Iṣiro Lilo Agbara Ooru ninu Awọn Ẹrọ Steam Ode Oni
Àwọn ẹ̀rọ ìgbóná omi ni a sábà máa ń kà sí ìmọ̀ ẹ̀rọ "àtijọ́" láti inú Ìyípadà Iṣẹ́-ajé. Síbẹ̀síbẹ̀, àwọn ìlànà àti ìdàgbàsókè wọn ṣì ṣe pàtàkì lónìí, pàápàá jùlọ nínú àwọn ilé iṣẹ́ agbára tí a fi èédú ṣe (PLTU), àwọn ohun èlò tí a fi ooru àti agbára pọ̀ (CHP), àti àwọn ètò ìgbóná omi nínú iṣẹ́-ìṣẹ̀dá. "Àwọn ẹ̀rọ ìgbóná omi òde òní" tọ́ka sí àwọn ètò ìṣẹ̀dá agbára tí ó dá lórí Rankine cycle, èyí tí ó gbéṣẹ́ ju àwọn ẹ̀rọ ìgbóná omi ìbílẹ̀ lọ, tí wọ́n ń lo ìfúnpá gíga àti iwọ̀n otútù, àwọn ohun èlò ìgbóná omi, àwọn ohun èlò ìgbóná omi, àti ìgbóná omi ìgbóná omi. Láti lóye iṣẹ́ àwọn ètò wọ̀nyí, ohun pàtàkì kan tí a máa ń ṣírò nígbà gbogbo ni ṣíṣe iṣẹ́ ooru.
1. Ìpìlẹ̀ Èrò Nípa Ìṣiṣẹ́ Ooru
Ìṣiṣẹ́ ooru ti ẹ̀rọ steam ń ṣe àpèjúwe iye agbara ooru tí a fi sínú rẹ̀ (láti inú iná epo tàbí orísun ooru) tí a ṣe àṣeyọrí sí iṣẹ́ tó wúlò, nígbà gbogbo ní ìrísí agbára turbine shaft tàbí agbára iná mànàmáná. Ní gbogbogbòò, a túmọ̀ ìṣedéédé ooru gẹ́gẹ́ bí:
\[
\eta_{th} = \frac{W_{net}}{Q_{in}}
\]
Mo ṣe é:
– \( W_{net} \) ni iṣẹ́ àpapọ̀ ti cycle (iṣẹ́ turbine láìsí iṣẹ́ fifa).
– \( Q_{in} \) ni titẹ ooru si iyipo naa, ti o maa n waye ninu boiler ati/tabi superheater.
Nínú ìyípo Rankine tó dára jùlọ, àwọn ohun pàtàkì ni pọ́ọ̀ǹpù, bóílọ́ọ̀nù, turbine, àti condenser. A máa ń fa èéfín (omi oúnjẹ) sínú ìfúnpá gíga, a máa ń gbóná rẹ̀ sí ooru (tí ó kún tàbí tí ó gbóná jù), a máa ń fẹ̀ sí i nínú turbine láti ṣe iṣẹ́, lẹ́yìn náà a máa ń dì í padà sínú omi nínú condenser kí a tó tún wọ inú pọ́ọ̀ǹpù náà. Ìṣiṣẹ́ ooru ni ìwọ̀n àkọ́kọ́ tí a fi ń mọ bí ẹ̀rọ steam ṣe ń lo agbára ooru lọ́nà tó dára tó.
2. Iwaju Rankine ti o dara ju Real Rankine Cycle lọ
Nínú ìṣirò àkọ́kọ́, àwọn onímọ̀ ẹ̀rọ sábà máa ń bẹ̀rẹ̀ láti inú ìpele Rankine tó dára jùlọ láti mọ ààlà gíga ti iṣẹ́ ṣíṣe. Àwọn àbá tó dára jùlọ sábà máa ń jẹ́:
1. Iṣẹ́ fifa omi àti turbine Isentropic (tí kò ní pàdánù).
2. Kò sí ìdínkù nínú ìfúnpá nínú boiler, páìpù, superheater, reheater, àti condenser.
3. Kò sí ìpàdánù ooru sí àyíká.
4. Ìtútù àti ìgbóná ara máa ń wáyé ní ìfúnpá tí ó dúró ṣinṣin.
