Ìkẹ́kọ̀ọ́ Brayton Cycle lórí Àwọn Turbines Gáàsì Ilé Iṣẹ́
Pendahuluan
Àwọn ẹ̀rọ ìyípadà agbára tí a ń lò fún àwọn ilé iṣẹ́ agbára, ilé iṣẹ́ epo àti gaasi, àti onírúurú ohun èlò ìṣiṣẹ́ tí ó nílò agbára ẹ̀rọ ńlá àti ìdáhùn kíákíá. Iṣẹ́ ìpìlẹ̀ àwọn ẹ̀rọ ìtújáde gaasi òde òní sábà máa ń tẹ̀lé Brayton Cycle, ìyípo thermodynamic kan tí ó ń ṣàpèjúwe ìlànà ìfúnpọ̀ afẹ́fẹ́, àfikún ooru nípasẹ̀ ìjóná, àti ìfẹ̀sí àwọn gáàsì gbígbóná láti ṣe iṣẹ́. Ìkẹ́kọ̀ọ́ Brayton Cycle ṣe pàtàkì nítorí pé láti ibi ni a ti lè lóye àti mú kí iṣẹ́ náà sunwọ̀n síi, kí a lo epo, kí a lo agbára, àti àwọn ọgbọ́n ìdàgbàsókè fún iṣẹ́ ẹ̀rọ ìtújáde gaasi.
Ìpìlẹ̀ Ẹ̀kọ́ nípa Brayton Cycle
Ìyípo Brayton tó dára jùlọ ní àwọn ìlànà mẹ́rin pàtàkì, tí a sábà máa ń ṣe àwòkọ́ṣe rẹ̀ gẹ́gẹ́ bí ìlànà isentropic méjì àti ìlànà ìfúnpọ̀ méjì tí ó dúró ṣinṣin. Nínú àwọn turbines gaasi gidi, àwọn ìlànà wọ̀nyí yàtọ̀ nítorí àdánù ẹ̀rọ, ìfọ́pọ̀, àdánù ìfúnpọ̀, àti àìpé àwọn èròjà tó ń ṣiṣẹ́ dáadáa. Síbẹ̀síbẹ̀, àwòkọ́ṣe tó dára jùlọ ṣì jẹ́ ìpìlẹ̀ tó wúlò fún ìṣàyẹ̀wò àkọ́kọ́ àti ìfiwéra iṣẹ́.
Àwọn ìlànà mẹ́rin ti Brayton Cycle ni:
1. Ìfúnpọ̀ Isentropic (1 → 2) nínú ìfúnpọ̀
2. Afikún ooru ní ìfúnpá tí ó dúró ṣinṣin (2 → 3) nínú yàrá ìjóná
3. Ìfẹ̀sí Isentropic (3 → 4) nínú turbine náà
4. Ìtújáde ooru ní ìfúnpọ̀ tí ó dúró ṣinṣin (4 → 1) sí àyíká (nínú ìyípo tí a ti pa) tàbí nípasẹ̀ gáàsì èéfín (nínú ìyípo tí ó ṣí sílẹ̀)
Nínú àwọn turbines gaasi ilé iṣẹ́ tí a sábà máa ń lò (open cycle), afẹ́fẹ́ àyíká máa ń wọ inú compressor, lẹ́yìn náà, lẹ́yìn ìjóná, a máa ń fẹ̀ gaasi gíga sínú turbine náà, a sì máa ń tú u sí afẹ́fẹ́ tàbí a máa ń lò ó fún àwọn iṣẹ́ míràn bíi gbígbóná (cogeneration) tàbí ìṣẹ̀dá steam (combined cycle).
