערקלערן דורך די פאלגענדע פיר פּראָצעס סטאַגעס:
1) פּאָמפּע פּראָצעס (1 → 2)
דער קאָנדענסאַט פֿון דעם קאָנדענסער איז ביי נידעריקן דרוק און רעלאַטיוו נידעריקע טעמפּעראַטור. די פּאָמפּע פֿאַרגרעסערט דעם דרוק צום בוילער'ס אָפּערירן דרוק. אין דעם בינע, שטייגט די טעמפּעראַטור אַ ביסל, אָבער די הויפּט ענדערונג איז די פֿאַרגרעסערונג אין דרוק. די ענערגיע וואָס די פּאָמפּע דאַרף קומט פֿון דער גענעראַטאָר'ס אינערלעכער קראַפֿט, אָבער איר ביישטייער איז רעלאַטיוו קליין קאַמפּערד צו דער ענערגיע וואָס די טורבינע פּראָדוצירט.
2) היץ צוגעבן פּראָצעס אין בוילער (2 → 3)
הויך-דרוק וואסער גייט אריין אין דעם בוילער און ווערט געהייצט. ערשטנס ווערט דאס וואסער געהייצט ביזן קאכן פונקט (פארשטענדלעכע הייצונג), דערנאך טוישט עס די פאזע צו זעטיגטן פארע (לאטענטע הייצונג), און אין פילע קוילן-געפייערטע קראפטווערק פלענער ווערט דער פארע ווייטער געהייצט צו איבערגעהייצטן פארע. איבערהייצן איז וויכטיג ווייל דער טרוקענער פארע וואס גייט אריין אין דער טורבין פארקלענערט דעם ריזיקע פון טורבין בלייד עראזיע פון וואסער טראפנס.
דאָ ווערט די כעמישע ענערגיע פון דעם ברענשטאָף פארוואנדלט אין טערמישע ענערגיע אין דער ארבעטס-פליסיק. פארברענונג עפעקטיווקייט, היץ-איבערפיר, און בוילער-דיזיין האבן א באדייטנדיקן איינפלוס אויף דער פאַבריק'ס פאָרשטעלונג.
3) עקספּאַנסיע פּראָצעס אין טורבין (3 → 4)
הויך-דרוק פארע פליסט אריין אין דער טורבין און עקספּאַנדירט, רעדוצירנדיק איר דרוק און טעמפּעראַטור בשעת'ן פּראָדוצירן מעכאַנישע אַרבעט אויף דער שאַפט. די אַרבעט טרייבט דאַן דעם גענעראַטאָר. אונטער אידעאַלע באַדינגונגען ווערט די עקספּאַנשאַן באַטראַכט ווי איזענטראָפּיש (קאָנסטאַנטע ענטראָפּיע), אָבער אין פאַקטישע באַדינגונגען רעדוצירט די אומרעווערסיבילאַטי די טורבין'ס אַרבעט.
פארע קוואַליטעט ביים טורבין שפּיץ איז אַ קריטישע זאָרג. אויב דער פארע איז צו פייַכט, קענען וואַסער טראָפּנס שלאָגן די טורבין בליידז און פאַראורזאַכן קעראָוזשאַן / עראָוזיע. דעריבער, שטרעבן קראַפטווערק טיפּיש צו האַלטן אַ נידעריק-פייַכט פארע מדרגה ביים טורבין אַרויסגאַנג.
4) קאנדענסאציע פראצעס אין קאנדענסאטאר (4 → 1)
דער טורבין'ס אויסגאס פארע גייט אריין אין קאנדענסאר און לאזט ארויס היץ צום קיל-מיטל, קאנדענסירנדיג עס אין וואסער. דער פראצעס פאסירט ביי נידריגן דרוק. ענערגיע-ווייז, רעפרעזענטירט די היץ וואס ווערט אפגעווארפן אין קאנדענסאר א טערמישן "פארלוסט" וואס קען נישט ווערן פארוואנדלט אין ארבעט, אבער איז נאך אלץ נויטיג כדי דער ציקל זאל זיך איבערחזרן און צו האלטן נידריגן אויסגאס דרוק, וואס פארגרעסערט די טורבין'ס פערפארמאנס.