Ní àwọn ipò gidi, àwọn àbá wọ̀nyí kò ní ìparẹ́ pátápátá. Àdánù ìfọ́, àdánù ìfúnpá, àti ìṣiṣẹ́ ìṣàn omi ti àwọn ẹ̀rọ fifa àti turbines kéré sí 100%. Nítorí náà, ìṣiṣẹ́ ooru gidi máa ń kéré sí iye tó yẹ, àti pé ìṣirò gbọ́dọ̀ ní àwọn paramita bíi:
– Ìṣiṣẹ́ ìgbóná ara turbine (\(\eta_t\))
– Ìṣiṣẹ́ ìfúnpọ̀mọ́ra ti ìfúnpọ̀mọ́ra (\(\eta_p\))
– Pípàdánù ooru (pípàdánù ooru)
– Idinku titẹ
3. Awọn Igbesẹ Iṣiro Agbara Ooru (Ilana Gbogbogbo)
Láti ṣírò bí ẹ̀rọ steam ìgbàlódé ṣe ń ṣiṣẹ́ dáadáa tó (tí a fi Rankine ṣe), àwọn ìgbésẹ̀ gbogbogbò ni:
a) Pinnu Awọn Ojuami Ipinle
A maa n samisi bi:
1. Ibùdó ìtújáde condenser / ìwọ̀lé fifa (omi tí ó kún fún omi nígbà tí a bá ń tẹ condenser)
2. Ihò fifa omi / ibi tí a ti ń gún omi (omi tí a fi ń kó omi jáde)
3. Ibùdó ìgbóná/ìtajà ìgbóná/ìwọlé turbine (ooru gbígbẹ tí ó kún fún ọ̀rá tàbí tí ó gbóná jù)
4. Ìjáde ẹ̀rọ turbine / ìwọ̀lé condenser (àdàpọ̀ omi gbígbóná tàbí ọrinrin gbígbóná jù)
Nínú àwọn ẹ̀rọ tí a fi ń gbóná àti àtúnṣe, iye àwọn àmì ipò máa ń pọ̀ sí i. Àwọn ẹ̀rọ ìgbóná òde òní ní àwọn ilé iṣẹ́ agbára ńlá sábà máa ń ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìpele ìyọkúrò turbine àti àwọn ohun èlò ìgbóná omi, èyí tí ó mú kí ìwádìí náà túbọ̀ díjú sí i, ṣùgbọ́n ìlànà náà ṣì wà bẹ́ẹ̀: ṣe ìwọ̀n agbára lórí ẹ̀yà kọ̀ọ̀kan.
b) Gba Data Ohun-ini Thermodynamic
Awọn ohun-ini akọkọ ti a nilo:
– Enthalpy (\(h\)) ní ojú ìwé kọ̀ọ̀kan
– Entropy (\(s\)) fún àwọn ìlànà isentropic
– Ìfúnpá (\(P\)) àti iwọ̀n otútù (\(T\))
– Dídára èéfín (\(x\)) nígbà tí ó bá wà ní agbègbè ìpele méjì
A maa n gba data yii lati inu awon tabili steam tabi software (EES, REFPROP, Aspen, tabi IAPWS/IF97 property calculators).
c) Ṣe iṣirò Iṣẹ́ Pọ́ọ̀pù
A le ṣe iṣiro iṣẹ fifa ti o dara julọ bi:
\[
W_p \approx v_f (P_2 – P_1)
\]
Níbi tí \(v_f\) jẹ́ ìwọ̀n pàtó ti omi (m³/kg) ní ibi tí a ti ń gba omi. Fún fifa omi gidi kan:
\[
W_{p,gangan} = \frac{W_{p,ipe}}{\eta_p}
\]
Lẹ́yìn náà ni enthalpy tó ń jáde nínú fifa omi náà:
\[
h_2 = h_1 + W_{p,gangan}
\]
d) Ṣírò Ìṣírò Ooru Nínú Boiler
Gbigbawọle ooru ni gbogbogbo:
\[
Q_{in} = h_3 – h_2
\]
Tí ohun èlò ìgbóná tó lágbára bá wà, iye \(h_3\) ni enthalpy ti steam tó gbóná jùlọ ní ibi tí turbine bá ti ń wọlé. Tí ohun èlò ìgbóná bá wà, ohun èlò ìgbóná kejì mìíràn tún wà:
\[
Q_{in,lapapọ} = (h_3 – h_2) + (h_5 – h_4)
\]
(da lori nọmba awọn aaye lori aworan atọka).
