ताप विद्युत संयन्त्र – घटकहरू, कामकाज र स्थल चयन
थर्मल विद्युत संयन्त्र क्या है?
ऊर्जा संरक्षण का नियम बताता है कि ऊर्जा नहीं बनाई जा सकती या नष्ट नहीं हो सकती; बल्कि इसे एक रूप से दूसरे रूप में परिवर्तित किया जा सकता है। विशेष रूप से, विद्युत ऊर्जा को विभिन्न ऊर्जा स्रोतों से प्राप्त किया जा सकता है। बड़े पैमाने पर विद्युत ऊर्जा उत्पादन के लिए डिज़ाइन की गई सुविधाओं को आमतौर पर विद्युत संयन्त्र या पावर स्टेशन के रूप में जाना जाता है।
थर्मल विद्युत संयन्त्र एक प्रकार की ऊर्जा उत्पादन सुविधा है जो ऊष्मीय ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करती है। इन संयन्त्रों के लिए ऊष्मीय ऊर्जा कई विभिन्न स्रोतों से आ सकती है, जिसमें कोयला, डीजल, जैव ईंधन, सौर ऊर्जा, और परमाणु ऊर्जा शामिल हैं। जबकि "थर्मल विद्युत संयन्त्र" शब्द तकनीकी रूप से विभिन्न ऊष्मीय स्रोतों का उपयोग करने वाले संयन्त्रों को शामिल कर सकता है, इसे सामान्यतः कोयला का उपयोग करके ऊष्मा उत्पन्न करने वाले संयन्त्रों से जोड़ा जाता है। इस प्रकार, थर्मल विद्युत संयन्त्र एक पारंपरिक ऊर्जा उत्पादन प्रणाली माने जाते हैं। उन्हें कभी-कभी भाप-टर्बाइन विद्युत संयन्त्र या कोयला-चालित विद्युत संयन्त्र के रूप में भी जाना जाता है, जो प्राथमिक ईंधन स्रोत और उपयोग की गई मुख्य ऊर्जा-परिवर्तन प्रक्रिया को दर्शाता है।
थर्मल विद्युत संयन्त्र का कार्य
थर्मल विद्युत संयन्त्र रैंकिन चक्र पर आधारित कार्य करते हैं, जो ऊष्मा को यांत्रिक कार्य में परिवर्तित करने के लिए एक मौलिक थर्मोडायनामिक चक्र है, जिसका उपयोग फिर विद्युत उत्पादन के लिए किया जाता है। निम्नलिखित एक-लाइन आरेख या थर्मल विद्युत संयन्त्र की लेआउट इसके संचालन घटकों और प्रक्रियाओं का दृश्य निरूपण प्रदान करता है।
थर्मल विद्युत संयन्त्र की अंतर्क्रिया और घटक
संचालन प्रक्रिया
थर्मल विद्युत संयन्त्रों को आमतौर पर कोयला की बड़ी मात्रा की आवश्यकता होती है। आवश्यक मात्रा के कारण, कोयला आमतौर पर ट्रेनों द्वारा परिवहन किया जाता है और विशेष ईंधन स्टोरेज क्षेत्रों में संग्रहित किया जाता है। प्रारंभ में, कच्ची कोयला बायलर में प्रत्यक्ष उपयोग के लिए बहुत बड़ी होती है। इस समस्या का समाधान करने के लिए, इसे एक क्रशर में फीड किया जाता है, जो इसे छोटे और नियंत्रण के लिए अधिक योग्य टुकड़ों में कम करता है, फिर इसे बायलर में पहुंचाया जाता है।
कोयले के अलावा, बायलर में भाप उत्पादन के लिए पानी की एक महत्वपूर्ण मात्रा आवश्यक होती है। पानी सिस्टम में प्रवेश करने से पहले, इसे एक उपचार प्रक्रिया से गुजरना पड़ता है। यह विभिन्न फिल्टरों से गुजरता है जो दूषित पदार्थों और घुले हुए हवा को दूर करते हैं, इसकी शुद्धता को सुनिश्चित करते हैं। उपचार के बाद, पानी को बायलर ड्रम में भेजा जाता है। बायलर ड्रम के अंदर, कोयले के ज्वलन से उत्पन्न ऊष्मा पानी में स्थानांतरित होती है। इसके परिणामस्वरूप, पानी एक भाप में परिवर्तित हो जाता है।
