Chimanga cha Umeme – Vyanzo, Kazi na Utambuzi wa Maeneo

Ni ni Planti ya Nishati ya Joto?

Sheria ya hifadhi ya nishati inaelezea kuwa nishati haingengewa na siyo kuharibika; bali, inaweza tu kubadilika kutoka moja hadi nyingine. Nishati ya umeme, hasa, inaweza kupata kutoka chanzo tofauti za nishati. Mikakati yanayoundwa kugawa nishati ya umeme kwa ujumla zinatafsiriwa kama planti za nishati au steshoni za nishati.

Planti ya nishati ya joto ni aina ya mikakati ya kutengeneza nishati ambayo hutabadilisha nishati ya joto kwa nishati ya umeme. Nishati ya joto kwa planti hizo inaweza kutoka kutoka vyanzo vya tofauti, ikiwa ni viwango, mafuta, biofuels, nishati ya jua, na nishati ya nyuklia. Ingawa maneno "planti ya nishati ya joto" yanaweza kujumuisha planti zinazotumia vyanzo vya joto mbalimbali, ni mara nyingi zinajulikana kwa planti zinazotumia viwango kwa kutengeneza joto. Kwa hivyo, planti za nishati ya joto huonekana kama mikakati ya kutengeneza nishati ya kiwango cha asili. Mara nyingi wanavyoita pia ni steam-turbine power plants au coal-fired power plants, kulingana na muktadha wa mafuta na mfumo muhimu wa kutabadilisha nishati.

Ufanyiko wa Planti ya Nishati ya Joto

Planti za nishati ya joto hufanya kazi kulingana na mwendo wa Rankine, ni mwendo wa themodynami msingi wa kutabadilisha nishati ya joto kwa nishati ya nguvu, ambayo baada ya hii inatumika kutengeneza umeme. Mtaani mmoja unaonyesha sanaa ya planti ya nishati ya joto unapokumbuka kwa undani unaoonyesha vipengele vyake na mifano yake.

Ufanyiko wa Ndani na Vipengele vya Planti ya Nishati ya Joto

Mfano wa Ufanyiko

Planti za nishati ya joto huchangia kiasi kubwa la mafuta, hasa ni viwango. Kutokana na kiasi kubwa kinachohitajika, viwango huhamishwa kwa treni na hukuhifadhiwa sehemu maalum za hifadhi ya mafuta. Kuanzia, viwango vya asili vimekuwa vigumu kwa matumizi ya moja kwa moja katika boiler. Kusaidia hii, viwango vinapatikana kwenye kituo cha kugongwa, ambacho huchanganya kwenye viwango vidogo zaidi na rahisi zaidi kabla ya kupelekwa kwenye boiler.

Pamoja na viwango, maji mengi ni muhimu kwa kutengeneza steam ndani ya boiler. Kabla ya kuingia kwenye mfumo, maji huenda kwenye tabia ya kutathmini. Huenda kwenye vibofu vya tofauti ili kukutana na utashawishi na sarafu iliyosimamishwa, kuhakikisha usafi wake. Baada ya kutathmini, maji hupelekwa kwenye drum ya boiler. Ndani ya drum ya boiler, joto lilotengenezwa kwa kutengeneza viwango linapowekwa kwenye maji. Kama matokeo, maji huchaguliwa kwenye anwani na kutabadilika kwa steam.

Steam uliotengenezwa ni high-pressure na high-temperature, kufanya kwa hiari kwa kutengeneza nishati. Hii steam kisha hupelekwa kwenye superheater, ambapo huongezeka kwa joto kwa kutathmini tena. Superheated steam kisha hupelekwa kwenye blades za turbine. Waktu steam hufanya kwenye blades za turbine, nishati ya joto yake hutabadilika kwa nishati ya nguvu za mzunguko na kwa nguvu za turbine.