דאס קאנדענסירטע וואסער גייט דאן צוריק צו דער פאמפ צו איבערחזרן דעם ציקל.
סיבות פארוואס דער ראַנקין ציקל איז עפעקטיוו פֿאַר דאַמף-קראַפט פאַבריקן
דער ראַנקין ציקל איז זייער עפעקטיוו ווייל:
– ניצן וואַסער ווי אַן אַרבעטס פליסיקייט וואָס איז ביליק, זיכער און האט גוטע טערמישע אייגנשאַפטן.
– ניצט די פליסיק-פארע פאזע ענדערונג וואס ערמעגליכט די אבסארפציע פון גרויסע מאסן היץ.
– קען אָפּטימיזירט ווערן דורך פאַרגרעסערן די טעמפּעראַטור און דרוק פון די פארע וואָס קומט אריין אין די טורבין, און רעדוצירן די קאָנדענסער דרוק.
– שטיצט די אימפּלעמענטאַציע פון עפעקטיווקייט-פאַרבעסערנדיקע טעקנאַלאַדזשיז, אַזאַ ווי ווידערהייצן און רעגענעראַטיוו הייצונג.
עפעקטיווקייט פֿאַרבעסערונג: מאָדיפֿיצירט ראַנקין ציקל
אין פּראַקטיק, קוילן-געפֿײַערטע קראַפֿטווערק נוצן זעלטן דעם פּשוטן ראַנקין ציקל. עטלעכע מאָדיפֿיקאַציעס ווערן געוויינטלעך גענוצט צו פֿאַרבעסערן עפֿעקטיווקייט און אויפֿהאַלטן די פֿאַרלעסלעכקייט פֿון עקוויפּמענט:
1) סופּערהייצער און אולטראַ-סופּערקריטיש
העכערן די טעמפּעראַטור פון די פארע איידער די טורבינע (איבערהיץ) וואַקסט טערמישע עפעקטיווקייט ווייל עס פארגרעסערט דעם ענערגיע אונטערשייד וואס קען ארויסגענומען ווערן אין דער טורבינע. עטלעכע מאדערנע קוילן-געפייערטע קראפטווערק ניצן סופערקריטישע אדער אולטרא-סופערקריטישע באדינגונגען, אפערירנדיק ביי אזעלכע הויכע דרוקן און טעמפעראטורן אז עס איז נישטא קיין קלארע פליסיק-פארע פאזע גרענעץ אין דעם בוילער. די טעכנאלאגיע קען פארגרעסערן עפעקטיווקייט אבער פארלאנגט מאטעריאלן וואס קענען אויסהאלטן הויכע טעמפעראטורן און דרוקן.
2) ווידער אויפהייצן
אין דעם ווידערהייצן ציקל, ווערט טיילווייז אויסגעברייטערטער פארע אין דער הויך-דרוק טורבינע צוריקגעקערט צום בוילער צו ווערן ווידערהייצט, און דערנאך אריינגעגעבן אין דער מיטל/נידעריק-דרוק טורבינע. די ציל איז צו:
– פֿאַרגרעסערן די גאַנצע טורבין אַרבעט,
– רעדוצירן פארע-פייכטקייט אין די לעצטע שטאפלען פון דער טורבינע,
– פֿאַרבעסערן ציקל עפֿיקאַציע.
3) רעגענעראַטיווע פיטערוואַסער באַהיצונג
מען ציט ארויס א געוויסע פארע פון געוויסע טורבינע שטאפלען (בלידינג פארע) כדי צו הייצן דאס וואסער איידער עס גייט אריין אין בוילער דורך דעם וואסער-הייצער. דורך הייבן די וואסער-טעמפּעראַטור ווערן די היץ-פאדערונגען פונעם בוילער פארקלענערט און די עפעקטיווקייט ווערט פארגרעסערט. די סיסטעם קען ניצן אן אפענעם הייצער (דע-עיראטאר) אדער א פארמאכטן הייצער (פארמאכטן הייצער).