उत्पादित भाप उच्च-दबाव और उच्च-तापमान की होती है, जो विद्युत उत्पादन के लिए आदर्श है। इस भाप को फिर एक सुपरहीटर में निर्देशित किया जाता है, जहाँ इसे अधिक गर्म किया जाता है ताकि इसकी ऊष्मीय ऊर्जा बढ़ जाए। सुपरहीट की गई भाप फिर टर्बाइन के ब्लेड की ओर निर्देशित की जाती है। जब भाप टर्बाइन के ब्लेड पर बहती है, तो इसकी ऊष्मीय ऊर्जा टर्बाइन द्वारा यांत्रिक घूर्णन ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।
टर्बाइन एक आम धुरी द्वारा एक विद्युत उत्पादक (ऑल्टरनेटर) के साथ यांत्रिक रूप से जुड़ा होता है। जैसे-जैसे टर्बाइन घूमता है, वह ऑल्टरनेटर के रोटर को चलाता है। ऑल्टरनेटर, इस यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। उत्पन्न विद्युत ऊर्जा को दीर्घ दूरी तक प्रभावी ढंग से प्रसारित करने के लिए, इसे एक ट्रांसफॉर्मर से गुजराया जाता है, जो इसके वोल्टेज को बढ़ाता है। उच्च-वोल्टेज विद्युत फिर ट्रांसमिशन लाइनों द्वारा पावर ग्रिड में अंतिम-उपयोगकर्ताओं, या लोड, तक पहुंचाया जाता है।
टर्बाइन से गुजरने के बाद, भाप, अब कम दबाव और तापमान की, कंडेनसर की ओर निर्देशित की जाती है। कंडेनसर में, ठंडा पानी भाप के चारों ओर प्रवाहित होता है, जिससे यह फिर से अपने तरल राज्य में परिवर्तित हो जाती है। इस ठंडक की प्रक्रिया में भाप से शेष ऊष्मा निकल जाती है, जिससे इसका दबाव और तापमान कम हो जाता है। पानी को इस तरह से पुनर्प्राप्त करके, विद्युत उत्पादन चक्र की दक्षता में वृद्धि होती है।
कंडेनसर में ठंडा होकर पानी फिर से फीडवाटर पंप के द्वारा बायलर में पहुंचाया जाता है, ताकि इसे फिर से गर्म किया जा सके और भाप में परिवर्तित किया जा सके, इस प्रकार चक्र पूरा हो जाता है। इसके साथ-साथ, कोयले के ज्वलन के उत्पाद राख को बायलर के फर्नेस से हटा लिया जाता है। राख के सही डिस्पोजल की आवश्यकता होती है ताकि पर्यावरणीय क्षति से बचा जा सके। इसके अलावा, बायलर में कोयले के ज्वलन के दौरान, फ्ल्यू गैसें उत्पन्न होती हैं जो चिमनी के माध्यम से वायुमंडल में छोड़ दी जाती हैं।
महत्वपूर्ण घटक
थर्मल विद्युत संयन्त्र कई अभिन्न घटकों से गठित होता है जो विद्युत उत्पादन प्रक्रिया को सुचारु ढंग से संचालित करने के लिए संयुक्त रूप से कार्य करते हैं:
बायलर: थर्मल विद्युत संयन्त्र का हृदय, जहाँ कोयले का ज्वलन होता है, और ऊष्मा पानी में स्थानांतरित होती है ताकि भाप उत्पन्न हो सके।
टर्बाइन: उच्च-दबाव भाप की ऊष्मीय ऊर्जा को यांत्रिक घूर्णन ऊर्जा में परिवर्तित करता है।
सुपरहीटर: बायलर में उत्पन्न भाप का तापमान बढ़ाता है, जिससे इसकी ऊर्जा सामग्री बढ़ जाती है और विद्युत उत्पादन की दक्षता बढ़ जाती है।
कंडेनसर: टर्बाइन से निकली गई भाप को पानी में फिर से परिवर्तित करता है, ऊष्मा को पुनर्प्राप्त करता है और चक्र की दक्षता को बनाए रखता है।
इकोनोमाइजर: फ्ल्यू गैसों से ऊष्मा का उपयोग करके फीडवाटर को पूर्व-गर्म करता है, जिससे बायलर की कुल ऊर्जा खपत कम हो जाती है।
फीडवाटर पंप: कंडेनसर से ठंडा हुआ पानी बायलर में वापस चलाता है, भाप उत्पादन के लिए निरंतर पानी की आपूर्ति सुनिश्चित करता है।
