Koolduurstasie – Komponente Werkings en Stasiekeuse

Wat is 'n termiese kragstasie?

Die wet van energiebehoud stel dat energie nie geskep of vernietig kan word nie; eerder kan dit slegs van die een vorm na 'n ander omskep. Elektriese energie, veral, kan uit 'n verskeidenheid energiebronne beheer word. Fasiliteits wat ontwerp is om grootskale elektriese energie te genereer, word algemeen as kragstasies of kragvervaardigingsaanlegte bekend.

'n Termiese kragstasie is 'n tipe kragvervaardigingsfasiliteit wat hitte-energie omskep na elektriese energie. Hitte-energie vir hierdie aanlegte kan van verskillende bronne afkomstig wees, insluitend steenkool, diesel, bio-brandstowwe, sonenergie en kernenergie. Terwyl die term "termiese kragstasie" tegnies aanlegte kan insluit wat verskeie hittebronne gebruik, word dit meestal geassosieer met aanlegte wat op steenkool vertrou om hitte te genereer. As gevolg hiervan word termiese kragstasies beskou as konvensionele kragvervaardigingstelsels. Hulle word soms ook damp-turbine kragstasies of steenkool-gedrewe kragstasies genoem, wat die primêre brandstofbron en die sleutel-energie-omsetmekanisme weerspieël.

Werk van 'n termiese kragstasie

Termiese kragstasies funksioneer op grond van die Rankine-siklus, 'n fundamentele termodynamiese siklus om hitte om te skakel na meganiese werk, wat dan gebruik word om elektrisiteit te genereer. Die volgende eenvoudige diagram of uitleg van 'n termiese kragstasie bied 'n visuele voorstelling van sy operasionele komponente en prosesse.

Die innerwerkings en komponente van 'n termiese kragstasie

Operasionele proses

Termiese kragstasies vereis 'n aansienlike hoeveelheid brandstof, tipies steenkool. Gegewe die groot volume wat benodig word, word steenkool gewoonlik per trein vervoer en in toegewyde brandstofbergingsareas gestoor. Aanvanklik is die rau steenkool te groot vir direkte gebruik in die ketel. Om hierdie probleem te hanteer, word dit in 'n verpletteraar gevoer, waar dit in kleiner, meer hanteerbare stukke verklein word voordat dit na die ketel gebring word.

Naast steenkool is 'n aansienlike hoeveelheid water noodsaaklik vir dampproduksie binne die ketel. Voordat dit die stelsel binnegaan, ondergaan die water 'n behandelproses. Dit gaan deur verskeie filters om onreine en opgeloste lug te verwyder, wat die puurheid daarvan verseker. Eenmaal behandel, word die water na die keteldrom gerig. Binne die keteldrom word die hitte wat deur die verbranding van steenkool gegenereer word, oorgedra aan die water. As gevolg hiervan ondergaan die water 'n faseverandering en verander dit in damp.

Die geproduseerde damp is hoëdruk en hoëtemperatuur, wat dit ideaal maak vir kragopwekking. Hierdie damp word dan gekanaliseer na 'n super-verhitter, waar dit verder verhit word om sy termiese energie te verhoog. Die super-verhitte damp word daarna na die turbineblaaie gedirigeer. Terwyl die damp oor die turbineblaaie vloei, word sy termiese energie deur die turbine omgesit na meganiese rotasie-energie.

Die turbine is meganies gekoppel aan 'n alternaator deur 'n gemeenskaplike as. Terwyl die turbine draai, drijf dit die rotor van die alternaator. Die alternaator, op sy beurt, omskep hierdie meganiese energie na elektriese energie. Om die gegenereerde elektriese energie doeltreffend oor langer afstande te oorspan, word dit deur 'n transformator gestuur, wat die spanning verhoog. Die hoëspanningselektrisiteit word dan deur oorspanningslyne gestuur om by die eindbruikers, of laste, in die kragnet te bereik.

