Lilo Rankine Cycle ninu Awọn Ile-iṣẹ Agbara Steam
Àwọn Ilé Iṣẹ́ Agbára Steam (PLTU) jẹ́ ọ̀kan lára àwọn ìmọ̀ ẹ̀rọ ìṣẹ̀dá iná mànàmáná tí a ń lò jùlọ ní àgbáyé. Ìlànà iṣẹ́ wọn ń lo agbára ooru láti yí omi padà sí èéfín gíga àti èéfín gíga, lẹ́yìn náà yí agbára èéfín padà sí agbára ẹ̀rọ nípasẹ̀ turbine, èyí tí a ó sì yí padà sí agbára iná mànàmáná nípasẹ̀ generator. Kókó pàtàkì nínú ìlànà ìyípadà agbára nínú PLTU ni Rankine Cycle, èéfín thermodynamic tí a ṣe pàtó fún àwọn ètò agbára èéfín. Àpilẹ̀kọ yìí jíròrò lílo Rankine Cycle nínú PLTU, àwọn èròjà pàtàkì rẹ̀, ìtẹ̀lé ìlànà náà, àti àwọn àtúnṣe ìṣedéédéé tí ó wọ́pọ̀ ní ìṣe.
Ìpìlẹ̀ Ẹ̀kọ́ nípa Rankine Cycle
Ìyípo Rankine jẹ́ ìyípo thermodynamic tí a ṣe àgbékalẹ̀ rẹ̀ tí ó ṣàpèjúwe àwọn ìyípadà agbára nínú omi tí ń ṣiṣẹ́ (nígbà gbogbo omi/èéfín) nínú ètò tí a ti sé. Ìyípo yìí ni ìpìlẹ̀ fún àwòrán ilé iṣẹ́ agbára tí a fi èédú ṣe nítorí pé ó yẹ fún ìṣẹ̀dá agbára nípa lílo àwọn ìpele omi àti ìpele afẹ́fẹ́. Ní ìrísí pípé rẹ̀, ìyípo Rankine ní àwọn iṣẹ́ pàtàkì mẹ́rin: fífún omi oúnjẹ jáde, gbígbóná rẹ̀ nínú boiler sí steam, fífẹ̀ steam náà sínú turbine láti ṣe iṣẹ́, àti pípa steam náà padà sínú omi nínú condenser kan.
Bó tilẹ̀ jẹ́ pé ní òótọ́, pípadánù agbára wà (ìjákulẹ̀, ìdínkù ìfúnpá, ìyípadà ooru tí kò pé), àwòṣe Rankine Cycle jẹ́ ìtọ́kasí fún ṣíṣàyẹ̀wò iṣẹ́ àti pípinnu àwọn ojú ìwòye iṣẹ́ tí ó gbéṣẹ́.
Àwọn Ohun Pàtàkì Nínú Ilé Iṣẹ́ Agbára Sítúmù Nínú Ìrìn Rankine
Lílo Rankine Cycle nínú ilé iṣẹ́ iná mànàmáná tí a fi èédú ṣe ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn èròjà pàtàkì:
1. Pọ́ọ̀pù (Pọ́ọ̀pù omi tí a fi ń tà á)
Iṣẹ́ rẹ̀ ni láti mú kí omi condensate náà pọ̀ sí i láti inú ìfúnpọ̀ díẹ̀ (ìjáde condenser) sí ìfúnpọ̀ gíga kí ó lè wọ inú boiler náà. Nítorí pé fífún omi ní omi kò nílò iṣẹ́ púpọ̀ ní ìfiwéra pẹ̀lú fífún gáàsì ní omi, iṣẹ́ pọ́ọ̀ǹpù náà nínú Rankine Cycle kò wọ́pọ̀ tó ti turbine.
2. Boiler (Ẹrọ amúnájáde gbígbóná)
Àwọn ohun èlò ìgbóná omi máa ń lo ooru sí omi tí ó ní agbára gíga títí tí yóò fi di èéfín. A máa ń mú ooru náà jáde láti inú epo gbígbóná (èédú, biomass, epo, tàbí gáàsì) tàbí láti ọ̀dọ̀ àwọn orísun mìíràn, bí ooru láti inú ohun èlò ìgbóná omi atomiki nínú ilé iṣẹ́ agbára atomiki. Nínú àwọn ilé iṣẹ́ agbára tí a fi èédú ṣe, àwọn ohun èlò ìgbóná omi ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ agbègbè: ohun èlò ìgbóná omi (preheating), ohun èlò ìgbóná omi (evaporation), àti ohun èlò ìgbóná omi (superheating).
