Materiały pomocnicze do zajęć: Systemy konwersji energii wykorzystujące odnawialne i konwencjonalne źródła

OBIEG CLAUSIUSA-RANKINE’A

Strona 1

18.03.2014

Obieg Clausiusa-Rankine’a

Obieg Clausiusa-Rankine’a (CR) jest obiegiem porównawczym siłowni parowej.

Występuje w kilku odmianach, m.in. obiegu na parę nasyconą (a) i przegrzaną (b)

T

s

K

l

CR

q

d

q

w

1

2

4

3

4a

4b

T

s

K

l

CR

q

d

q

w

2

4

3

4a

1

W dalszej części są zaprezentowane przemiany obiegu CR dla obiegu na parę przegrzaną.

Jednostkowa praca obiegu CR (l

CR

) oraz sprawność obiegu CR (η

CR

)

2

1

i

i

l

T

−

=

0

3

4

≈

−

=

i

i

l

P

0

2

1

−

−

=

i

i

l

CR

3

1

2

1

3

1

3

2

3

1

)

(

)

(

)

(

i

i

i

i

i

i

i

i

i

i

q

q

q

q

l

d

w

d

d

CR

CR

−

−

=

−

−

−

−

=

−

=

=

η

3

1

i

i

q

d

−

≈

3

2

i

i

q

w

−

=

)

(

)

(

3

2

3

1

i

i

i

i

l

CR

−

−

−

=

[ ]

J/kg

2

1

i

i

l

CR

−

=

3

1

2

1

i

i

i

i

CR

−

−

=

η

a)

b)

Materiały pomocnicze do zajęć: Systemy konwersji energii wykorzystujące odnawialne i konwencjonalne źródła

OBIEG CLAUSIUSA-RANKINE’A

Strona 2

18.03.2014

Przemiany obiegu Clausiusa-Rankine’a

Przemiana 1-2

T

s

K

l

CR

q

d

q

w

1

2

4

3

4a

4b

skraplacz

q

d

q

w

l

d

l

w

przegrzewacz

pompa

3

4

2

turbina

kocioł

izentropowe rozpr

ęż

anie

pary przegrzanej do stanu pary

nasyconej mokrej

od ci

ś

nienia

p

1

do ci

ś

nienia

p

2

w turbinie parowej

praca ekspansji pary

przekazywana jest za po

ś

rednictwem

łopatek turbiny na wał turbiny i dalej do odbiornika, np.
generatora energii elektrycznej

p

v

1

2

K

l

d

= l

P

l

w

= l

T

4

3

q

d

q

w

p

1

p

2

[ ]

J/kg

2

1

2

1

i

i

l

l

T

t

−

=

=

−

1

Przemiana 2-3

T

s

K

l

CR

q

d

q

w

1

2

4

3

4a

4b

skraplacz

q

d

q

w

l

d

l

w

przegrzewacz

pompa

3

4

2

turbina

kocioł

izobaryczne skraplanie

rozpr

ęż

onej pary mokrej

przy stałym ci

ś

nieniu

p

2

i stałej temperaturze

T

2

= T

3

w

skraplaczu

woda chłodz

ą

ca odbiera

ciepło

od pary mokrej a

ż

do

całkowitego skroplenia pary

p

v

1

2

K

l

d

= l

P

l

w

= l

T

4

3

q

d

q

w

1

[ ]

J/kg

3

2

i

i

q

w

−

=

p

1

p

2

T

2

Materiały pomocnicze do zajęć: Systemy konwersji energii wykorzystujące odnawialne i konwencjonalne źródła

OBIEG CLAUSIUSA-RANKINE’A

Strona 3

18.03.2014

Przemiana 3-4

p

v

1

2

K

l

d

= l

P

l

w

= l

T

4

3

q

d

q

w

T

s

K

l

CR

q

d

q

w

1

2

4

3

4a

4b

skraplacz

q

d

q

w

l

d

l

w

przegrzewacz

pompa

3

4

2

turbina

kocioł

izentropowe / izochoryczne (*) spr

ęż

anie

kondensatu

(skroplonej wody)

od ci

ś

nienia

p

2

= p

3

do

p

4

= p

1

w pompie zasilaj

ą

cej

kocioł

praca spr

ęż

ania

wody w pompie (pompa wtłacza skropliny

do kotła)

1

odcinek 3-4

faktycznie jest du

ż

o

krótszy (p. 3 i 4

niemal pokrywaj

ą

si

ę

)

(*) spr

ęż

anie wody w

pompie jest

izentropowe

,

ale mo

ż

e by

ć

z dobrym

przybli

ż

eniem uznane

równie

ż

za

izotermiczne

i za

izochoryczne

[ ]

J/kg

3

4

4

3

i

i

l

l

P

t

−

=

=

−

[ ]

J/kg

)

(

3

4

3

4

3

p

p

v

l

t

−

≅

−

Przemiana 4-1

p

v

1

2

K

l

d

= l

P

l

w

= l

T

4

3

q

d

q

w

T

s

K

l

CR

q

d

q

w

1

2

4

3

4a

4b

skraplacz

q

d

q

w

l

d

l

w

przegrzewacz

pompa

3

4

2

1

turbina

kocioł

izobaryczne wytwarzanie pary

przegrzanej

przy stałym ci

ś

nieniu

p

1

w kotle parowym:

4-4a

→

podgrzewacz wody (podgrzewanie

wody do temperatury nasycenia T

n

=T

4a

); 4a-4b

→

parownik

(odparowanie wody przy stałej temperaturze T

n

=T

4a

=T

4b

);

4b-1

→

przegrzewacz pary (przegrzewanie pary)

do kotła doprowadzane jest

ciepło

wywi

ą

zuj

ą

ce si

ę

podczas

spalania paliwa

p

4

=p

1

p

2

=p

3

[ ]

J/kg

3

1

4

1

i

i

i

i

q

d

−

≈

−

=

T

n