ऑल्टरनेटर: टर्बाइन से प्राप्त यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है, जिसे पावर ग्रिड के माध्यम से वितरित किया जा सके।
चिमनी: कोयले के ज्वलन के दौरान उत्पन्न फ्ल्यू गैसों को वायुमंडल में नियंत्रित रूप से छोड़ने के लिए उपयोग की जाती है।
कूलिंग टावर: कंडेनसर में उपयोग किए जाने वाले पानी को ठंडा करने के लिए उपयोग किया जाता है, जिससे यह पानी चक्र में पुनर्उपयोग और पुनर्व्यवहार किया जा सके।
थर्मल विद्युत संयन्त्रों के घटक, स्थल चयन, और दक्षता
थर्मल विद्युत संयन्त्रों के महत्वपूर्ण घटक
बायलर
पुल्वराइज्ड कोयला, पूर्व-गर्म हवा के साथ, बायलर में फीड किया जाता है, जो उच्च-दबाव भाप उत्पादन के लिए मुख्य घटक के रूप में कार्य करता है। इसका प्राथमिक कार्य कोयले में संचित रासायनिक ऊर्जा को ज्वलन प्रक्रिया के माध्यम से ऊष्मीय ऊर्जा में परिवर्तित करना है। जैसे-जैसे कोयला बायलर के अंदर जलता है, वह तीव्र ऊष्मा उत्पन्न करता है, जो पानी को भाप में परिवर्तित करने के लिए पर्याप्त तापमान तक पहुंच जाता है। बायलर का आकार थर्मल विद्युत संयन्त्र की ऊष्मा आवश्यकताओं द्वारा सीधे निर्धारित होता है। थर्मल विद्युत संयन्त्रों में विभिन्न प्रकार के बायलर उपयोग किए जाते हैं, जिनमें हेककोक और वैगन टॉप बायलर, फायरट्यूब बायलर, सिलेंड्रिकल फायर-ट्यूब बायलर, और वाटर-ट्यूब बायलर शामिल हैं, प्रत्येक के अपने डिजाइन विशेषताएं और संचालन लाभ होते हैं।
टर्बाइन
बायलर द्वारा उत्पादित उच्च-दबाव और उच्च-तापमान वाली सुपरहीट भाप टर्बाइन की ओर निर्देशित की जाती है। जब यह भाप टर्बाइन के ब्लेड पर टकराती है, तो यह टर्बाइन को चलाती है। टर्बाइन एक जटिल यांत्रिक उपकरण है जो विशेष रूप से भाप की ऊष्मीय ऊर्जा को घूर्णन गतिज ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए डिजाइन किया गया है। टर्बाइन एक शाफ्ट के माध्यम से एक विद्युत उत्पादक (ऑल्टरनेटर) से यांत्रिक रूप से जुड़ा होता है, टर्बाइन की घूर्णन ऑल्टरनेटर के रोटर को चलाती है। जब भाप टर्बाइन से गुजरती है, तो इसका तापमान और दबाव कम हो जाता है, और इसे फिर से कंडेनसर में प्रसंस्करण के लिए निर्देशित किया जाता है।
सुपरहीटर
भाप टर्बाइन-आधारित विद्युत उत्पादन प्रणाली में, सुपरहीट भाप टर्बाइन के प्रभावी संचालन के लिए आवश्यक है। बायलर से निकली गई गीली और संतृप्त भाप सुपरहीटर में फीड की जाती है। यह उपकरण भाप को शुष्क और सुपरहीट भाप में परिवर्तित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जिससे इसकी ऊष्मीय ऊर्जा की मात्रा में बहुत बड़ी वृद्धि होती है। थर्मल विद्युत संयन्त्र के सभी घटकों में, सुपरहीटर सबसे अधिक तापमान पर कार्य करता है। तीन प्रमुख प्रकार के सुपरहीटर आमतौर पर उपयोग किए जाते हैं: कन्वेक्शन सुपरहीटर, जो कन्वेक्शन धाराओं के माध्यम से ऊष्मा स्थानांतरित करते हैं; रेडिएंट सुपरहीटर, जो रेडिएंट ऊष्मा स्थानांतरण पर निर्भर करते हैं; और अलग से ज्वलन वाले सुपरहीटर। बायलर द्वारा उत्पन्न भाप
