Planta ng Paggawa ng Init – mga Komponente, Paggana, at Pagpili ng Lokasyon

Ano ang Isang Thermal Power Plant?

Ang batas ng pagkonserba ng enerhiya ay nagsasaad na hindi maaaring lumikha o sirain ang enerhiya; sa halip, ito lamang maaaring ma-transform mula sa isang anyo patungo sa isa pa. Ang elektrikal na enerhiya, partikular na, maaaring mapagkamalan mula sa iba't ibang pinagmulan ng enerhiya. Ang mga pasilidad na disenyo para makabuo ng malaking-skalang elektrikal na enerhiya ay karaniwang tinatawag na power plants o power stations.

Ang thermal power plant ay isang uri ng pasilidad para sa paggawa ng enerhiya na nagko-convert ng heat energy sa electrical energy. Ang heat energy para sa mga planta na ito maaaring galing sa iba't ibang pinagmulan, kabilang ang coal, diesel, biofuels, solar energy, at nuclear energy. Bagama't ang terminong "thermal power plant" teknikal na maaaring sumaklaw sa mga planta na gumagamit ng iba't ibang pinagmulan ng init, ito ay karaniwan na nauugnay sa mga planta na umuukol sa coal upang makabuo ng init. Bilang resulta, ang mga thermal power plants ay itinuturing na conventional na mga sistema ng paggawa ng enerhiya. Minsan din silang tinatawag bilang steam-turbine power plants o coal-fired power plants, na nagpapakita ng pangunahing pinagmulan ng fuel at ang pangunahing mekanismo ng konwersyon ng enerhiya na ginagamit.

Paggana ng isang Thermal Power Plant

Ang mga thermal power plants ay gumagana batay sa Rankine cycle, isang pundamental na siklo ng termodinamika para sa pag-convert ng init sa mechanical work, na pagkatapos ay ginagamit para makabuo ng kuryente. Ang sumusunod na one-line diagram o layout ng isang thermal power plant ay nagbibigay ng visual na representasyon ng mga komponente at proseso nito.

Ang Inner Workings at Komponente ng isang Thermal Power Plant

Operational Process

Ang mga thermal power plants ay nangangailangan ng malaking dami ng fuel, karaniwang coal. Dahil sa malaking volume na kinakailangan, ang coal ay karaniwang inililipat gamit ang tren at inilalagay sa dedikadong fuel storage areas. Sa unang bahagi, ang raw coal ay masyadong malaki para sa direktang paggamit sa boiler. Upang tugunan ito, ito ay ipinapasok sa isang crusher, na nagsasama-sama nito sa mas maliit at mas manageable na piraso bago i-convey sa boiler.

Kasama sa coal, ang malaking dami ng tubig ay mahalaga para sa paggawa ng steam sa loob ng boiler. Bago pumasok sa sistema, ang tubig ay dadaanan ng isang proseso ng pagtreat. Ito ay dadaanan ng iba't ibang filters upang alisin ang impurities at anumang dissolved air, siguruhin ang kanyang purity. Pagkatapos matreat, ang tubig ay ididirekta sa boiler drum. Sa loob ng boiler drum, ang init na gawa sa combustion ng coal ay ipinapalit sa tubig. Bilang resulta, ang tubig ay magbabago ng phase at maaaring maging steam.

Ang steam na nabuo ay high-pressure at high-temperature, kaya ito ay ideal para sa paggawa ng enerhiya. Ang steam na ito ay pagkatapos ay ididirekta sa isang superheater, kung saan ito ay lalo pang iniinit upang taas ang kanyang thermal energy. Ang superheated steam ay pagkatapos ay ididirekta patungo sa turbine blades. Habang ang steam ay tumutuloy sa turbine blades, ang kanyang thermal energy ay ina-convert sa mechanical rotational energy ng turbine.

