Varmekraftværk eller Varmekraftstation
Hvad er en varmekraftværk?
En varmekraftværk eller varmekraftstation er den mest konventionelle kilde til elektricitet. Varmekraftværket kaldes også kulvarmekraftværk og dampturbin-værk.
Lad os dykke ned i, hvordan en varmekraftværk fungerer.
Teori om varmekraftstation
Teorien om varmekraftstationer eller arbejdet med varmekraftstationer er meget simpel. En kraftgenereringsanlæg består hovedsageligt af alternator, der kører ved hjælp af en dampeturbin. Dampen opnås fra højtrykskedler.
Generelt bruges i Indien bituminøst kul, brun kul og torv som brændsel til kedlen. Bituminøst kul, der bruges som kedlebrændsel, har flydende stof fra 8 til 33% og asindhold på 5 til 16%. For at øge termisk effektivitet bruges kul i pulverform i kedlen.
I en kulvarmekraftværk produceres damp under højt tryk i dampkedlen pga. forbrænding af brændsel (pulverkul) i kedlefyr. Denne damp superhejses yderligere i en superheater.
Denne superhejsete damp kommer derefter ind i turbinen og roterer turbinbladene. Turbinen er mekanisk koblet til en alternator, så dens rotor vil rotere sammen med turbinbladene.
Efter at være kommet ind i turbinen falder damptrykket pludseligt, og den tilsvarende dampvolumen øges.
Efter at have overført energi til turbinrotoren passer dampen ud af turbinbladene og ind i kondensator.
I kondensator cirkulerer kolde vand med hjælp af en pumpe, der kondenserer lavtryk-damp.
Dette kondenseret vand leveres yderligere til en lavtryk-varmepumper, hvor lavtryk-damp øger temperaturen på dette feedvand; det opvarmes igen under højt tryk.
For bedre forståelse frembyder vi hver trin i funktionen af en varmekraftstation som følger:
Først brydes pulverkul ned i fyr til dampkedlen.
Højtryk-damp produceres i kedlen.
Denne damp passer derefter gennem superheater, hvor den bliver opvarmet yderligere.
Denne superhejsete damp kommer derefter ind i en turbin med høj hastighed.
I turbinen omdanner denne dampkraft til rotation af turbinbladene, hvilket betyder, at det potentielle lagrede energi i højtryk-dampen omdannes til mekanisk energi.
Linediagram af kraftværk
Efter at have roteret turbinbladene, har dampen mistet sit højtryk, passer ud af turbinbladene og kommer ind i en kondensator.
I kondensator cirkulerer kolde vand med hjælp af en pumpe, der kondenserer lavtryk-damp.
Dette kondenseret vand leveres derefter til en lavtryk-varmepumper, hvor lavtryk-damp øger temperaturen på dette feedvand, det opvarmes derefter i en højtryk-varmepumper, hvor højtryk-damp anvendes til opvarming.
Turbinen i varmekraftstationen fungerer som primær driver for alternator.
Oversigt over varmekraftværk
Et typisk varmekraftværk arbejder i en cyklus, som vises nedenfor.
Arbejdsflydende er vand og damp. Dette kaldes feedvand- og dampcyklus. Den ideelle termodynamiske cyklus, som operationen af en varmekraftstation tæt ligner, er rankine-cyklussen.
I en dampkedle opvarmes vandet ved at forbrænde brændslen i luften i ovnen, og funktionen af kedlen er at give tørt superhejset damp på det ønskede temperatur. Den producerede damp bruges til at drevet damp-turbiner.
Denne turbine er koblet til en synkron generator (typisk en tre-fase synkron alternator), der genererer elektrisk energi.
Udledningsdampen fra turbinen tillades at kondenseres til vand i dampkondensator i turbin, hvilket skaber suktion under meget lavt tryk og tillader udvidelsen af dampen i turbinen til meget lavt tryk.
De primære fordele ved kondensationsdrift er den øgede mængde energi, der udtages pr. kg damp, og dermed øget effektivitet, og kondensatet, der føres ind i kedlen igen, reducerer mængden af frisk feedvand.
Kondensatet sammen med noget frisk makeup-feedvand føres igen ind i kedlen af en pumpe (kaldet kedlepumpe).
I kondensator kondenseres dampen ved køling med vand. Kølevand recycler gennem køletårn. Dette udgør en kølevandcirkuit.
Omgivende luft tillades at komme ind i kedlen efter støvfiltrering. Desuden kommer fluegas ud af kedlen og udløses i atmosfæren gennem skorste. Dette udgør luft- og fluegascirkuit.
Flyden af luft og også statisk tryk inden i dampkedlen (kaldet drægt) opretholdes af to ventilatorer kaldet Tvinget Drægt (FD) ventilator og Indledet Drægt (ID) ventilator.
Det samlede schema for et typisk varmekraftværk sammen med forskellige cirkuit er illustreret nedenfor.
Indeni kedlen findes der forskellige varmevekslere, nemlig økonomiserer, evaporator (ikke vist i figur ovenfor, det er basalt set vandrør, dvs. downcomer riser circuit), superheater (nogle gange reheater, luftforvarmer er også til stede).
I økonomisereren opvarmes feedvandet betydeligt ved restvarmen fra fluegas.
Kedledrum opretholder et hoved for naturlig cirkulation af en tofasemiksning (damp + vand) gennem vandrør.
Der er også en superheater, der også tager varme fra fluegas og øger temperaturen af damp efter behov.
Effektiviteten af varmekraftstation eller -værk
Den samlede effektivitet af dampkraftværket defineres som forholdet mellem varmemæssig ækvivalent af elektrisk output til varmeafgiften fra kulforbrænding. Den samlede effektivitet af en varmekraftstation eller -værk varierer fra 20% til 26% og afhænger af anlægs kapacitet.