Turbine ni kwa njia ya kihisia kwenye alternator kwa kutumia shaa moja. Waktu turbine hurudi, huhamisha rotor wa alternator. Alternator, kwa upande wake, hutabadilisha hii nishati ya nguvu kwa nishati ya umeme. Ili kutumia nishati ya umeme kwa urahisi kwenye umbali, hutokea kwenye transformer, ambaye huchanganya voltage. Umeme wa high-voltage kisha hutuma kwenye mifano ya kutuma kwenye wateja, au loads, kwenye grid ya nishati.

Baada ya kutembelea turbine, steam, sasa na pressure na temperature chache, hupelekwa kwenye condenser. Ndani ya condenser, maji machache huenda kwenye steam, kufanya kushinde kwenye anwani yake ya liquid. Mfano huu wa kushinde kufanya kushinde heat remaining kutoka kwenye steam, kwa kutosha kushinda pressure na temperature. Kwa kutathmini maji hivi, ufano wa cycle wa kutengeneza nishati hutahidi.

Maji aliyoshindwa kisha hupelekwa kurudi kwenye boiler kwa kutumia feedwater pump, tayari kwa kutengeneza na kutabadilika kwa steam tena, huku kumaliza cycle. Pia, ash generated kama by-product ya kutengeneza viwango hutatikana kutoka kwenye boiler furnace. Kutathmini ash hii ni muhimu kutokufanya udhaifu wa mazingira. Pia, wakati wa kutengeneza viwango kwenye boiler, flue gases zinatengenezwa na kutolewa kwenye mazingira kwa kutumia chimney.

Vipengele Muhimu

Planti ya nishati ya joto inajumuisha vipengele vingine vya muhimu vilivyovunja kwa kutumia process ya kutengeneza nishati:

• Boiler: Moyo wa planti ya nishati ya joto, ambako combustion ya viwango inafanyika, na joto linatengenezwa kwenye maji kutengeneza steam.

• Turbine: Hutabadilisha nishati ya joto ya high-pressure steam kwa nishati ya nguvu ya mzunguko.

• Super-heater: Huchanganya temperature ya steam uliotengenezwa kwenye boiler, kwa kutathmini nishati zake kwa kutengeneza nishati.

• Condenser: Huchaguliwa exhaust steam kutoka kwenye turbine kurudi kwenye maji, kutathmini heat na kutahidi efficiency ya cycle.

• Economizer: Hutathmini feedwater kwa kutumia heat kutoka kwenye flue gases, kutathmini energy consumption ya boiler.

• Feedwater Pump: Huchaguliwa condensed water kutoka kwenye condenser kurudi kwenye boiler, kutathmini supply ya wastani kwa kutengeneza steam.

• Alternator: Hutabadilisha nishati ya nguvu kutoka kwenye turbine kwa nishati ya umeme, ambayo inaweza kutathmini kwenye grid ya nishati.

• Chimney: Huchaguliwa flue gases zinazotengenezwa wakati wa kutengeneza viwango kwenye mazingira kwa njia ya controlled.

• Cooling Tower: Huchaguliwa cooling ya maji yatayezitumika kwenye condenser, kutathmini recycling na reuse kwenye process ya kutengeneza nishati.

Vipengele, Chaguzi ya Eneo, na Efficiency ya Planti za Nishati ya Joto

Vipengele Muhimu vya Planti za Nishati ya Joto

Boiler

Viwango vilivyopulverized, pamoja na air iliyopreheat, vinapelekwa kwenye boiler, ambayo inajaribu kama vipengele muhimu vya kutengeneza high-pressure steam. Funguo yake ya msingi ni kutabadilisha nishati ya kimia iliyohifadhiwa kwenye viwango kwa nishati ya joto kwa kutumia process ya combustion. Waktu viwango hutengeneza ndani ya boiler, huchaguliwa joto intense, kufika temperatures sufuri kutengeneza maji kwa steam. Ukubwa wa boiler unahusiana kwa direct na heat requirements za planti ya nishati ya joto. Kuna aina tofauti za boilers zinazotumika kwenye planti za nishati ya joto, ikiwa ni Haycock na wagon top boilers, firetube boilers, Cylindrical fire-tube boilers, na water-tube boilers, kila moja kina design characteristics na operational advantages zake.

Turbine

High-pressure na high-temperature superheated steam, uliotengenezwa kwenye boiler, hupelekwa kwenye turbine. Waktu hii steam hupiga blades za turbine, huchaguliwa turbine kwenye mzunguko. Turbine ni kifaa cha kihisia cha kimaendeleo kingine kilichoungwa kwa khususi kutabadilisha nishati ya joto ya steam kwa nishati ya mzunguko. Kwa kutumia shaa moja na alternator, mzunguko wa turbine hutumia rotor wa alternator. Baada ya steam kufiki kwenye turbine, temperature na pressure zake huchache, na hukuhusu kwenye condenser kwa kutumia zaidi.

Super-heater

Katika system ya kutengeneza nishati ya steam turbine, superheated steam ni muhimu kwa ufanyiko wa turbine. Wet na saturated steam, kutoka kwenye boiler, hupelekwa kwenye super-heater. Kifaa hiki kinajaribu kubadilisha steam kwa dry na superheated steam, kwa kutathmini nishati zake ya joto. Kati ya vipengele vyote vya planti ya nishati ya joto, super-heater hufanya kazi kwenye temperature ya juu. Tatu aina muhimu za superheaters zinatumika: convection superheaters, ambazo huchanganya heat kwa kutumia convection currents; radiant superheaters, ambazo huchanganya heat kwa kutumia radiant heat transfer; na separately fired superheaters. Kwa kutathmini temperature ya steam uliotengenezwa kwenye boiler, super-heater hutathmini efficiency ya process ya kutengeneza nishati.

Condenser

Baada ya steam kufiki kwenye turbine na temperature na pressure zake huchache, exhaust steam hupelekwa kurudi kwenye cycle ya kutengeneza nishati. Ili kutathmini efficiency ya turbine, ni lazima kuchaguliwa hii steam, kutengeneza na kutahidi vacuum sahihi. Condenser huchaguliwa hii kwa kutathmini operating pressure, kwa kutathmini level ya vacuum. Increase hii ya vacuum huchaguliwa volume ya steam kwa expand, kutathmini more work kutoka kwenye steam kwenye turbine. Kama matokeo, efficiency ya planti huchaguliwa, na kutathmini output ya turbine.

Economizer

Economizer ni heat exchanger specialized kwa kutathmini energy consumption katika planti. Flue gases, rich kwa thermal energy, zinatengenezwa kutoka kwenye boiler kwenye mazingira. Economizer hutathmini heat kutoka kwenye flue gases kutathmini water. Water iliyothibitishwa kutoka kwenye condenser hutumika kwenye economizer na feedwater pump. Hapa, hutathmini heat kutoka kwenye flue gases, kutathmini temperature yake kabla ya ingia kwenye boiler. Kwa kutumia waste heat kutoka kwenye flue gases, economizer hutathmini efficiency ya cycle ya kutengeneza nishati.

Feedwater Pump

Feedwater pump ni responsible kwa kutumia water kwenye boiler. Chanzo cha maji huchaguliwa kwenye condensed water kutoka kwenye condenser au fresh water. Pump hii hutathmini pressure ya maji, kutathmini supply ya wastani na sahihi kwa kutathmini requirements za boiler. Mara nyingi, feedwater pumps ni centrifugal au positive displacement, kila moja kinajaribu advantages zake kwa performance na efficiency.

Alternator

Kwa kutumia shaa moja na turbine, alternator ni muhimu kwa process ya kutengeneza nishati. Waktu turbine hurudi kwa force ya steam, hutumia rotor wa alternator. Mzunguko huu hutathmini electromagnetic field, kutengeneza nishati ya umeme. Kwa ujumla, alternator hutathmini converter, kutabadilisha nishati ya nguvu ya mzunguko wa turbine kwa nishati ya umeme ambayo inaweza kutathmini na kutumia kwenye grid ya nishati.

Chimney

Katika planti za nishati ya joto zinazotumia viwango kama mafuta, process ya combustion kwenye boiler hutengeneza flue gases. Chimney hutathmini njia ya flue gases kutengenezwa kwenye mazingira. Operation yake ni kwa kutumia principles za natural draft na stack effect. Hot air, kutokana na density chache, hurudi, kutathmini draft ambayo hutathmini flue gases kwenye upward. Ukubwa wa chimney ni factor muhimu; chimneys zinazotaka kwenye ukubwa zinatengenezwa kwa draft kubwa, kutathmini gas dispersion.

Cooling Tower

Kwa jina lake, cooling tower ni muhimu kwa kutathmini waste heat kwenye mazingira. Kutumia methods tofauti za heat transfer, cooling tower hutathmini heat kutoka kwenye maji kwa evaporation, kutathmini maji cool ambayo inaweza kutathmini kwenye cycle ya kutengeneza nishati. Water condensed kutoka kwenye steam kwenye condenser hupelekwa kwenye cooling tower. Forced-flow cooling towers zinatumika kwenye planti za nishati ya joto, ambapo air huenda kwenye bottom hadi top ya tower, kutathmini efficiency ya heat transfer.

Criteria ya Chaguzi ya Eneo kwa Planti za Nishati ya Joto

Availability ya Mafuta

Kwa sababu viwango ni mafuta muhimu kwenye planti za nishati ya joto na kiasi kubwa kinachohitajika kwa kutengeneza nishati ya umeme, kuweka planti karibu na mine ya viwango ni muhimu. Proximity hii hutathmini transportation costs, kutathmini process ya kutengeneza nishati kuwa economical.

Transportation Facility

Planti za nishati ya joto hujumuisha machinery na equipment kubwa. Kwa hivyo, eneo la planti lazima liwe chaguli kwenye area yenye infrastructure ya transport ya nzuri. Rail au road transport ni muhimu kwa kutathmini viwango, pamoja na delivery ya equipment mpya na transport ya workers, technicians, na engineers. Pia, availability ya public transport kwenye vicinity hutathmini access convenient kwa workforce ya planti.

Availability ya Maji

Planti ya nishati ya joto hutathmini kiasi kubwa la maji kutengeneza high-pressure na high-temperature steam. Kwa hivyo, planti lazima iwe karibu na riverbank au kwenye location yenye supply consistent na abundant ya maji kutathmini demand ya wastani ya maji kutengeneza steam na cooling processes.

Availability ya Ardhi

Kujenga planti ya nishati ya joto hutathmini ardhi kubwa. Pia, gharama za ardhi lazima ziwe sahihi. Wakati wa chaguzi, provisions za expansion ya baadaye lazima ziwachaguliwe. Kwa sababu planti hujumuisha machinery kali, ground lazima iwe na load-bearing capacity sahihi, na foundation robust ni muhimu kutathmini equipment.

Distance kutoka kwenye Areas za Populated

Planti za nishati ya joto hutengeneza flue gases, ash, dust, na smoke wakati wa operation, yote yanayotathmini health risks kwa binadamu na yanaweza kutathmini udhaifu wa mazingira kwenye atmosphere na ardhi. Ili kutathmini impacts hizi, planti lazima iwe mbali kutoka kwenye urban areas, communities za residential, na farms za agricultural. Pia, noise generated kutoka kwenye machinery za planti, kama alternators, transformers, fans, na turbines, hutathmini placement yake kwenye location ya mbali.

Ash Disposal Facility

Combustion ya viwango hutathmini generation ya ash, inaaccount kwa 30-40% ya total consumption ya viwango. Ash disposal ni muhimu. Ash huchaguliwa kutoka kwenye bottom ya boiler furnace, na section kubwa ya hii hutathmini kwenye flue gases. Ili kutathmini ash effectively, systems tofauti za ash handling zinatumika: bottom ash handling system na fly ash handling system. Eneo la planti lazima liwe na facilities sahihi kwa safe na environmentally friendly disposal ya ash hii.

Proximity kwenye Load Center

Nishati ya umeme uliyotengenezwa kwenye alternator hutathmini kwa kutathmini voltage kwa kutumia power transformer kabla ya kutathmini kwenye load center kwa kutumia transmission lines. Kuweka planti ya nishati ya joto karibu na load center hutathmini transmission costs na losses, kutathmini distribution efficient na cost-effective ya umeme.