Ang turbine ay mekanikal na nakakonekta sa isang alternator gamit ang common shaft. Habang ang turbine ay umuugoy, ito ay nagdadrive ng rotor ng alternator. Ang alternator, sa kanyang pagkakataon, ay ina-convert ang mechanical energy na ito sa electrical energy. Upang makuha ang efficient na pagtransmit ng nabuong electrical energy sa mahabang layo, ito ay ipinapasa sa isang transformer, na nag-step up ng voltage. Ang mataas na voltage na kuryente ay pagkatapos ay ipinapadala sa transmission lines upang makarating sa end-users, o loads, sa power grid.

Pagkatapos lumipas sa turbine, ang steam, ngayon sa mas mababang presyon at temperatura, ay ididirekta sa isang condenser. Sa condenser, ang malamig na tubig ay umuugoy paligid ng steam, nagdudulot nito na mag-condense pabalik sa kanyang liquid state. Ang proseso ng condensation na ito ay nagrerelease ng natitirang init mula sa steam, epektibong binabawasan ang kanyang presyon at temperatura. Sa pamamagitan ng pagkuha ng tubig sa ganitong paraan, ang efficiency ng power generation cycle ay napapataas.

Ang condensed water ay pagkatapos ay inapump pabalik sa boiler gamit ang feedwater pump, handa na muling i-heat at i-convert sa steam muli, kaya natatapos ang cycle. Sa panahon nito, ang ash na nabuo bilang by-product ng combustion ng coal ay inaalisan mula sa boiler furnace. Mahalaga ang proper disposal ng ash na ito upang maiwasan ang environmental damage. Bukod dito, sa panahon ng combustion ng coal sa boiler, ang flue gases ay nabubuo at ipinapadala sa atmosphere sa pamamagitan ng chimney.

Key Components

Ang isang thermal power plant ay binubuo ng ilang integral na komponente na gumagana nang harmoniously upang suportahan ang proseso ng paggawa ng enerhiya:

• Boiler: Ang puso ng thermal power plant, kung saan nangyayari ang combustion ng coal, at ang init ay ipinapalit sa tubig upang makabuo ng steam.

• Turbine: Ina-convert ang thermal energy ng high-pressure steam sa mechanical rotational energy.

• Super-heater: Tumatanggap ng temperatura ng steam na nabuo sa boiler, taas ang kanyang energy content para sa mas efficient na paggawa ng enerhiya.

• Condenser: Nagco-condense ang exhaust steam mula sa turbine pabalik sa tubig, nagsasalba ng init at nagpapanatili ng efficiency ng cycle.

• Economizer: Preheats ang feedwater gamit ang init mula sa flue gases, binabawasan ang overall energy consumption ng boiler.

• Feedwater Pump: Nagcirculate ng condensed water mula sa condenser pabalik sa boiler, sinisiguro ang continuous supply para sa paggawa ng steam.

• Alternator: Ina-convert ang mechanical energy mula sa turbine sa electrical energy, na maaaring ma-distribute sa pamamagitan ng power grid.

• Chimney: Nagdispersa ng flue gases na nabuo sa panahon ng combustion ng coal sa atmosphere sa kontroladong paraan.

• Cooling Tower: Nagsusuporta sa pag-cool ng tubig na ginagamit sa condenser, pinapayagan ito na muling gamitin sa power generation process.

Komponente, Site Selection, at Efficiency ng Thermal Power Plants

Key Components ng Thermal Power Plants

Boiler

Ang pulverized coal, kasama ng preheated air, ay ipinapasok sa boiler, na nagsisilbing core component para sa paggawa ng high-pressure steam. Ang pangunahing tungkulin nito ay ang pag-transform ng chemical energy na naka-store sa coal sa thermal energy sa pamamagitan ng combustion process. Habang ang coal ay sumusunog sa loob ng boiler, ito ay nagbubuo ng intense na init, na sapat na temperatura upang convert ang tubig sa steam. Ang laki ng boiler ay direkta na determined sa pamamagitan ng heat requirements ng thermal power plant. May iba't ibang uri ng boilers na ginagamit sa thermal power plants, kabilang ang Haycock at wagon top boilers, firetube boilers, Cylindrical fire-tube boilers, at water-tube boilers, bawat isa may sariling disenyo at operational advantages.