Na het dit deur die turbine gegaan, word die damp, nou by 'n laer druk en temperatuur, na 'n kondenseerder gedirigeer. In die kondenseerder sirkuile koue water rondom die damp, wat dit laat verdamp terug na sy vloeistofform. Hierdie verdampingproses gee die oorblywende hitte van die damp vry, wat effektief die druk en temperatuur daarvan verlaag. Deur die water op hierdie manier te herwin, word die doeltreffendheid van die kragopwekkingsiklus verhoog.

Die verdamp water word dan deur 'n voedwaterpomp terug na die ketel gepomp, gereed om weer verhit en omgeskakel na damp, en so sluit die siklus. Tussen_tyds word die as wat as nevenprodukt van steenkoolverbranding gegenereer word, van die ketelfurnace verwijder. Doeltreffende afval van hierdie as is krities om omgewingskade te voorkom. Verder word tydens die verbranding van steenkool in die ketel rookgase vervaardig en in die atmosfeer deur die skoorsteen vrygestel.

Kernkomponente

'n Termiese kragstasie bestaan uit verskeie integrale komponente wat harmonieus saamwerk om die kragopwekkingsproses te fasiliteer:

• Ketel: Die hart van die termiese kragstasie, waar steenkoolverbranding plaasvind, en hitte oorgedra word aan water om damp te produseer.

• Turbine: Omskep die termiese energie van hoëdrukdamp na meganiese rotasie-energie.

• Super-verhitter: Verhoog die temperatuur van die damp wat in die ketel geproduseer word, wat sy energieinhoud verhoog vir meer doeltreffende kragopwekking.

• Kondenseerder: Verdamp die uitlaatdamp van die turbine terug na water, wat hitte herwin en die doeltreffendheid van die siklus handhaaf.

• Economiser: Voorverhit die voedwater deur die hitte van die rookgase, wat die algehele energieverbruik van die ketel verminder.

• Voedwaterpomp: Sirkuile die verdamp water van die kondenseerder terug na die ketel, wat 'n kontinue verskaffing verseker vir dampproduksie.

• Alternaator: Transformeer die meganiese energie van die turbine na elektriese energie, wat deurgeef kan word deur die kragnet.

• Skoorsteen: Versprei die rookgase wat tydens steenkoolverbranding geproduseer word, in die atmosfeer op 'n gecontroleerde manier.

• Koeltoring: Fasiliteer die koeling van die water wat in die kondenseerder gebruik word, wat dit laat herwin en hergebruik in die kragopwekkingsproses.

Komponente, standplaaskeleksie, en doeltreffendheid van termiese kragstasies

Kernkomponente van termiese kragstasies

Ketel

Gemengde steenkool, vergezeld van voorverhitte lug, word in die ketel gevoer, wat as die kernkomponent dien om hoëdruk-damp te genereer. Sy primêre funksie is om die chemiese energie wat in steenkool gestoor is, deur middel van die verbrandingsproses, om te skakel na termiese energie. Terwyl steenkool binne die ketel verbrand, genereer dit intense hitte, wat temperatuur bereik wat voldoende is om water om te skakel na damp. Die grootte van die ketel word direk bepaal deur die hittevereistes van die termiese kragstasie. Daar is 'n verskeidenheid ketels wat in termiese kragstasies gebruik word, insluitend Haycock- en wagon-topketels, buisketels, silindervormige buisketels, en waterbuisketels, elk met sy eie ontwerpeienskappe en operasionele voordele.

Turbine

Hoëdruk en hoëtemperatuur super-verhitte damp, geproduseer deur die ketel, word na die turbine gedirigeer. Wanneer hierdie damp die turbineblaaie raak, bring dit die turbine in beweging. Die turbine is 'n gesofistikeerde meganiese toestel wat spesifiek ontwerp is om die termiese energie van damp om te skakel na rotasiekinetiese energie. Meganies gekoppel aan 'n alternaator via 'n as, laat die draai van die turbine die rotor van die alternaator aandryf. Nadat die damp deur die turbine gegaan het, verlaag sy temperatuur en druk, en word dit dan na die kondenseerder gekanaliseer vir verdere verwerking.

