Teplárna nebo tepelná elektrárna

Co je tepelná elektrárna?

Tepelná elektrárna nebo tepelná elektrárna je nejtradičnějším zdrojem elektrické energie. Tepelnou elektrárnu také nazývají uhlíkovou tepelnou elektrárnou a parní turbínovou elektrárnou.

Podívejme se, jak tepelná elektrárna funguje.

Teorie tepelné elektrárny

Teorie tepelných elektráren nebo funkce tepelných elektráren je velmi jednoduchá. Elektrárna se primárně skládá z alternátoru poháněného parním turbínou. Pára se získává z vysokotlakých kotelů.

V Indii se obvykle jako palivo pro kotel používá bituminózní uhlí, hnědé uhlí a rašelina. Bituminózní uhlí, které se používá jako palivo pro kotel, má obsah letných látek od 8 do 33 % a obsah popela 5 až 16 %. Pro zvýšení tepelné efektivity se uhlí v kotli používá ve formě prášku.

V uhlíkové tepelné elektrárně se pára vytváří pod vysokým tlakem v parním kotli díky spalování paliva (pulverizovaného uhlí) v kotlových pecích. Tato pára je dále předehřátá v předehřívači.

Tato předehřátá pára pak vstupuje do turbíny a otáčí lopatky turbíny. Turbína je mechanicky spojena s alternátorem tak, že jeho rotor se bude otáčet s rotačními pohyby lopatek turbíny.

Po vstupu do turbíny náhle klesne tlak páry a odpovídající objem páry se zvětší.

Po předání energie rotoru turbíny pára projde lopatkami turbíny do kondenzátoru.

V kondenzátoru se studená voda okolo čerpadla oběhovým systémem kondenzuje nízkotlakou mokrou páru.

Tato kondenzovaná voda je dále dodávána do nízkotlakého ohřívače vody, kde nízkotlaká pára zvyšuje teplotu této vodního zásobu; opět je ohřívána pod vysokým tlakem.

Pro lepší pochopení poskytneme každý krok funkce tepelné elektrárny následovně,

1. Nejprve se pulverizované uhlí spálí v peci parního kotle.

2. V kotli se vytvoří pára pod vysokým tlakem.

3. Tato pára je pak vedena přes předehřívač, kde je dále ohřívána.

4. Tato předehřátá pára je pak vedená do turbíny vysokou rychlostí.

5. V turbíně tato párová síla otáčí lopatky turbíny, což znamená, že v turbíně je uložená potenciální energie vysokotlaké páry převedena na mechanickou energii.

Schéma elektrárny

1. Po otočení lopatek turbíny pára ztratila svůj vysoký tlak, vystoupí z lopatek turbíny a vstoupí do kondenzátoru.

2. V kondenzátoru se studená voda oběhovým systémem čerpadla kondenzuje nízkotlakou mokrou páru.

3. Tato kondenzovaná voda je dále dodávána do nízkotlakého ohřívače vody, kde nízkotlaká pára zvyšuje teplotu tohoto vodního zásobu, který je pak opět ohříván v vysokotlakém ohřívači, kde se vysoký tlak páry používá k ohřevu.

4. Turbína v tepelné elektrárně slouží jako hlavní pohon alternátoru.

Přehled tepelné elektrárny

Typická tepelná elektrárna funguje na cyklu, který je zobrazen níže.

Pracovní tekutinou je voda a pára. To se nazývá cyklus vody a páry. Ideální termodynamický cyklus, kterýmu se blíží provoz tepelné elektrárny, je rankinův cyklus.
V parním kotli se voda ohřívá spalováním paliva ve vzduchu v peci, a funkce kotlu je dodávat suchou předehřátou páru v požadované teplotě. Vytvořená pára se používá k pohonu parních turbín.

Tato turbína je spojena s synchronním generátorem (obvykle třífázovým synchronním alternátorem), který vygeneruje elektřinu.

Pára ze spodní části turbíny je umožněna kondenzovat v parním kondenzátoru turbíny, což vytváří vakuum za velmi nízkým tlakem a umožňuje expanzi páry v turbíně až do velmi nízkého tlaku.

Hlavní výhody kondenzace jsou zvýšené množství energie extrahované na kilogram páry a tím i zvýšení efektivity, a kondenzát, který se opět vrací do kotlu, snižuje množství čerstvé vodního zásobu.

Kondenzát spolu s čerstvou doplňkovou vodou je opět veden do kotlu pomocí čerpadla (nazývaného čerpadlo kotle).

V kondenzátoru se pára kondenzuje chladicí vodou. Chladicí voda se recykluje skrze chladicí věž. Toto tvoří chladicí vodní obvod.

Okolní vzduch je umožněn vstoupit do kotlu po filtraci prachu. Také spalinové plyny vycházejí z kotlu a jsou vypouštěny do atmosféry skrze komíny. Toto tvoří obvod vzduchu a spalinových plynů.

Proudění vzduchu a také statický tlak uvnitř parního kotlu (nazývaný výtah) je udržován dvěma ventilátory, nazývanými Nucený výtah (FD) a Přirozený výtah (ID).

Celý schémat tepelné elektrárny spolu s různými obvody je znázorněn níže.

Uvnitř kotlu jsou různé výměníky tepla, např. Ekonomizér, Evaporátor (neukázán na obrázku, je to základně vodní trubice, tj. sestupná vystupná cirkulace), Předehřívač (někdy Reheater, předehřívač vzduchu jsou také přítomny).

V ekonomizéru je vodní zásoba značně ohřívána zbývajícím teplem spalinových plynů.

Buben kotlu udržuje hlavu pro přirozenou cirkulaci dvoufázové směsi (pára + voda) skrze vodní trubice.

Existuje také předehřívač, který také bere teplo ze spalinových plynů a zvyšuje teplotu páry podle potřeby.

Účinnost tepelné elektrárny