4) קאָנדענסער רעפּאַראַטור און קיל סיסטעם
נידעריגער מאכן דעם קאנדענסער דרוק (פארגרעסערן דעם וואקיום) וועט פארגרעסערן דעם ענטהאלפי דראפ אין דער טורבין און פארגרעסערן די מאכט ארויסגעבונג. אבער, דאס ווענדט זיך אין אויף דער קיל-סיסטעם'ס מעגלעכקייט צו פארשפרייטן היץדעריבער, קאָנדענסער קוואַליטעט, רער ריינקייט, און קיל וואַסער טעמפּעראַטור זענען קריטיש פֿאַר פאָרשטעלונג.
אפעראציאנעלע שוועריקייטן אין ראַנקין ציקל אימפּלעמענטאַציע
חוץ די מעלות, שטייט די אנווענדונג פון דעם ראַנקין ציקל אין PLTU פאר שוועריקייטן:
– ענערגיע פארלוסטן צוליב רייַבונג פלוס, ליקאַדזש, און נישט-ידעאַל היץ אַריבערפירן.
– וואַסער קוואַליטעט און קעראָוזשאַן: צושטעל וואַסער מוז שטרענג באַהאַנדלט ווערן צו פאַרמייַדן סקאַלע און קעראָוזשאַן אין בוילערז און טורבינז.
– עמישאַנז און די סביבה: אין קוילן-געפייערטע קראַפטווערק, פּראָדוצירט פארברענונג CO₂, SOx, NOx, און פּאַרטיקולאַטעס, אַזוי איז נויטיק עמישאַן קאָנטראָל עקוויפּמענט.
– מאַטעריאַל לימיטאַציעס: געוואקסענע טעמפּעראַטור און דרוק דאַרפן ספּעציעלע מאַטעריאַלן וואָס זענען טייַער און קאָמפּליצירט צו וישאַלטן.
קעסימפּולאַן
דער ראַנקין ציקל איז אין האַרצן פון קוילן-געפייערטע קראַפטווערק (PLTU) אָפּעראַציעס ווייל עס ערלויבט די איבערגעחזרטע קאָנווערסיע פון טערמישע ענערגיע אין מעכאַנישע און עלעקטרישע ענערגיע דורך פיר הויפּט פּראָצעסן: פּאָמפּן, הייצן, יקספּאַנשאַן און קאָנדענסאַציע. אין דער פאַקטישער אימפּלעמענטאַציע ווערט דער ציקל מאָדיפיצירט מיט טעכנאָלאָגיעס ווי סופּערכייטערס, ווידערהייטערס, רעגענעראַטיווע הייצונג און קאָנדענסער אָפּטימיזאַציע צו פאַרגרעסערן עפעקטיווקייט און האַלטן טורבינע רילייאַבילאַטי. טראָץ די טשאַלאַנדזשיז פֿאַרבונדן מיט ענערגיע פֿאַרלוסטן, וואַסער קוואַליטעט און ענווייראָנמענטאַלע השפּעות, בלייבט די אימפּלעמענטאַציע פון ראַנקין ציקל די הויפּט ברירה פֿאַר דאַמף קראַפטווערק צוליב זיין בייגיקייט, טעקנאַלאַדזשיקאַל צייַטיקייט און די מעגלעכקייט צו פאַרגרעסערן פאָרשטעלונג ווי נויטיק.
אויב איר ווילט, קען איך אויך צולייגן א פּראָצעס פלוס דיאַגראַם אדער א T–s (טעמפּעראַטור–ענטראָפּי) קורווע-באַזירטע דערקלערונג צו מאַכן דעם ציקל מער וויזועל און טעכניש.