e) Ṣe iṣirò Iṣẹ́ Turbine
Fún turbine tó dára (isentropic), \(s_3 = s_{4s}\) àti \(h_{4s}\) ni a rí láti inú tábìlì náà. Fún turbine gidi kan:
\[
\eta_t = \frac{h_3 – h_{4,gangan}}{h_3 – h_{4s}}
\Rightarrow h_{4,gangan} = h_3 – \eta_t (h_3 – h_{4s})
\]
Iṣẹ́ turbine:
\[
W_t = h_3 – h_{4, gidi}
\]
Tí ọ̀pọ̀lọpọ̀ ìpele ìfẹ̀sí tàbí ìgbóná bá wà, àpapọ̀ iṣẹ́ turbine ni àpapọ̀ ìpele kọ̀ọ̀kan.
f) Ṣírò Iṣẹ́ Nẹ́ẹ̀tì àti Ìṣiṣẹ́ Ooru
\[
W_{net} = W_t – W_p
\]
\[
\eta_{th} = \frac{W_{net}}{Q_{in}}
\]
Èyí ni kókó ìṣirò ìṣeéṣe ooru ti iyipo.
4. Àpẹẹrẹ Àpèjúwe (Rọrùn)
Ká sọ pé ìyípo Rankine òde òní kan tó rọrùn ní dátà (ní ìrísí enthalpies) tí a ti rí láti inú àwọn tábìlì steam, tí ó sì gba àwọn ipa tí a fi ṣe é rò:
– \(h_1 = 191 \, \text{kJ/kg}\) (omi ti o kun ti o n jade kuro ninu kondensera)
– \(h_2 = 200 \, \text{kJ/kg}\) (ìjáde fifa, gidi)
– \(h_3 = 3500 \, \text{kJ/kg}\) (èéfín gbígbóná tó pọ̀ jù wọ inú turbine náà)
– \(h_4 = 2400 \, \text{kJ/kg}\) (ìjáde turbine, gidi)
Nítorí náà:
– Iṣẹ́ ẹ̀rọ amúlétutù: \(W_t = 3500 – 2400 = 1100 \, \text{kJ/kg}\)
– Iṣẹ́ fifa omi: \(W_p = 200 – 191 = 9 \, \text{kJ/kg}\)
– Iṣẹ́ àpapọ̀: \(W_{net} = 1100 – 9 = 1091 \, \text{kJ/kg}\)
– Ìgbékalẹ̀ ooru: \(Q_{in} = 3500 – 200 = 3300 \, \text{kJ/kg}\)
Lilo ooru daradara:
\[
\eta_{th} = \frac{1091}{3300} = 0.331 \ntobi 33.1\%
\]
Iye yii jẹ deede fun iyipo Rankine ti o dara, ṣugbọn awọn ile-iṣẹ agbara igbalode ti o lagbara pupọ le ga julọ nigbati a ba wo bi ṣiṣe iṣẹ ṣiṣe ti ile-iṣẹ apapọ (botilẹjẹpe o tun ni ipa nipasẹ awọn adanu fifuye boiler, condenser ati awọn oluranlọwọ).
5. Àwọn ohun tó ń mú kí iṣẹ́ àwọn ẹ̀rọ ìgbóná ooru òde òní pọ̀ sí i
a) Mu iwọn otutu ati titẹ ti steam ti n wọ inu turbine pọ si
Bí ìwọ̀n otútù àròpín ti ìfikún ooru bá ṣe ga tó, bẹ́ẹ̀ náà ni ìṣiṣẹ́ rẹ̀ ṣe ga tó (ní ìbámu pẹ̀lú ìlànà Carnot). Àwọn ìmọ̀ ẹ̀rọ Supercritical àti ultra-supercritical ń jẹ́ kí iṣẹ́ ṣiṣẹ́ ní àwọn ìfúnpá tí ó wà lókè ojú omi pàtàkì (22,1 MPa), èyí tí ó ń dín àdánù tí ó ní í ṣe pẹ̀lú àwọn ìyípadà ìpele kù àti mímú kí iṣẹ́ náà sunwọ̀n sí i.
