Ciclul Rankine cu abur supraîncălzit
Această intrare sau secțiune despre subiectul fizicii nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . |
Ciclul Rankine cu supraîncălzire , numit și ciclul Hirn, este un ciclu termodinamic direct cu vapori de apă , care prezintă o schemă a plantei similară cu cea a Rankinei simple, cu excepția generatorului de abur în care se află o zonă de supraîncălzire. Ciclul Hirn general poate fi văzut ca fiind compoziția a două cicluri care lucrează în paralel: primul este ciclul Rankine simplu de început (12341 în figură), în timp ce al doilea, în dreapta lui și cu forma care amintește de cel al unui dinte, este ciclul de supraîncălzire adăugat (33'4'43 în figură). În simboluri, ⟳H = ⟳R + ⟳Surr.
Etape de administrare a căldurii în apă
Apa în starea fizică 1 a lichidului saturat este comprimată de o pompă hidraulică (transformare 1 -> 2). Apa părăsește pompa în starea fizică 2 de lichid comprimat și intră în generatorul de abur , unde suferă o transformare izobarică (2 -> 3 '), absorbind căldura la presiunea p 2 (p mare în figură). Acest proces poate fi împărțit în trei etape:
- încălzirea lichidului la presiunea p 2 , până la temperatura de saturație;
- vaporizare completă;
- supraîncălzire cu abur, care trece de la o stare fizică a aburului saturat uscat (3) la abur supraîncălzit (3 '), întotdeauna la presiunea p 2 .
Primele două faze sunt, de asemenea, caracteristice ciclului Rankine simplu, în timp ce a treia doar a ciclului Hirn (nume dat ciclului Rankine cu supraîncălzire).
Toate cele trei faze apar de-a lungul aceleiași curbe izobare, adică la presiune constantă.
Avantaje și dezavantaje
Funcționând la presiune constantă, comparativ cu un ciclu normal Rankine între aceleași presiuni de condensare și vaporizare, supraîncălzirea permite obținerea unor valori mai ridicate ale conținutului de vapori la sfârșitul expansiunii: picăturile de lichid prezente sunt mai mici de 0,88 în aburul saturat pe care l-ar face să fie într-o cantitate care să provoace deteriorarea lamelor de joasă presiune ale turbinei din cauza eroziunii.
Această supraîncălzire are alte aspecte avantajoase asupra ciclului: permite, de fapt, să atingă o eficiență termodinamică mai mare și să scadă consumul specific de abur (cu același debit al fluidului motor, se obține o putere mecanică netă mai mare).
Aceste beneficii cresc pe măsură ce crește temperatura maximă de supraîncălzire a aburului. Totuși, acesta din urmă este supus atât constrângerilor economice, datorită randamentului care are o creștere neliniară, cât și constrângerilor legate de materialele utilizate. Aceste constrângeri înseamnă că este limitată la vârf de o valoare de aproximativ 620 ° C. Deși este posibil să se producă sisteme care să reziste la temperaturi chiar mai ridicate, creșterea mică a randamentului care poate fi obținută nu ar plăti costurile investiționale necesare.
Chiar și acest ciclu nu permite să exploateze pe deplin posibilitățile de producere a puterii mecanice. De fapt, pe măsură ce presiunea generatorului de abur crește și temperaturile de pornire și sfârșit de supraîncălzire sunt setate, există, da, o creștere a eficienței, dar și o scădere periculoasă a conținutului de abur: deja la presiuni relativ mici, 8 MPa , titlul la sfârșitul expansiunii este mai mic de 0,88.
Pentru a evita acest inconvenient și pentru a exploata mai bine posibilitatea producerii de energie mecanică, se utilizează ciclul Rankine cu abur reîncălzit în care aburul supraîncălzit, după ce s-a extins parțial într-o primă turbină, revine la secțiunea de supraîncălzire a generatorului de abur, pentru a apoi se extinde complet într-o a doua turbină. Într-un singur ciclu pot exista și trei sau patru supraîncălziri, fiecare urmată de revenirea la turbină.