Àwọn Ohun Pàtàkì àti Ìbáṣepọ̀ Wọn Pẹ̀lú Ìrìn Àjò
1. Kọmpresor
Agbára ìfúnpọ̀ kan gbé ìfúnpọ̀ afẹ́fẹ́ sókè láti inú ipò ìwọ̀lé rẹ̀ (nígbà tí ó wà nítòsí ìfúnpọ̀ afẹ́fẹ́) sí ìfúnpọ̀ gíga jù. Ìlànà ìfúnpọ̀ yìí nílò iṣẹ́ pàtàkì, àti nínú ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn afẹ́fẹ́ gaasi, a lo apá pàtàkì ti agbára turbine láti wakọ̀ apàmọ̀ náà. Iṣẹ́ apàmọ̀ náà ń pinnu ìṣiṣẹ́ yíyípo ní pàtàkì nítorí pé bí iṣẹ́ ìfúnpọ̀ náà ṣe ń pọ̀ sí i, bẹ́ẹ̀ náà ni agbára àwọ̀n tí ó wà fún ẹrù náà (ẹ̀rọ amúṣẹ́ tàbí ẹrù ẹ̀rọ) dínkù.
Lọ́nà tó dára, a gbà pé ìfúnpọ̀ ni isentropic, ṣùgbọ́n ní òótọ́, entropy máa ń pọ̀ sí i nítorí àìyípadà. Ìṣiṣẹ́ isentropic ti compressor jẹ́ paramita pàtàkì fún ṣíṣe àyẹ̀wò bí compressor ṣe ń ṣiṣẹ́ tó dé àwọn ipò tó dára jùlọ.
2. Yàrá Ìjóná (Ìjóná Ìjóná)
Nínú yàrá ìjóná, a máa ń fi afẹ́fẹ́ onítẹ̀sí gíga sí epo (bíi gáàsì àdánidá) tí a sì máa ń fi iná sun ún. Ìlànà ìjóná náà máa ń mú kí ooru gáàsì náà pọ̀ sí i ní ìwọ̀n ìfúnpọ̀ tí ó fẹ́rẹ̀ẹ́ máa ń wà déédéé, bó tilẹ̀ jẹ́ pé ìfúnpọ̀ díẹ̀ wà tí a kò lè yẹ̀ sílẹ̀ nítorí ìfọ́ àti ìrísí iná.
Àwọn ìwọ̀n otútù tí a fi ń jáde ní yàrá ìjóná ní ipa lórí iṣẹ́ àwọn ohun èlò turbine (pàápàá jùlọ àwọn abẹ́ ìpele ìbẹ̀rẹ̀) àti ìmọ̀ ẹ̀rọ ìtútù. Nínú àwọn àwòrán òde òní, ìwọ̀n otútù tí a fi ń wọlé turbine (TIT) jẹ́ ohun pàtàkì tí ó ń pinnu bí a ṣe ń ṣiṣẹ́ dáadáa àti bí agbára ṣe ń pọ̀ sí i, ṣùgbọ́n ó tún ń fa àwọn ìpèníjà fún ìgbẹ́kẹ̀lé àti iye owó ohun èlò.
3. Tẹ́ńbẹ́lì
Àwọn turbines máa ń yí agbára ooru àwọn gáàsì gbígbóná padà sí iṣẹ́ ẹ̀rọ nípasẹ̀ ìfẹ̀sí. A máa ń lo díẹ̀ lára iṣẹ́ turbine láti wakọ̀ compressor, nígbà tí a máa ń lo ìyókù gẹ́gẹ́ bí iṣẹ́ àpapọ̀ fún àwọn ohun èlò ilé-iṣẹ́. Bíi compressor, turbines náà ní agbára isentropic tí ó ní ipa lórí agbára wọn àti ìṣiṣẹ́ wọn lápapọ̀.
4. Ètò Èéfín
A le tu awọn gaasi eefin gaasi ile-iṣẹ sinu afẹfẹ taara tabi lo siwaju sii. Lilo ooru egbin jẹ ilana pataki nitori iwọn otutu gaasi eefin nigbagbogbo maa n ga. Nibi ni awọn eto iyipo apapọ (gaasi turbine + steam turbine) tabi cogeneration/CHP (ina mọnamọna + ooru ilana) ti wa ni ipa.
