Rankinův cyklus

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 21. května 2020; kontroly vyžadují 2 úpravy .

Rankinův cyklus  je termodynamický cyklus přeměny tepla na práci pomocí pracovní tekutiny , která prochází fázovým přechodem pára-kapalina ( kondenzace ) a reverzním fázovým přechodem kapalina-pára ( odpařováním ). Jako pracovní tekutina se používá voda, rtuť , různé freony a další látky .

Historie

Rankinův cyklus navrhl v polovině 19. století inženýr a fyzik W. Rankine .

Počátkem 20. století bylo podle Rankinova cyklu v jeho různých variacích pomocí parních turbín vyrobeno asi 90 % veškeré elektřiny spotřebované na světě [1] , včetně parních elektráren solární, jaderné a tepelné energie. rostliny, které se používají jako topný olej, plyn, uhlí nebo rašelina.

Rankinův cyklus se také používá v generátorech radioizotopové energie .

účinnost cyklu

Termodynamické studie Rankinova cyklu ukazují, že jeho účinnost do značné míry závisí na rozdílu mezi hodnotami počátečních a konečných parametrů (tlaku a teploty) páry. Účinnost Rankinova cyklu je vyjádřena jako:

Procesy

Rankinův cyklus s vodou jako pracovní tekutinou se skládá z následujících procesů :

Aplikace

Rankinův cyklus je široce používán v moderních tepelných a jaderných elektrárnách s vysokým výkonem, kde se jako pracovní tekutina používá voda.

Reverzní Rankinův cyklus

Když pracovní tekutina prochází Rankinovým cyklem v opačném směru (1-6-5-4-3-2-1), popisuje pracovní proces chladicího stroje s dvoufázovou pracovní tekutinou (tj. fázové přechody z plynu do kapaliny a naopak během procesu). ).

Chladničky pracující podle tohoto cyklu s freonem jako pracovní tekutinou jsou v praxi široce používány jako součást domácích chladniček , klimatizací a průmyslových chladniček s teplotou chlazené komory do -40°C.

Varianty Rankinova cyklu

Rankinův cyklus s ohřívanou napájecí vodou

Cyklus zařízení parní turbíny, ve kterém je napájecí voda předehřívána párou odebíranou z mezistupně parní turbíny před jejím vstupem do kotelní jednotky. Vytápění je realizováno pomocí speciálního výměníku - regeneračního ohřívače, vysokotlakého nebo nízkotlakého (LDPE a HDPE). Nejrozšířenější termodynamický cyklus v tepelné energetice a ohřev probíhá v několika stupních (v jaderných elektrárnách se používá jeden LPH a mezipřehřev páry díky výběru z HPC, v jaderné energetice pracují parní turbíny na nasycené pára, s výjimkou reaktorů s chladivem LMC ), některé parní turbíny v tepelných elektrárnách mají jako úplně první stupeň regenerace v kondenzátoru zabudovaný svazek nízkotlakého ohřívače. Účinnost cyklu také zvyšuje využití odběrů tepla odtahy páry (ohřev síťové vody v kotlích, do kterých pára z tepelných odběrů vstupuje, probíhá zpravidla dvoustupňově), takže pouze 10 % tepelné energie vyrobené spalováním palivo je rozptýleno v atmosféře s přihlédnutím k využití tepla spalin pro ohřev napájecí vody a topného vzduchu přiváděného do hořáků pomocí ohřívače vzduchu v konvekční šachtě a regeneračního ohřívače vzduchu (RAH).

Další pracovní látky používané v Rankinově cyklu

Takzvaný organický Rankinův cyklus využívá místo vody a páry organické kapaliny, jako je n-pentan [2] nebo toluen [3] . Díky tomu je možné využívat zdroje tepla s nízkou teplotou, jako jsou solární jezírka (Solar pond), které se obvykle vyhřívají na 70-90 °C [4] . Termodynamická účinnost takové varianty cyklu je nízká díky nízkým teplotám, nicméně nízkoteplotní zdroje tepla jsou mnohem levnější než vysokoteplotní. Geotermální elektrárna Landau v Německu používá jako pracovní tekutinu isopentan .

Rankinův cyklus lze také použít u kapalin, které mají vyšší bod varu než voda, aby se dosáhlo vyšší účinnosti. Příkladem takových strojů je rtuťová parní turbína používaná jako vysokoteplotní součást v rtuťově-parní turbíně s binárním cyklem rtuť -voda.) [5] [6] .

Viz také

binární cykly

Poznámky

  1. ↑ Wiser, Wendell H. Energetické zdroje: výskyt, produkce, přeměna, využití  (neopr.) . — Birkhauser, 2000. - S. 190. - ISBN 978-0-387-98744-6 .
  2. ↑ Kanada, Scott; G. Cohen, R. Cable, D. Brosseau a H. Price. Parabolic Trough Organic Rankine Cycle Solar Power Plant  (anglicky)  // 2004 DOE Solar Energy Technologies: journal. - Denver, Colorado: Ministerstvo energetiky USA NREL, 2004. - 25. října. Archivováno z originálu 18. března 2009.
  3. ↑ Button, Bill Organic Rankine Cycle Engines for Solar Power (odkaz není dostupný) . Konference Solar 2000 . Společnost Barber-Nichols Inc. (18. června 2000). Získáno 18. března 2009. Archivováno z originálu dne 20. srpna 2013. 
  4. ↑ Nielsen a kol., 2005, Proc. Int. Solární energie Soc.
  5. ↑ Vukalovič M.P. Novikov I.I.  Termodynamika. M., 1972. S. 585.
  6. ↑ Typy kogeneračních turbín Archivní kopie z 15. dubna 2012 na Wayback Machine (Vzdělávací a metodický komplex „Technická termodynamika“) // Chuvash State University. : „Rtuť má nízký saturační tlak při vysokých teplotách a vysoké kritické parametry p cr = 151 MPa (1540 kgf / cm 2 ), T cr = 1490 °C a při teplotě např. 550 °C je saturace tlak je pouze 1420 kPa (14,5 kgf / cm 2 ); to umožňuje provádět Rankinův cyklus na nasycených parách rtuti bez přehřívání s dostatečně vysokou tepelnou účinností. … Rtuť jako pracovní tekutina je tedy dobrá pro horní (vysokoteplotní) část cyklu a nevyhovující pro spodní část.“

Literatura

  1. Bystritsky G. F. Základy energetiky. — M. : Infra-M, 2007. — 276 s. — ISBN 978-5-16-002223-9 .
  2. Technická termodynamika. Ed. V. I. Krutová. Moskva "střední škola". 1981. (formát djvu).
  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích