CHƯƠNG 6. CÁC CHU TRÌNH LÝ THUYẾT HỆ THỐNG THIẾT BỊ ĐỘNG LỰC HƠI NƯỚC
Trong chu trình chất khí vừa nói ở trên, môi chất có thể coi là khí lý tưởng, còn ở đây chúng ta nghiên cứu chu trình thuận chiều (động cơ) trong đó môi chất là hơi của chất lỏng và có sự chuyển pha, nên môi chất ở đây phải xem là khí thực nên không thể dùng các phương trình của khí lý tưởng mà phải dùng bảng hoặc đồ thị để tính toán.
Trong vùng hơi bão hoà ta có thể dùng chu trình Cacnô trong phạm vi nhiệt độ DT đã cho để có được hiệu suất nhiệt lớn nhất. Tuy nhiên nếu dùng chu trình Cacnô trong vùng hơi bão hoà, do bị hạn chế bởi hiệu nhiệt độ DT không được lớn (nhịêt độ nguồn nóng T1 phải bé hơn nhiệt độ tới hạn TK, ví dụ với nước TK = 3470C), nên hiệu suất nhiệt của chu trình Cacnô không lớn. Hơn nữa nếu dùng chu trình Cacnô thì sau bình ngưng (không ngưng hoàn toàn) là hơi bão hoà ẩm mà muốn tăng áp suất của hơi phải dùng máy nén là thiết bị rất cồng kềnh. Vì vậy người ta dùng một chu trình gần với chu trình Cacnô đối với hơi gọi là chu trình Rankine (do W.Rankine đề xuất vào giữa thế kỷ 19) trong các nhà máy nhiệt điện, điện nguyên tử, điện mặt trời và địa nhiệt.
6.1. Sơ đồ nguyên lý của thiết bị động lực hơi nước cơ bản
Hình 6.1 biểu diễn sơ đồ nguyên lý của các nhà máy điện kể trên. Môi chất sử dụng ở đây thường là nước. Các bộ phận chính của các nhà máy điện ở đây đều giống nhau chỉ khác ở thiết bị sinh hơi.
Thiết bị sinh hơi I là thiết bị biến nước thành hơi bão hoà khô ở áp suất p1 = const. Với nhà máy nhiệt điện là lò hơi (thực hiện quá trình cháy nhiên liệu như than, dầu, khí), với nhà máy điện mặt trời, địa nhiệt là lò hơi mặt trời hoặc lò hơi địa nhiệt (thực hiện quá trình nhận nhiệt từ năng lượng mặt trời hoặc địa nhiệt), với nhà máy điện nguyên tử là thiết bị trao đổi nhiệt thực hiện qúa trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt trong lò phản ứng hạt nhân (như nước, kim loại lỏng, chất khí CO2...) tới nước.
Bộ quá nhiệt II ở đây hơi bão hoà khô tiếp tục nhận nhiệt và biến thành hơi quá nhiệt có nhiệt độ t1 ở áp suất p1 = const.
Hơi nước ra khỏi bộ quá nhiệt có p1, t1 cao đi vào tuabin hơi III. Đầu tiên hơi nước giãn nở trong ống tăng tốc ( cánh tĩnh của tuabin) để tăng động năng sau đó đập vào cánh động của tuabin làm tua bin quay chạy máy phát điện IV.
Hơi nước (hơi bão hoà ẩm) ra khỏi tuabin ở áp suất p2 =0,03¸0,05 bar đi và bình ngưng V. Ở đây hơi sẽ ngưng tụ thành nước và nhả nhiệt q2 cho nước làm mát bình ngưng ở áp suất p2 = const và được đưa trở lại lò hơi bằng bơm cấp nước V với áp suất p1.
6.2. Chu trình rankine
Hình 6.2 biểu diễn chu trình Rankine trên đồ thị T-s, p-v. Trong đó:
1-2: quá trình giãn nở đoạn nhiệt (thuận nghịch) của hơi trong tuabin, áp suất giảm từ p1 đến p2.
2-2’: quá trình ngưng hơi (hoàn toàn) trong bình ngưng. Hơi nhả nhiệt q2 ở áp suất không đổi p2 cho nước làm mát.
2’-3: quá trình nén đoạn nhiệt (thuận nghịch) nước ngưng trong bơm cấp, áp suất tăng từ p2 đến p1.
3-4-5: quá trình hoá hơi, biến nước thành hơi bão hoà khô thực hiện trong thiết bị sinh hơi ở áp suất p1 không đổi.