Àwọn Pàtàkì Pàtàkì Nínú Ìṣàyẹ̀wò Brayton
Ìpíndọ́gba Ìfúnpá
Ìpíndọ́gba ìfúnpọ̀ compressor (πc = P2/P1) jẹ́ onírúuru oníṣe tó ní ipa lórí púpọ̀. Nínú ìyípo Brayton tó dára, mímú ìpíndọ́gba ìfúnpọ̀ pọ̀ sí i sábà máa ń mú kí ìṣiṣẹ́ ooru pọ̀ sí i dé ibi tó dára jù, ó sinmi lórí ìwọ̀n otútù tó pọ̀ jùlọ ti ìyípo náà. Ní ìṣe, ìpíndọ́gba ìfúnpọ̀ tó ga jù lè mú kí iṣẹ́ compressor pọ̀ sí i jù, kí ó sì dín agbára àpapọ̀ kù, pàápàá jùlọ tí ìṣiṣẹ́ compressor bá lọ sílẹ̀ tàbí tí ìpàdánù ìfúnpọ̀ tó pọ̀ bá wà nínú yàrá ìjóná.
Iwọn otutu Inlet Turbine (TIT)
Pípọ̀ sí i TIT sábà máa ń mú kí agbára àti iṣẹ́ rẹ̀ pọ̀ sí i, bí ìfẹ̀sí bá bẹ̀rẹ̀ ní ìpele agbára ooru tó ga jù. Síbẹ̀síbẹ̀, èyí ní ààlà nípasẹ̀ àwọn ohun èlò, àwọn ètò ìtútù abẹ́, àti àwọn ìtújáde NOx, èyí tó máa ń pọ̀ sí i ní ìwọ̀n otútù iná tó ga jù. Nítorí náà, àwọn olùṣe ẹ̀rọ gaasi turbine máa ń náwó púpọ̀ nínú superalloys, àwọn ìbòrí ìdènà ooru, àti àwọn ọ̀nà ìtútù inú.
Agbára Àwọn Ẹ̀yà Ara
Ìṣiṣẹ́ ìṣàn-ẹ̀rọ àti turbines nígbà gbogbo jẹ́ ìyàtọ̀ pàtàkì láàárín iṣẹ́ tó dára jùlọ àti iṣẹ́ gidi. Àdánù afẹ́fẹ́, ìparẹ́, ìbàjẹ́ ìṣàn-ẹ̀rọ, àti ìbàjẹ́ abẹ́ nítorí ìfọ́ àti ìbàjẹ́ yóò dín iṣẹ́ náà kù bí àkókò ti ń lọ.
Iyẹwu Ijona ati Piipu Ipalara
Nínú àwòṣe tó dára jùlọ, àfikún ooru máa ń wáyé nígbà tí a bá ń tẹ̀síwájú. Síbẹ̀síbẹ̀, nínú ètò gidi, ìfúnpọ̀ máa ń dínkù lórí iná àti ọ̀nà ìtújáde. Ìfúnpọ̀ titẹ yìí máa ń dín ìwọ̀n ìfẹ̀sí tó gbéṣẹ́ nínú turbine kù, èyí á sì dín iṣẹ́ turbine kù àti bí ó ṣe ń ṣiṣẹ́ dáadáa.
Àtúnṣe Ìyípo Brayton nínú Àwọn Tẹ́ńpìlì Gáàsì Ilé Iṣẹ́
Láti mú iṣẹ́ rẹ sunwọ̀n síi, a sábà máa ń yí Brayton Cycle padà pẹ̀lú onírúurú ọ̀nà ìṣiṣẹ́:
1. Àtúnṣe (Ẹ̀rọ àtúnṣe)
Àtúnṣe máa ń lo gaasi gbígbóná láti mú kí afẹ́fẹ́ tí a ti fún pọ̀ gbóná kí ó tó wọ inú yàrá ìjóná. Èyí dín agbára epo kù láti dé ibi tí TIT kan náà wà, èyí sì máa ń mú kí iṣẹ́ ooru pọ̀ sí i. Àwọn atúnṣe máa ń múná dáadáa jùlọ nínú àwọn turbines gaasi pẹ̀lú ìwọ̀n titẹ díẹ̀ sí àárín, nítorí pé ní ìwọ̀n titẹ gíga, ìwọ̀n otútù ìta compressor ń sún mọ́ ìwọ̀n otútù gaasi exhaust, èyí sì ń dín àǹfààní àtúnṣe kù.
2. Ṣíṣe àtúnṣe sí ara wọn
A máa ń lo intercooling sí àwọn ìpele ìfúnpọ̀ pẹ̀lú ìtútù láàárín. Ìtútù yìí dín iṣẹ́ ìfúnpọ̀ kù, ó sì lè mú kí agbára àpapọ̀ pọ̀ sí i. Síbẹ̀síbẹ̀, intercooling lè dín agbára ìtútù kù tí a kò bá ṣe àtúnṣe, nítorí pé afẹ́fẹ́ tútù nílò ooru púpọ̀ sí i nínú combustor láti dé TIT.
3. Gbona
Àtúngbóná tún máa ń mú kí gáàsì gbóná láàárín àwọn ìpele ìfàsẹ́yìn turbine. Ète rẹ̀ ni láti mú kí gbogbo iṣẹ́ turbine pọ̀ sí i, èyí sì máa ń mú kí agbára àpapọ̀ pọ̀ sí i. Síbẹ̀síbẹ̀, àtúngbóná sábà máa ń mú kí lílo epo pọ̀ sí i, nítorí náà, iṣẹ́ ooru lè má máa sunwọ̀n sí i nígbà gbogbo, ó sinmi lórí bí ìṣètò àti ààlà ìṣètò ṣe rí.
4. Ìyípo Àpapọ̀
Ìyípo àpapọ̀ náà ń lo ooru èéfín láti inú turbine gaasi láti mú steam jáde, èyí tí ó ń wakọ turbine steam lẹ́yìn náà. Ìṣètò yìí lè mú kí iṣẹ́ ilé iṣẹ́ agbára pọ̀ sí i ní pàtàkì ní ìfiwéra pẹ̀lú ìyípo Brayton tí ó rọrùn. Ní ìwọ̀n ilé iṣẹ́ agbára, ìyípo àpapọ̀ jẹ́ ọ̀kan lára àwọn ìmọ̀-ẹ̀rọ tí ó díje jùlọ nítorí pé ó lè ṣe àṣeyọrí gíga pẹ̀lú àwọn ìtújáde pàtó tí ó kéré síi.
Àwọn Ẹ̀ka Iṣẹ́ Tòótọ́: Ìbàjẹ́ àti Àwọn Ipò Àyíká
Àwọn turbine gaasi ilé iṣẹ́ máa ń ṣiṣẹ́ ní onírúurú àyíká, wọ́n sì máa ń dojúkọ àwọn ìpèníjà bíi iwọ̀n otútù afẹ́fẹ́ tó ga, ọriniinitutu, àti àwọn ohun ìbàjẹ́ (eruku, iyọ̀, tàbí àwọn èròjà epo). Iwọ̀n otútù afẹ́fẹ́ tó ga jù máa ń dín ìwọ̀n afẹ́fẹ́ kù, èyí sì máa ń mú kí ìṣàn omi pọ̀ sí i àti kí agbára má baà dínkù. Nítorí náà, àwọn ilé iṣẹ́ kan máa ń lo itutu afẹ́fẹ́ tó ń wọlé (àwọn ohun èlò ìtútù tàbí àwọn ohun èlò ìtútù) láti mú kí iṣẹ́ wọn sunwọ̀n sí i ní ojú ọjọ́ tó gbóná.
Ìbàjẹ́ ìfọ́mọ́ra tí àwọn èròjà kéékèèké tó kéré máa ń fà lè dín ìṣiṣẹ́ àti ìwọ̀n ìfúnpá tó munadoko kù. Àwọn ìṣe ìtọ́jú bíi fífọ ní orí ayélujára/àìsísípúpọ̀ ni a ń ṣe láti mú iṣẹ́ padà bọ̀ sípò. Jù bẹ́ẹ̀ lọ, àwọn ipò ẹrù díẹ̀ tún máa ń ní ipa lórí ìṣiṣẹ́. Àwọn turbine gaasi sábà máa ń ṣiṣẹ́ dáadáa ní àwọn ẹrù gíga; ní àwọn ẹrù kékeré, ìṣiṣẹ́ máa ń dínkù bí ìṣàkóso ìjóná, àwọn ìyípadà nínú ìpíndọ́gba ìfúnpá tó munadoko, àti àwọn àdánù tó yẹ di olórí.
Àwọn ìtújáde àti Ìṣiṣẹ́ gẹ́gẹ́ bí Àfiyèsí Òde Òní
Àwọn ìkẹ́kọ̀ọ́ Brayton Cycle òde òní kò fojú sí agbára àti ìṣiṣẹ́ nìkan ṣùgbọ́n wọ́n tún dojúkọ àwọn ìtújáde. Sísun ooru gíga máa ń mú kí NOx pọ̀ sí i. Àwọn ìmọ̀-ẹ̀rọ bíi Dry Low NOx (DLN) ni a ti ṣe láti dín àwọn ìtújáde kù nípa ṣíṣe àtúnṣe àdàpọ̀ afẹ́fẹ́-epo láti ṣàkóso ìwọ̀n otútù iná dáadáa láìsí ìdúróṣinṣin sísun.
Síwájú sí i, ìsopọ̀ àwọn turbines gaasi pẹ̀lú àwọn ètò ìgbanisírò erogba (CCS) tàbí lílo epo epo oní-carbon díẹ̀ bíi àwọn àdàpọ̀ hydrogen ń gba ìfàmọ́ra. Gbogbo àwọn ìṣẹ̀dá tuntun wọ̀nyí ṣì dúró lórí òye jíjinlẹ̀ nípa Brayton Cycle, nítorí pé àwọn ìyípadà nínú epo àti ìṣètò yóò ní ipa lórí ìwọ̀n otútù, ìpíndọ́gba ìfúnpá, àti àwọn ànímọ́ ìṣàn.
Ipari
Ìyípo Brayton ni ìpìlẹ̀ ìṣàyẹ̀wò turbine gaasi ilé iṣẹ́, tí ó ní àwọn ìlànà ìfúnpọ̀, ìjóná, ìfẹ̀sí, àti ìkọ̀sílẹ̀ ooru. Àwọn ìlànà bíi ìpíndọ́gba ìfúnpọ̀, TIT, ìṣedéédé àwọn èròjà, àti pípadánù ìfúnpọ̀ ṣe pàtàkì fún iṣẹ́ gidi. Àwọn àtúnṣe ìyípo—àtúnṣe, ìtútù láàárín ara, àtúngbóná, àti àwọn ìyípo àpapọ̀—pèsè onírúurú ọ̀nà láti mú kí iṣẹ́ àti agbára sunwọ̀n síi gẹ́gẹ́ bí àwọn ohun tí a béèrè fún. Nínú iṣẹ́ ilé iṣẹ́, àwọn ìkẹ́kọ̀ọ́ ìyípo Brayton gbọ́dọ̀ tún gbé ìbàjẹ́ àwọn èròjà, àwọn ipò àyíká, iṣẹ́ ìṣiṣẹ́ díẹ̀, àti àwọn ohun tí a nílò láti tú jáde yẹ̀ wò. Pẹ̀lú òye tó péye, àwọn onímọ̀ ẹ̀rọ lè mú kí iṣẹ́ turbine gaasi sunwọ̀n síi fún ìṣedéédé, ìgbẹ́kẹ̀lé, àti ìbáramu àyíká.