Super-verhitter

In 'n damp-turbine gebaseerde kragopwekkingsstelsel is super-verhitte damp noodsaaklik vir doeltreffende turbinebedryf. Nat en verzadigde damp, wat uit die ketel kom, word in die super-verhitter gevoer. Hierdie toestel speel 'n kritiese rol om die damp om te skakel na droë en super-verhitte damp, wat die termiese energie-inhoud daarvan beduidend verhoog. Van alle komponente van 'n termiese kragstasie, werk die super-verhitter by die hoogste temperatuur. Drie hoofsoorte super-verhitters word algemeen gebruik: konveksie-super-verhitters, wat hitte oordra deur konveksiestrome; stralings-super-verhitters, wat op stralingshitte-oordrag vertrou; en apart aangedrewe super-verhitters. Deur die temperatuur van die damp wat deur die ketel geproduseer word, te verhoog, verhoog die super-verhitter die algehele doeltreffendheid van die kragopwekkingsproses.

Kondenseerder

Nádat die damp deur die turbine gegaan het en sy temperatuur en druk verlaag het, word die uitlaatdamp terug in die kragopwekkingsiklus gekanaliseer. Om die doeltreffendheid van die turbine te optimaliseer, is dit nodig om hierdie damp te verdamp, 'n passende vakuum te skep en te handhaaf. Die kondenseerder bereik dit deur die werkingdruk te verlaag, wat die vakuumvlak verhoog. Hierdie verhoging in vakuum veroorsaak dat die volume van die damp uitbrei, wat meer werk uit die damp in die turbine laat trek. As gevolg hiervan verbeter die algehele doeltreffendheid van die kragstasie, met 'n ooreenkomstige verhoging in die uitset van die turbine.

Economiser

Die economiser is 'n gespesialiseerde hitte-wisselaar ontwerp om energieverbruik binne die kragstasie te minimeer. Rookgase, ryk aan termiese energie, word uit die ketel in die atmosfeer vrygestel. Die economiser benut die hitte van hierdie rookgase om die water voor te verhit. Water wat van die kondenseerder herwin is, word deur die voedwaterpomp na die economiser gepomp. Hier absorbeer dit die hitte van die rookgase, wat sy temperatuur verhoog voordat dit die ketel binnegaan. Deur die afvalhitte van die rookgase te herwin, verhoog die economiser betekenisvol die algehele doeltreffendheid van die kragopwekkingsiklus.

Voedwaterpomp

Die voedwaterpomp is verantwoordelik vir die verskaffing van water aan die ketel. Die waterbron kan óf die verdamp water van die kondenseerder óf frisse water wees. Hierdie pomp verhoog die waterdruk, wat 'n kontinue en voldoende verskaffing verseker om die ketel se vereistes te bevredig. Gewoonlik is voedwaterpompe van die sentrifugaal- of positiewe verplasingstipe, elkeen met sy eie voordele ten opsigte van prestasie en doeltreffendheid.

Alternaator

Meganies gekoppel aan die turbine via 'n gedeelde as, speel die alternaator 'n kardinale rol in die kragopwekkingsproses. Terwyl die turbine draai onder die krag van die damp, drijf dit die rotor van die alternaator. Hierdie draaiing indukseer 'n elektromagnetiese veld, wat elektriese energie geneer. In wese dien die alternaator as 'n omskakelaar, wat die kinetiese energie van die turbines rotasie omskep na elektriese energie wat deurgeef en verdeel kan word deur die kragnet.

Skoorsteen

In die meeste termiese kragstasies wat steenkool as brandstof gebruik, word rookgase deur die verbrandingsproses in die ketel geproduseer. Die skoorsteen verskaf 'n pad vir hierdie rookgase om veilig in die atmosfeer vrygestel te word. Sy werking is gebaseer op die beginsels van natuurlike trek en die skoorsteen-effek. Warm lug, wat minder dig is, styg, wat 'n trek skep wat die rookgase opwaarts trek. Die hoogte van die skoorsteen is 'n kritieke faktor; hoër skoorsteene genereer 'n sterker trek, wat meer doeltreffende gasdispersie fasiliteer.

Koeltoring

Soos sy naam impliseer, word die koeltoring hoofsaaklik gebruik om afvalhitte in die atmosfeer te disperseer. Deur verskeie hitte-oordragmetodes te gebruik, laat die koeltoring die hitte van die water verdamp, wat agterbly met koeler water wat hergebruik kan word in die kragopwekkingsiklus. Water wat van die damp in die kondenseerder verdamp is, word na die koeltoring gekanaliseer. Gedwonge-stroom-koeltorings word algemeen in termiese kragstasies gebruik, waar lug van die onderste tot die bo van die toren sirkuileer, wat die hitte-oordrageffektiwiteit verhoog.

Standplaaskeleksiekriteria vir termiese kragstasies

Beskikbaarheid van brandstof

Gegewe dat steenkool die dominante brandstof is in die meeste termiese kragstasies en die groot hoeveelheid wat benodig word vir grootskale elektrisiteitsopwekking, is dit baie voordelig om die kragstasie naby 'n steenkoolmyn te situeer. Hierdie nabyheid verlaag betekenisvol die vervoerskoste, wat die kragopwekkingsproses ekonomies meer lewensvatbaar maak.

Vervoersfasiliteite

Termiese kragstasies huisves talryke groot masjienerie en toerusting. Daarom moet die staatsplek in 'n area met uitstekende vervoersinfrastruktuur gekies word. Betroubare spoortjie- of padvervoer is noodsaaklik vir die doeltreffende beweging van steenkool, sowel as vir die aflewering van nuwe toerusting en die vervoer van werkers, tegnici en ingenieurs. Daarbenewens verseker die beskikbaarheid van openbare vervoer in die nabyheid gemaklike toegang vir die werknemers van die aanleg.

Beskikbaarheid van water

'n Termiese kragstasie vereis 'n massiewe hoeveelheid water om hoëdruk en hoëtemperatuur damp te produseer. Gevolglik moet die aanleg naby 'n rivierbank of in 'n area met 'n konstante en oorvloedige waterbron geplaas word om die kontinue vraag na water wat gebruik word vir dampopwekking en koelprosesse te bevredig.

Beskikbaarheid van grond

Die bou van 'n termiese kragstasie vereis 'n groot uitstrekkende grond. Bovendien moet die grondkoste redelik wees. Wanneer die plek gekies word, moet provisië vir toekomstige uitbreiding ook in ag geneem word. Aangesien die aanleg swaar masjienerie huisves, moet die grond voldoende draagvermoë hê, en 'n robuuste fondament is noodsaaklik om die toerusting te ondersteun.

Afstand van bevolkte areas

Termiese kragstasies gee rookgase, as, stof en rook tydens operasie vry, wat almal beduidende gesondheidsrisiko's vir mense en omgewingskade aan die omringende atmosfeer en grond kan veroorsaak. Om hierdie impakte te minimeer, moet die aanleg ver van stedelike areas, woongebiede en landbouboerderye geleë wees. Verder maak die geraas wat deur die aanleg se masjienerie, soos alternaators, transformateurs, waaiers en turbines, geproduseer word, die plaasstelling in 'n afgeleë area nog meer noodsaaklik.

Asafvalfasiliteite

Steenkoolverbranding lei tot die vervaardiging van as, wat ongeveer 30-40% van die totale steenkoolverbruik beloop. Doeltreffende asafval is van die grootste belang. As word van die onderkant van die ketelfurnace weggehaal, en 'n aansienlike deel daarvan word deur die rookgase weggedra. Om as doeltreffend te hanteer, word twee hoof as-handelingsstelsels gebruik: die onderste as-handelingsstelsel en die vlugas-handelingsstelsel. Die staatsplek moet geskikte fasiliteite hê vir die veilige en omgewingsvriendelike afval van hierdie as.