3. Turbine Steam
Àwọn turbines máa ń yí agbára ooru àti ìfúnpá steam padà sí iṣẹ́ ẹ̀rọ nípasẹ̀ ìfẹ̀sí. A so ọ̀pá turbine náà pọ̀ mọ́ ẹ̀rọ amúṣẹ́dá láti ṣe iná mànàmáná. Àwọn turbines sábà máa ń ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìpele láti mú kí iṣẹ́ ìfẹ̀sí pọ̀ sí i.
4. Kondenser
Ẹ̀rọ ìtútù náà máa ń mú kí ẹ̀rọ ìtútù náà tutù, ó sì máa ń yí i padà sí omi. Nípa ṣíṣẹ̀dá ìfúnpá èéfín tó kéré (ìfọ́mọ́ tó jọra), ẹ̀rọ ìtútù náà máa ń mú kí iṣẹ́ ẹ̀rọ ìtútù náà sunwọ̀n sí i àti bí ó ṣe ń ṣiṣẹ́ dáadáa. A sábà máa ń lo omi òkun, omi odò, tàbí ètò ilé ìṣọ́ ìtútù.
Ìtẹ̀lé Ìlànà Ìyípo Rankine ní Ilé Iṣẹ́ Agbára Steam
A le ṣalaye lilo Rankine Cycle nipasẹ awọn ipele ilana mẹrin wọnyi:
1) Ilana fifa omi (1 → 2)
Ìtújáde omi láti inú ẹ̀rọ amúlétutù wà ní ìfúnpọ̀ díẹ̀ àti ìfúnpọ̀ díẹ̀. Pọ́ọ̀ǹpù náà ń mú kí ìfúnpọ̀ náà pọ̀ sí i sí ìfúnpọ̀ iṣiṣẹ́ ti ẹ̀rọ amúlétutù náà. Ní ìpele yìí, ìfúnpọ̀ náà ń ga díẹ̀, ṣùgbọ́n ìyípadà pàtàkì ni ìfúnpọ̀. Agbára tí ẹ̀rọ amúlétutù náà ń béèrè fún wá láti inú agbára inú ẹ̀rọ amúlétutù náà, ṣùgbọ́n àfikún rẹ̀ kéré ní ìfiwéra pẹ̀lú agbára tí ẹ̀rọ amúlétutù náà ń mú jáde.
2) Ilana Afikun Ooru ninu Boiler (2 → 3)
Omi titẹ giga wọ inu boiler naa o si gbona. Ni akọkọ, a gbóná omi naa si aaye sise (igbona ti o ni oye), lẹhinna o yipada si ipo si steam ti o kun (igbona ti o farasin), ati ninu ọpọlọpọ awọn apẹrẹ ile-iṣẹ agbara ti a fi eedu ṣe, steam naa ni a tun gbóná si steam ti o gbona pupọ. Ooru nla ṣe pataki nitori pe steam ti o gbẹ ti o wọ inu turbine naa dinku eewu ti ibajẹ abẹfẹlẹ turbine lati awọn itọpa omi.
Ibí ni a ti n yi agbara kemikali ti epo naa pada si agbara ooru ninu omi iṣẹ. Lilo ina, gbigbe ooru, ati apẹrẹ boiler ni ipa pataki lori iṣẹ ile-iṣẹ naa.
3) Ilana imugboroosi ninu Turbine (3 → 4)
Ooru titẹ giga n ṣàn sinu turbine naa o si n gbooro sii, o dinku titẹ ati iwọn otutu rẹ nigba ti o n ṣe iṣẹ ẹrọ lori ọpa naa. Iṣẹ yii lẹhinna n wakọ ẹrọ ina. Labẹ awọn ipo ti o dara julọ, a ka imugboroosi naa si isentropic (entropy igbagbogbo), ṣugbọn ni awọn ipo gidi, aiṣedeede yoo dinku iṣẹ turbine naa.