Turbine

Ang high-pressure at high-temperature superheated steam, na nabuo ng boiler, ay ididirekta patungo sa turbine. Kapag ang steam na ito ay tumama sa turbine blades, ito ay nag-set sa motion ang turbine. Ang turbine ay isang sophisticated na mechanical device na espesyal na disenyo upang i-convert ang thermal energy ng steam sa rotational kinetic energy. Mekanikal na konektado sa isang alternator gamit ang shaft, ang rotation ng turbine ay nagdradrive ng rotor ng alternator. Pagkatapos ang steam ay lumipas sa turbine, ang kanyang temperatura at presyon ay bumababa, at pagkatapos ay ididirekta sa condenser para sa mas karagdagang processing.

Super-heater

Sa isang steam turbine-based power generation system, ang superheated steam ay mahalaga para sa efficient na pag-operate ng turbine. Ang wet at saturated steam, na lumalabas mula sa boiler, ay ipinapasok sa super-heater. Ang device na ito ay gumagampan ng mahalagang papel sa pag-transform ng steam sa dry at superheated steam, significantly increasing its thermal energy content. Sa lahat ng komponente ng isang thermal power plant, ang super-heater ay gumagana sa pinakamataas na temperatura. Tatlong pangunahing uri ng superheaters ang karaniwang ginagamit: convection superheaters, na nagpapalit ng init sa pamamagitan ng convection currents; radiant superheaters, na umaasa sa radiant heat transfer; at separately fired superheaters. Sa pamamagitan ng pag-enhance ng temperatura ng steam na nabuo ng boiler, ang super-heater ay nagpapataas ng overall efficiency ng power generation process.

Condenser

Pagkatapos ang steam ay lumipas sa turbine at ang kanyang temperatura at presyon ay bumaba, ang exhaust steam ay recycled pabalik sa power generation cycle. Upang optimize ang efficiency ng turbine, kinakailangan na kondensin ang steam na ito, creating and maintaining a proper vacuum. Ang condenser ay nagpapataas ng vacuum level sa pamamagitan ng pagbawas ng operating pressure. Ang pagtaas ng vacuum ay nagpapalawak ng volume ng steam, na nagpapahintulot sa mas maraming trabaho na makuha mula sa steam sa turbine. Bilang resulta, ang overall efficiency ng power plant ay napapataas, kasama ang corresponding increase sa output ng turbine.

Economizer

Ang economizer ay isang specialized na heat exchanger na disenyo upang minimize ang energy consumption sa loob ng power plant. Ang flue gases, na may maraming thermal energy, ay inililipat mula sa boiler sa atmosphere. Ang economizer ay naghaharvest ng init mula sa mga flue gases upang preheat ang tubig. Ang tubig na nakuha mula sa condenser ay inapump sa economizer gamit ang feedwater pump. Dito, ito ay nagsasabsorb ng init mula sa flue gases, nagpapataas ng kanyang temperatura bago pumasok sa boiler. Sa pamamagitan ng pag-reuse ng waste heat ng flue gases, ang economizer ay significantly enhances ang overall efficiency ng power generation cycle.

Feedwater Pump

Ang feedwater pump ay responsable sa pag-supply ng tubig sa boiler. Ang source ng tubig ay maaaring mula sa condensed water mula sa condenser o fresh water. Ang pump na ito ay nagtaas ng presyon ng tubig, sinisiguro ang continuous at adequate supply upang matugunan ang pangangailangan ng boiler. Karaniwan, ang feedwater pumps ay centrifugal o positive displacement type, bawat isa ay nagbibigay ng distinct advantages sa performance at efficiency.

Alternator

Mekanikal na konektado sa turbine gamit ang shared shaft, ang alternator ay naglalaro ng isang pivotal role sa power generation process. Habang ang turbine ay umuugoy dahil sa lakas ng steam, ito ay nagdradrive ng rotor ng alternator. Ang rotation na ito ay nag-iinduce ng electromagnetic field, nagbubuo ng electrical energy. Sa esensiya, ang alternator ay nagsisilbing isang converter, transforming the kinetic energy of the turbine's rotation into electrical energy that can be transmitted and distributed through the power grid.

Chimney

Sa karamihan ng thermal power plants na gumagamit ng coal bilang fuel, ang combustion process sa boiler ay nagbubuo ng flue gases. Ang chimney ay nagbibigay ng pathway para sa mga flue gases na ma-discharge nang ligtas sa atmosphere. Ang operasyon nito ay batay sa principles ng natural draft at stack effect. Ang mainit na hangin, na mas kaunti ang density, ay umuukit, nag-crearate ng draft na nagdadraw ng flue gases pataas. Ang taas ng chimney ay isang critical factor; ang mas mataas na chimneys ay nagbubuo ng mas malakas na draft, facilitating more efficient gas dispersion.

Cooling Tower

Bilang ang pangalan nito, ang cooling tower ay pangunahing ginagamit upang disipate ang waste heat sa atmosphere. Gumagamit ng iba't ibang methods ng heat transfer, ang cooling tower ay nagpapahintulot sa init mula sa tubig na evaporate, nagiiwan ng mas malamig na tubig na maaaring muling gamitin sa power generation cycle. Ang tubig na condensed mula sa steam sa condenser ay ididirekta sa cooling tower. Ang forced-flow cooling towers ay karaniwang ginagamit sa thermal power plants, kung saan ang hangin ay inicirculate mula sa ilalim hanggang sa tuktok ng tower, enhancing the heat transfer efficiency.

Site Selection Criteria for Thermal Power Plants

Availability of Fuel

Dahil ang coal ay ang pangunahing fuel sa karamihan ng thermal power plants at ang malaking dami na kinakailangan para sa large-scale electricity generation, ang pag-locate ng power plant malapit sa isang coal mine ay highly advantageous. Ang proximity na ito ay significantly reduces transportation costs, making the power generation process more economically viable.

Transportation Facility

Ang thermal power plants ay may maraming large-sized machinery at equipment. Kaya, ang site ng planta ay dapat piliin sa isang lugar na may excellent transportation infrastructure. Ang reliable rail o road transportation ay essential para sa efficient movement ng coal, as well as for the delivery of new equipment and the transportation of workers, technicians, and engineers. Bukod dito, ang availability ng public transport sa vicinity ensures convenient access for the plant's workforce.

Availability of Water

Ang thermal power plant ay nangangailangan ng malaking dami ng tubig upang makabuo ng high-pressure at high-temperature steam. Bilang resulta, ang planta ay dapat na situated malapit sa riverbank o sa isang lugar na may consistent at abundant water supply upang matugunan ang continuous demand para sa tubig na ginagamit sa steam generation at cooling processes.

Availability of Land

Ang construction ng isang thermal power plant ay nangangailangan ng malaking sakop ng lupain. Bukod dito, ang cost ng lupain ay dapat reasonable. Sa pagpili ng site, dapat ding isipin ang provisions para sa future expansion. Dahil ang planta ay may heavy machinery, ang lupa ay dapat may sapat na load-bearing capacity, at ang robust foundation ay essential upang suportahan ang equipment.

Distance from Populated Areas

Ang thermal power plants ay emit flue gases, ash, dust, at smoke sa panahon ng operasyon, lahat ng ito ay pose significant health risks sa tao at maaaring mag-cause ng environmental damage sa surrounding atmosphere at lupa. Upang minimize ang mga epekto, ang planta ay dapat located malayo mula sa urban areas, residential communities, at agricultural farms. Bukod dito, ang noise na gawa ng mga machinery ng planta, tulad ng alternators, transformers, fans, at turbines, further necessitates its placement sa isang remote location.

Ash Disposal Facility

Ang combustion ng coal ay nagresulta sa paggawa ng ash, na nagkakahalaga ng approximately 30-40% ng total coal consumption. Ang proper ash disposal ay napakalaki ang kahalagahan. Ang ash ay inililipat mula sa ilalim ng boiler furnace, at isang significant portion ng ito ay inililipat ng flue gases. Upang manage ang ash effectively, dalawang pangunahing ash-handling systems ang ginagamit: ang bottom ash handling system at ang fly ash handling system. Ang site ng planta ay dapat may suitable facilities para sa safe at environmentally friendly disposal ng ash na ito.

Proximity to Load Center

Ang electrical energy na nabuo ng alternator ay stepped up sa voltage ng isang power transformer bago ito ma-transmit sa load center sa pamamagitan ng transmission lines. Ang pag-locate ng thermal power plant malapit sa load center ay reduces transmission costs at losses, ensuring a more efficient at cost-effective distribution ng kuryente.

Efficiency ng Thermal Power Plants

Sa isang thermal power plant, ang paggawa ng kuryente ay involve multiple energy conversion stages. Una, ang chemical energy ng coal ay ina-convert sa thermal energy. Ang thermal energy na ito ay pagkatapos ay ina-convert sa kinetic o mechanical energy, na sa huli ay ina-convert sa electrical energy. Dahil sa mga multiple energy conversion processes, ang overall efficiency ng thermal power plants ay relatively low, typically ranging from 20-29%.

Ang efficiency ng isang thermal power plant ay influenced ng iba't ibang factors, kabilang ang laki ng planta at ang kalidad ng coal na ginagamit. Ang significant amount ng heat energy ay nawawala sa condenser sa panahon ng power generation process. Mayroong dalawang primary types ng efficiency metrics na ginagamit para i-evaluate ang thermal power plants:

Thermal Efficiency

Ang thermal efficiency ay defined as the ratio ng mechanical energy, expressed in heat equivalent terms, available sa turbine sa total heat energy released sa panahon ng combustion ng coal sa boiler. Ito measures ang effectiveness ng converting ng heat energy mula sa coal combustion sa useful mechanical work sa turbine.

Thermal Efficiency

Ang thermal power plants typically achieve an approximate thermal efficiency of 30%. A significant portion, around 50% of the total heat energy generated, is dissipated as waste within the condenser. The remaining heat energy is lost through various other channels, such as in the flue gases emitted from the chimney and the ash produced during coal combustion. This substantial heat loss in the condenser and elsewhere underscores the inherent inefficiencies of traditional thermal power generation processes.

Overall Efficiency

The overall efficiency of a thermal power plant is calculated as the ratio of the heat equivalent of the electrical output to the total heat released during the combustion of coal. This metric provides a comprehensive measure of the plant's performance, encompassing all stages of energy conversion from the initial chemical energy stored in coal to the final electrical energy delivered to the grid. It reflects how effectively the plant can transform the energy in coal into usable electrical power, taking into account losses that occur at every step of the complex power generation process.

Overall Efficiency of Thermal Power Plants

The overall efficiency of a thermal power plant encapsulates all the losses that occur throughout the entire power-generation cycle. This includes inefficiencies during coal combustion, heat transfer processes, steam turbine operation, and crucially, the performance of the alternator, which converts mechanical energy into electrical energy. Each of these stages contributes to the overall energy loss, ultimately determining the proportion of the initial energy in the coal that is successfully transformed into usable electrical power.

The overall efficiency of a thermal power plant is closely tied to its size and power-generation capacity, typically measured in megawatts (MW). As a general rule, there is a direct correlation between the capacity of a thermal power plant and its efficiency: plants with lower capacities tend to exhibit lower overall efficiencies. Smaller plants often lack the economies of scale and optimized design features that larger plants possess, resulting in higher relative energy losses at each stage of the power-generation process. This means that a greater proportion of the energy from the fuel is wasted, reducing the amount of electricity that can be produced per unit of fuel consumed.