Nabyheid aan laadsentrum

Die elektriese energie wat deur die alternaator gegenereer word, word deur 'n kragtransformator in spanning opgetrek voordat dit deur oorspanningslyne na die laadsentrum vervoer word. Die situering van die termiese kragstasie naby die laadsentrum verlaag oorspanningskoste en -verliese, wat 'n meer doeltreffende en koste-effektiewe verspreiding van elektrisiteit verseker.

Doeltreffendheid van termiese kragstasies

In 'n termiese kragstasie behels elektrisiteitsopwekking verskeie energie-omsetfasies. Eerstens word die chemiese energie van steenkool omgeskakel na termiese energie. Hierdie termiese energie word dan omgeskakel na kinetiese of meganiese energie, wat uiteindelik omgeskakel word na elektriese energie. As gevolg van hierdie verskeie energie-omsetprosesse is die algehele doeltreffendheid van termiese kragstasies relatief laag, tipies tussen 20-29%.

Die doeltreffendheid van 'n termiese kragstasie word beïnvloed deur verskeie faktore, insluitend die grootte van die aanleg en die gehalte van die steenkool wat gebruik word. 'n Beduidende hoeveelheid hitte-energie word tydens die kragopwekkingsproses in die kondenseerder verlore. Daar is twee hoof tipes doeltreffendheidsmaatstawwe wat gebruik word om termiese kragstasies te evalueer:

Termiese doeltreffendheid

Termiese doeltreffendheid word gedefinieer as die verhouding van die meganiese energie, uitgedruk in hitte-ekwivalente terme, wat by die turbine beskikbaar is, tot die totale hitte-energie wat vrygestel word tydens die verbranding van steenkool in die ketel. Dit meet die effektiwiteit van die omskakeling van die hitte-energie van steenkoolverbranding na nuttige meganiese werk in die turbine.

Termiese doeltreffendheid

Termiese kragstasies bereik tipies 'n benaderde termiese doeltreffendheid van 30%. 'n Beduidende deel, ongeveer 50% van die totale hitte-energie wat gegenereer word, word as afval in die kondenseerder vrygestel. Die oorblywende hitte-energie word deur verskeie ander kanale verlore, soos in die rookgase wat deur die skoorsteen vrygestel word en die as wat tydens steenkoolverbranding geproduseer word. Hierdie groot hitteverlies in die kondenseerder en elders onderstreep die inherente ineffisiensies van tradisionele termiese kragopwekkingsprosesse.

Algehele doeltreffendheid

Die algehele doeltreffendheid van 'n termiese kragstasie word bereken as die verhouding van die hitte-ekwivalent van die elektriese uitset tot die totale hitte wat vrygestel word tydens die verbranding van steenkool. Hierdie maatstaf verskaf 'n omvattende maatstaf van die prestasie van die aanleg, wat alle stadiums van energie-omset van die aanvanklike chemiese energie wat in steenkool gestoor is, tot die finale elektriese energie wat aan die net gelewer word, insluit. Dit weerspieël hoe doeltreffend die aanleg die energie in steenkool kan omskep na bruikbare elektriese krag, terwyl dit rekening hou met verliese wat by elke stap van die komplekse kragopwekkingsproses plaasvind.

Algehele doeltreffendheid van termiese kragstasies

Die algehele doeltreffendheid van 'n termiese kragstasie omvat alle verliese wat tydens die hele kragopwekkingsiklus plaasvind. Dit sluit ineffisiensies tydens steenkoolverbranding, hitte-oordragprosesse, damp-turbinebedryf, en krities, die prestasie van die alternaator, wat meganiese energie omskep na elektriese energie, in. Elkeen van hierdie stadiums dra by tot die algehele energieverlies, wat uiteindelik bepaal hoe groot 'n proporsie van die aanvanklike energie in die steenkool suksesvol omgeskakel word na bruikbare elektriese krag.

Die algehele doeltreffendheid van 'n termiese kragstasie is