Dídára èéfín ní orí turbine jẹ́ ohun pàtàkì kan. Tí èéfín náà bá tutu jù, omi lè kọlu àwọn abẹ́ turbine kí ó sì fa ìbàjẹ́/ìbàjẹ́. Nítorí náà, àwọn ilé iṣẹ́ agbára sábà máa ń gbìyànjú láti mú kí ìwọ̀n èéfín èéfín tó kéré ní ibi tí turbine náà ti ń jáde.
4) Ilana Idena ninu Apapo (4 → 1)
Epo eefin ti turbine naa yoo wọ inu condenser naa o si tu ooru silẹ si agbegbe itutu, ti yoo si di omi. Ilana yii waye ni titẹ kekere. Ni agbara, ooru ti a ko gba ninu condenser duro fun "pipadanu" ooru ti a ko le yipada si iṣẹ, ṣugbọn o tun ṣe pataki fun iyipo lati tun ṣe ati lati ṣetọju titẹ eefin kekere, eyiti o mu ki iṣẹ turbine pọ si.
Omi tí a ti dì mọ́ ara rẹ̀ náà yóò padà sí inú pọ́ọ̀ǹpù náà láti tún ṣe àtúnṣe sí i.
Àwọn Ìdí Tí Rankine Cycle Fi Dára Fún Àwọn Ilé Iṣẹ́ Agbára Steam
Ìyípo Rankine munadoko pupọ nitori:
– Lilo omi gẹ́gẹ́ bí omi tó ń ṣiṣẹ́ tí ó jẹ́ olowo poku, tó ní ààbò, tó sì ní àwọn ànímọ́ ooru tó dára.
– Ó ń lo ìyípadà ìpele omi-èéfín tí ó ń jẹ́ kí ooru gba ọ̀pọ̀lọpọ̀.
– A le ṣe àtúnṣe rẹ̀ nípa mímú iwọn otutu ati titẹ ti steam ti nwọ inu turbine pọ si, ati idinku titẹ condenser.
– Ṣe atilẹyin fun imuse awọn imọ-ẹrọ ti o mu ilọsiwaju ṣiṣe, gẹgẹbi atunṣe ati imunadoko atunṣe.
Ìdàgbàsókè Nípa Ìṣiṣẹ́: Àtúnṣe Ìyípo Rankine
Ní ti gidi, àwọn ilé iṣẹ́ agbára tí a fi èédú ṣe kìí sábà lo ìyípo Rankine tí ó rọrùn. Ọ̀pọ̀lọpọ̀ àtúnṣe ni a sábà máa ń lò láti mú kí iṣẹ́ sunwọ̀n síi àti láti mú kí ohun èlò dúró ṣinṣin:
1) Ohun èlò ìgbóná àti ohun èlò ìgbóná tó lágbára
Gbígbé iwọn otutu steam sókè kí turbine tó dé (superheating) mú kí iṣẹ́ ooru ṣiṣẹ́ dáadáa nípa mímú ìyàtọ̀ agbára tí a lè fà jáde nínú turbine náà pọ̀ sí i. Àwọn ilé iṣẹ́ agbára ìgbàlódé kan tí wọ́n ń lo èédú ń ṣiṣẹ́ ní àwọn ipò supercritical tàbí super-supercritical, wọ́n ń ṣiṣẹ́ ní àwọn ipò gíga àti àwọn iwọn otutu tí kò sí ààlà ìpele omi-afẹ́fẹ́ tí ó hàn gbangba nínú boiler náà. Ìmọ̀-ẹ̀rọ yìí lè mú kí iṣẹ́ náà sunwọ̀n sí i ṣùgbọ́n ó nílò àwọn ohun èlò tí ó lè fara da àwọn iwọn otutu/ìfúnpá gíga.
2) Tún un gbóná
Nínú ìyípadà ìgbóná, a máa dá èéfín tí a ti fẹ̀ díẹ̀ sí i nínú turbine onítẹ̀ gíga padà sí boiler láti tún un gbóná, lẹ́yìn náà a máa fi sínú turbine onítẹ̀ àárín/ìtẹ̀ kékeré. Ète rẹ̀ ni láti:
- mu iṣẹ turbine lapapọ pọ si,
– dín ọriniinitutu eefin kù ní àwọn ìpele ìkẹyìn ti turbine náà,
– mu ṣiṣe eto ṣiṣe pọ si.
