Chu trình rankine là gì? Có bao nhiêu giai đoạn rankine?

0
3386

Các chu kỳ Rankine hoặc Rankine Cycle là chu trình được sử dụng rộng rãi bởi các nhà máy điện như nhà máy điện chạy bằng than hoặc lò phản ứng hạt nhân . Hoạt động bằng cách sử dụng nhiên liệu để tạo ra nhiệt trong lò hơi, chuyển nước thành hơi sau đó nở ra qua tuabin tạo ra những công việc hữu ích. Vậy chi tiết chu trình rankine là gì? Có bao nhiêu giai đoạn rankine? Tất cả sẽ được thông tin ngay trong bài viết này.

Chu trình rankine là gì?

Chu trình Rankine là chu trình cơ khí trong các nhà máy điện, nó làm nhiệm vụ chuyển đổi áp lực của hơi nước thành năng lượng cơ học bằng tuabin hơi nước.

Chu trình rankine hoạt động với sự góp mặt của các thành phần chính là tuabin quay, máy bơm nồi hơi, bình ngưng tĩnh và lò hơi.

Chu trình rankine là gì

Chất lỏng (thường là nước) được cung cấp một lượng nhiệt cao bằng lò hơi cho đến khi nước chuyển thành trạng thái hơi (do áp suất cao) khiến tuabin quay.

Hơi sau khi qua tua bị sẽ ngưng tụ thành trạng thái lỏng đồng thời loại bỏ hết năng lượng nhiệt thải và quay trở lại lò hơi, hoàn thành chu trình. Những tổn thất do ma sát thường không đáng kể so với tổn thất nhiệt động lực, đặc biệt là trong các hệ thống lớn.

Đặc điểm chu trình rankine

Như đã được giới thiệu chu trình Rankine là một mô tả chặt chẽ quá trình hoạt động của hơi nước trong các nhà máy điện, khai thác lượng nhiệt năng của nhiên liệu để tạo ra điện. Sinh nhiệt bằng cách đốt các nhiên liệu tạo ra công suất lớn. Quá trình đốt cháy và sinh nhiệt cần có sự phối hợp giữa nguồn nóng và nguồn lạnh.

Đặc điểm chu trình rankine

Nguồn nóng

Nguồn nóng hay còn gọi là nguồn tạo nhiệt, sử dụng các nhiên liệu được hình thành tự nhiên (nhiên liệu hóa thạch) như dầu mỏ, than đá, khí đốt tự nhiên,…. được đốt cháy để tạo nhiệt độ cao. Nhiệt độ vào tuabin khoảng 565°C và ngưng tụ hơi 30°C, mang lại hiệu suất lý tưởng.

Nguồn lạnh

Phải có sự chênh lệch giữa giữa nhiệt độ để tạo hiệu suất cao nhất, chính vì thế cần có sự góp mặt của nguồn lạnh trong chu trình rankine. Có thể hiểu nguồn lạnh trong chu trình rankine là nơi có nhiều nước, nước chảy mạnh như sông hoặc biển, đó là lý do vì sao các nhà máy điện đều đặt ở các con sông lớn.

Ngoài nước thì cũng có rất nhiều chất lỏng khác được sử dụng làm nguồn nóng của chu trình rankine nhưng suy cho cùng lợi ích của nguồn lạnh nước này là sự phong phú, không độc hại, chi phí thấp và và đặt tính nhiệt động của nó. Hơi nước được ngưng tụ, giúp giảm áp suất đầu ra của tuabin và bơm cấp liệu chỉ tiêu thụ chưa đến 3% công suất đầu ra mang lại hiệu quả cao hơn.

Chu trình rankine có mấy giai đoạn?

Chu trình Rankine là chu trình vận hành cơ bản của tất cả các nhà máy điện nơi chất lỏng vận hành liên tục bay hơi và ngưng tụ. Việc lựa chọn chất lỏng vận hành phụ thuộc chủ yếu vào phạm vi nhiệt độ có sẵn. Chu trình rankine bao gồm 4 giai đoạn sau đây:

Các giai đoạn chu trình rankineGiai đoạn 1: Truyền nhiệt đẳng cấp

Chất lỏng có áp suất cao đi vào lò hơi từ bơm cấp liệu (1) và được làm nóng đến nhiệt độ bão hòa (2). Việc bổ sung thêm năng lượng gây ra sự bay hơi của chất lỏng cho đến khi nó được chuyển hoàn toàn thành hơi bão hòa (3).

Giai đoạn 2: Mở rộng đẳng hướng

Hơi được mở rộng trong tuabin, do đó tạo ra công có thể được chuyển đổi thành điện năng. Trong thực tế, sự giãn nở bị giới hạn bởi nhiệt độ của môi chất làm mát và bởi sự xói mòn của các cánh tuabin do chất lỏng cuốn theo dòng hơi khi quá trình di chuyển xa hơn vào vùng hai pha. Chất lượng hơi thoát ra phải lớn hơn 90%.

Giai đoạn 3: Từ chối nhiệt Isobaric

Hỗn hợp hơi-lỏng rời tuabin (4) được ngưng tụ ở áp suất thấp, thường trong bình ngưng bề mặt sử dụng nước làm mát. Trong các thiết bị ngưng tụ được thiết kế và bảo trì tốt, áp suất của hơi thấp hơn áp suất khí quyển, tiệm cận áp suất bão hòa của chất lỏng vận hành ở nhiệt độ nước làm mát.

Giai đoạn 4: Nén đẳng hướng

Áp suất của nước ngưng được nâng lên trong bơm cấp liệu. Do khối lượng riêng của chất lỏng thấp, công việc của máy bơm tương đối nhỏ và thường bị bỏ qua trong các tính toán nhiệt động lực học.

Sự khác nhau giữa chu trình rankine với brayton?

Hiểu một cách đơn giản chu trình rankine là chu trình hoạt động của dòng hơi đo lường hiệu quả bằng hiệu suất của tuabin. Còn chu trình Brayton là chu trình nhiệt động học có hiệu quả giữa pha lỏng và hơi. Ngoài ra, chu trình rankine có đến 4 thành phần còn chu trình Brayton chỉ có 3 thành phần.

Sự khác nhau giữa chu trình rankine và brayton

Trên đây là tất cả những thông tin dễ hiểu nhất về chu trình rankine, từ khái niệm đặc điểm đến các giai đoạn hoạt động. Nếu anh em có cách hiểu nào đơn giản hoàn chỉnh hơn có thể chia sẻ để mọi người cùng tham khảo nhé!

* Bài viết này có sự tham khảo trên Wikipedia Việt Nam

Mecsu Blog

Đam mê cơ khí trong máu rồi, biết gì chia sẻ đó, anh em cùng nhau chia sẻ nhé
Subscribe
Notify of
0 Bình luận
Inline Feedbacks
View all comments