Obieg Rankine'a (dokładniej obieg Clausiusa-Rankine'a) jest
obiegiem
porównawczym dla procesów, w których zachodzi parowanie i skraplanie czynnika roboczego np. dla konwencjonalnych lub jądrowych
siłowni parowych
, agregatów chłodziarek.
Jest on złożony z następujących przemian:
Sprawność
obiegu dla wody może wynosić 0,4-0,6, w praktyce bliższa dolnej granicy, co wynika z odchyłek przemian od założeń teoretycznych obiegu (np. nieizentropowe rozprężanie pary w turbinie, spadki ciśnienia w wymiennikach ciepła w kotle, etc.).
Obieg ten jest znacznie bliższy rzeczywistości dla cyklu, w którym zachodzi przemiana fazowa gaz - ciecz w porównaniu z
obiegiem Carnota
, który jest cyklem zachodzącym tylko dla gazu.
Czynnikiem roboczym (termodynamicznym)
w cyklu Rankine'a jest w zastosowaniach technicznych (
energetyce
) najczęściej
woda
. Wynika to z wielu względów, m.in. z jej bardzo łatwej dostępności oraz obojętności dla środowiska. Niekiedy pojawiają się tzw. ORC, Organic Rankine Cycle, obiegi Rankine'a wykorzystujące jako czynnik roboczy
węglowodory
, co pozwala na pracę przy niższych
temperaturach
górnego źródła ciepła obiegu
. Dzięki temu możliwe jest wykorzystanie np. ciepła geotermalnego do produkcji energii elektrycznej.
Podnoszenie sprawności obiegu Rankine'a
Przegrzew wtórny
W tym przypadku para po opuszczeniu wysokoprężnej części turbiny kierowana jest z powrotem do kotła do ponownego przegrzania. Pozwala to na zapobieganie skraplania się pary wodnej wewnątrz turbiny i zwiększa jej żywotność (jak widać na wykresach T-s i p-v, podczas rozprężania pary (przemiana 1-2) następuje przekroczenie linii nasycenia pary wodnej i wejście w obszar pary wilgotnej, a więc mieszaniny pary wodnej i wody w fazie ciekłej - przegrzew wtórny powoduje przesunięcie na wykresie T-s "w prawo" rozprężania i pozwala na uniknięcie lub opóźnienie wejścia w obszar pary wilgotnej). Jednocześnie powoduje zwiększenie średniej temperatury przekazywania ciepła do czynnika w obiegu, od której to temperatury zależy sprawność (podobnie jak od temperatury dostarczania ciepła w obiegu Carnota).
Regeneracja ciepła
Regeneracja ciepła w
obiegach termodynamicznych
polega na zachowaniu pewnej ilości ciepła wewnątrz obiegu, które bez regeneracji byłoby wyrzucone do otoczenia.
W siłowni parowej (a więc i w obiegu Rankine'a) ciepłem tym jest
ciepło skraplania
pary wodnej. Część strumienia pary, po rozprężeniu w pewnej ilości stopni turbiny, odprowadzana jest do
wymiennika regeneracyjnego
. Całe ciepło (a dokładniej
entalpia
) tej części strumienia pary wykorzystane zostaje do podgrzania kondensatu, dzięki czemu w kotle spalana jest mniejsza ilość
paliwa
.
Regeneracyjny podgrzew wody zasilającej kocioł realizowany jest zwykle w kilku wymiennikach, dzięki czemu minimalizowane są straty
egzergii
. Ilość wymienników zależna jest od wielkości bloku energetycznego, i wynosi zwykle od kilku do kilkunastu. Część wymienników umieszczona jest przed pompą zasilającą (wymienniki niskoprężne), a część za (wymienniki wysokoprężne). Nazwa pochodzi oczywiście od ciśnienia panującego po stronie
kondensatu
.
Regeneracja ciepła obiegu Rankine'a prowadzi do wzrostu sprawności termicznej obiegu o kilka do kilkunastu procent, w zależności od ilości wymienników i wielkości ciepła wykorzystanego do regeneracji. Zastosowanie w układach rzeczywistych siłowni regeneracji ciepła prowadzi do komplikacji układu i wzrostu kosztów inwestycyjnych. Jednak korzyści wynikające ze wzrostu sprawności netto elektrowni powodują, że regeneracja ciepła była, jest i będzie stosowana, a jej znaczenie stale wzrasta.
Zobacz też:
przegrzew wtórny
.
Wystąpił problem z bazą danych.
Spróbuj ponownie poprzez naciśnięcie przycisku "Odśwież".
Przepraszamy za powstały problem.