b) Dín titẹ Condenser silẹ (Afẹmi ti o dara ju)
Dídín ìwọ̀n ìfúnpọ̀ condenser kù ń mú kí ìwọ̀n ìfẹ̀sí turbine náà pọ̀ sí i, èyí sì ń mú kí iṣẹ́ turbine náà pọ̀ sí i. Síbẹ̀síbẹ̀, ìwọ̀n otútù omi ìtútù, ìwọ̀n condenser, àti ewu ọrinrin gíga ní àwọn ìpele ìkẹyìn turbine náà ló dínkù.
c) Ìyípo Àtúngbóná
Ẹ̀rọ ìgbóná náà tún mú kí èéfín náà gbóná lẹ́yìn tí ó bá ti fẹ̀ sí i díẹ̀, lẹ́yìn náà ó tún mú un gbòòrò sí i. Àbájáde rẹ̀ ni pé ó máa ń mú kí iṣẹ́ rẹ̀ sunwọ̀n sí i, ó sì máa ń dín ọrinrin kù ní ibi tí ẹ̀rọ ìgbóná náà ti ń jáde (ó sì dára fún àwọn abẹ́ ẹ̀rọ ìgbóná náà).
d) Àtúnṣe (Ìgbóná omi oúnjẹ)
Nípa lílo díẹ̀ lára èéfín láti inú turbine láti mú omi ìfọ́sí náà gbóná, boiler náà kò nílò láti pèsè ooru tó bẹ́ẹ̀ kí ó tó dé ibi tí ó ti ń hó. Àtúnṣe ń mú kí iṣẹ́ ìyípo pọ̀ sí i, bó tilẹ̀ jẹ́ pé ó ń dín iṣẹ́ turbine kù nítorí pé èéfín kan kò ń ṣe iṣẹ́ ní ìfúnpá kékeré.
6. Ìyàtọ̀ láàárín Ìmúṣe Ooru Ayíká àti Ìmúṣe Ìran
O ṣe pataki lati ṣe iyatọ:
– Ìṣiṣẹ́ ooru ti iyipo Rankine: da lori \(W_{net}/Q_{in}\) ninu awọn eroja iyipo.
– Ìṣiṣẹ́ ìṣẹ̀dá gbogbogbòò: gba àdánù ìjóná, ìṣiṣẹ́ bóílọ́ọ̀mù, àdánù ìṣẹ̀dá, ẹrù ìrànlọ́wọ́ (àwọn páǹpù, afẹ́fẹ́, àwọn ohun èlò ìkọ́lé), àti àdánù ìkọ́lé inú.
Nínú àwọn ilé iṣẹ́ iná mànàmáná tí a fi èédú ṣe, ìṣiṣẹ́ boiler àti pípadánù ètò lè jẹ́ ohun pàtàkì. Nítorí náà, bí ìṣiṣẹ́ ooru ti cycle náà bá tilẹ̀ hàn gbangba pé ó ga, ìṣiṣẹ́ àpapọ̀ gbogbogbòò lè dínkù.
7. Ìparí
Àwọn ìṣirò ìṣiṣẹ́ ooru nínú àwọn ẹ̀rọ steam òde òní dá lórí ìwọ̀n agbára ìyípo Rankine: ṣíṣírò iṣẹ́ turbine, iṣẹ́ fifa omi, àti ìtẹ̀síwájú ooru sí boiler (àti reheater, tí ó bá wà). Kókó sí ìṣedéédé ni ìpinnu pípéye ti àwọn points state àti thermodynamic properties (enthalpy, entropy, steam quality), àti fífi àwọn ipò gidi kún un gẹ́gẹ́ bí ìṣedéédé isentropic àti ìdínkù titẹ. Ìṣedéédé ooru ni àmì àkọ́kọ́ ti iṣẹ́ ètò àti ìpìlẹ̀ fún ṣíṣe àyẹ̀wò àwọn ìṣedéédé bíi ìbísí iwọ̀n otútù/títẹ̀, àtúngbóná, àtúngbóná, àti àtúngbóná condenser.
Tí o bá fẹ́, mo lè fi àpẹẹrẹ ìṣirò “òde òní” kún un (fún àpẹẹrẹ, àtún-gbóná cycle + 1–2 feedwater heaters) pẹ̀lú àwọn tábìlì point point àti àwọn àwòrán Ts láti súnmọ́ ìkẹ́kọ̀ọ́ ọ̀ràn PLTU gidi.