Efficiency ya Planti za Nishati ya Joto

Katika planti ya nishati ya joto, generation ya umeme hutathmini stages tofauti za conversion ya nishati. Kwanza, nishati ya kimia ya viwango hutathmini kwa nishati ya joto. Nishati hii ya joto hutathmini kwa nishati ya kinetic au nguvu, ambayo hutathmini kwa nishati ya umeme. Kutokana na stages tofauti za conversion ya nishati, efficiency ya wastani ya planti za nishati ya joto ni chache, mara nyingi kwenye range ya 20-29%.

Efficiency ya planti ya nishati ya joto hutathmini factors tofauti, ikiwa ni size ya planti na quality ya viwango zinazotumika. Kiasi kubwa la nishati ya joto hutathmini kwenye condenser wakati wa process ya kutengeneza nishati. Kuna aina mbili muhimu za metrics za efficiency zinazotumika kutathmini planti za nishati ya joto:

Thermal Efficiency

Thermal efficiency inaelezea ratio ya nishati ya nguvu, expressed kwa heat equivalent terms, available kwenye turbine kwa nishati ya joto kamili iliyotengenezwa wakati wa combustion ya viwango kwenye boiler. Inathathmini effectiveness ya kutabadilisha nishati ya joto kutoka kwenye combustion ya viwango kwa useful mechanical work kwenye turbine.

Thermal Efficiency

Planti za nishati ya joto mara nyingi hutathmini thermal efficiency ya approximate 30%. Section kubwa, around 50% ya nishati ya joto kamili, hutathmini kama waste kwenye condenser. Nishati ya joto remaining hutathmini kwenye channels tofauti, kama flue gases kutoka kwenye chimney na ash kutengenezwa wakati wa combustion ya viwango. Heat loss hii kubwa kwenye condenser na zaidi hutathmini inefficiencies za traditional processes za kutengeneza nishati ya joto.

Overall Efficiency

Overall efficiency ya planti ya nishati ya joto hutathmini kama ratio ya heat equivalent ya electrical output kwa nishati ya joto kamili iliyotengenezwa wakati wa combustion ya viwango. Metric hii hutathmini performance kamili ya planti, kuheshimu stages zote za conversion ya nishati kutoka kwa nishati ya kimia iliyohifadhiwa kwenye viwango hadi nishati ya umeme final delivered kwenye grid. Inathathmini effective ni planti inaweza kutathmini nishati katika viwango kwa usable electrical power, kuheshimu losses zinazotokana kwa step moja kwa moja ya complex process ya kutengeneza nishati.

Overall Efficiency ya Planti za Nishati ya Joto

Overall efficiency ya planti ya nishati ya joto hutathmini losses zote zinazotokana kwenye entire power-generation cycle. Hii inajumuisha inefficiencies wakati wa combustion ya viwango, heat transfer processes, steam turbine operation, na crucially, performance ya alternator, ambayo hutabadilisha nishati ya nguvu kwa nishati ya umeme. Stages zote hizi zinathathmini overall energy loss, finally determining proportion ya initial energy katika viwango ambayo inaweza kutathmini kwa usable electrical power.

Overall efficiency ya planti ya nishati ya joto ni closely tied kwa size na power-generation capacity, mara nyingi imethibitishwa kwa megawatts (MW). Kama general rule, kuna correlation ya direct kati ya capacity ya planti ya nishati ya joto na efficiency yake: planti zinazokuwa na capacities chache zinaweza kutathmini lower overall efficiencies. Planti ndogo zinaweza kuwa na economies of scale na optimized design features zinazokuwa na planti kubwa, kutathmini higher relative energy losses kwenye stage moja kwa moja ya power-generation process. Hii inamaanisha kuwa proportion kubwa ya nishati kutoka kwa mafuta hutathmini wasted, kutathmini amount ya umeme ambayo inaweza kutengenezwa kwa unit moja ya mafuta kutumika.