3) Igbóná omi onígbàpadà
A máa ń fa ìgbóná díẹ̀ láti inú àwọn ìpele turbine kan (ìgbóná ẹ̀jẹ̀) láti mú kí omi ìgbóná náà gbóná kí ó tó wọ inú ìgbóná omi ìgbóná náà nípasẹ̀ ohun èlò ìgbóná omi ìgbóná náà. Nípa gbígbé ìwọ̀n otútù omi ìgbóná náà sókè, a máa dín àwọn ohun tí a nílò fún ooru ìgbóná ìgbóná náà kù, a sì máa ń mú kí iṣẹ́ rẹ̀ sunwọ̀n sí i. Ètò yìí lè lo ohun èlò ìgbóná tí ó ṣí sílẹ̀ (deaerator) tàbí ohun èlò ìgbóná tí ó ti sé (ohun èlò ìgbóná tí ó ti sé).
4) Atunṣe Eto Kondenser ati Itutu
Dídín ìfúnpá condenser kù (pípọ̀ sí i èéfín) yóò mú kí ìfàsẹ́yìn enthalpy nínú turbine náà pọ̀ sí i, yóò sì mú kí agbára ìtújáde pọ̀ sí i. Síbẹ̀síbẹ̀, èyí sinmi lórí agbára ètò ìtújáde láti tú ooru jáde. Nítorí náà, dídára condenser, ìmọ́tótó tube, àti ìgbóná omi ìtútù ṣe pàtàkì fún iṣẹ́.
Awọn Ipenija Iṣẹ-ṣiṣe ninu Imuse Ilana Rankine
Yàtọ̀ sí àwọn àǹfààní rẹ̀, lílo Rankine Cycle ní PLTU dojúkọ àwọn ìpèníjà:
– Àìsí agbára nítorí ìṣàn ìfọ́, jíjó, àti ìyípadà ooru tí kò dára.
– Didara omi ati ipata: omi ifunni gbọdọ wa ni itọju ni kikun lati dena iwọn ati ibajẹ ninu awọn boiler ati turbines.
– Àwọn ìtújáde àti àyíká: Nínú àwọn ilé iṣẹ́ agbára tí a fi èédú ṣe, ìtújáde iná máa ń mú CO₂, SOx, NOx, àti àwọn èròjà kéékèèké jáde, nítorí náà, a nílò ohun èlò ìṣàkóso ìtújáde.
– Awọn idiwọn ohun elo: iwọn otutu ati titẹ ti o pọ si nilo awọn ohun elo pataki ti o gbowolori ati idiju lati ṣetọju.
Ipari
Ìyípo Rankine ni o wa ni okan ninu awọn iṣẹ agbara ti a fi eedu ṣe (PLTU) nitori pe o gba laaye fun iyipada agbara ooru si agbara ẹrọ ati ina nipasẹ awọn ilana akọkọ mẹrin: fifa soke, igbona, imugboroosi, ati condensation. Ninu imuse gidi, iyipo yii ni a ṣe atunṣe pẹlu awọn imọ-ẹrọ bii awọn ohun elo gbigbona nla, awọn ẹrọ atunlo, igbona atunṣe, ati iṣapeye condenser lati mu ṣiṣe ṣiṣe pọ si ati ṣetọju igbẹkẹle turbine. Pelu awọn ipenija ti o ni ibatan si pipadanu agbara, didara omi, ati awọn ipa ayika, imuse iyipo Rankine jẹ yiyan akọkọ fun awọn ile-iṣẹ agbara steam nitori irọrun rẹ, idagbasoke imọ-ẹrọ, ati agbara lati mu iṣẹ ṣiṣe pọ si bi o ṣe nilo.
Tí o bá fẹ́, mo tún lè fi àwòrán ìṣàn iṣẹ́ tàbí àlàyé lórí ìtẹ̀sí T–s (Iwọ̀n otútù–Entropy) kún un láti jẹ́ kí ìyípo náà jẹ́ èyí tó túbọ̀ hàn gbangba àti tó ní ìmọ̀ ẹ̀rọ.
