Centrale termoelettrica o impianto di produzione di energia termica
Cos'è una centrale termoelettrica?
Una centrale di generazione elettrica termica o centrale termoelettrica è la fonte più convenzionale di energia elettrica. La centrale termoelettrica è anche conosciuta come centrale termoelettrica a carbone e centrale termoelettrica a turbina a vapore.
Esaminiamo come funziona una centrale termoelettrica.
Teoria della centrale termoelettrica
La teoria delle centrali termoelettriche o il funzionamento delle centrali termoelettriche è molto semplice. Una centrale di generazione elettrica consiste principalmente in un alternatore che funziona con l'aiuto di una turbina a vapore. Il vapore è ottenuto da caldaie ad alta pressione.
In genere in India, viene utilizzato come combustibile per la caldaia carbone bituminoso, carbone bruno e torba. Il carbone bituminoso utilizzato come combustibile per la caldaia ha una materia volatile compresa tra l'8% e il 33% e un contenuto di ceneri tra il 5% e il 16%. Per aumentare l'efficienza termica, il carbone viene utilizzato in polvere nella caldaia.
In una centrale termoelettrica a carbone, il vapore viene prodotto ad alta pressione nella caldaia a vapore a causa della combustione del combustibile (carbone polverizzato) nei forni della caldaia. Questo vapore viene ulteriormente sovrariscaldato in un sovrariscaldatore.
Questo vapore sovrariscaldato entra poi nella turbina e fa ruotare le pale della turbina. La turbina è meccanicamente accoppiata ad un alternatore in modo che il suo rotore ruoterà con la rotazione delle pale della turbina.
Dopo essere entrato nella turbina, la pressione del vapore diminuisce improvvisamente e il volume corrispondente del vapore aumenta.
Dopo aver fornito energia al rotore della turbina, il vapore esce dalle pale della turbina ed entra nel condensatore.
Nel condensatore, l'acqua fredda viene circolata con l'aiuto di una pompa che condensa il vapore umido a bassa pressione.
Questa acqua condensata viene ulteriormente fornita ad un riscaldatore d'acqua a bassa pressione dove il vapore a bassa pressione aumenta la temperatura di questa acqua di alimentazione; viene nuovamente riscaldato ad alta pressione.
Per una migliore comprensione, forniamo ogni passaggio della funzione di una centrale termoelettrica come segue,
Prima, il carbone polverizzato viene bruciato nel forno della caldaia a vapore.
Il vapore ad alta pressione viene prodotto nella caldaia.
Questo vapore viene quindi fatto passare attraverso il sovrariscaldatore, dove viene ulteriormente riscaldato.
Questo vapore sovrariscaldato viene poi introdotto in una turbina ad alta velocità.
Nella turbina, la forza del vapore fa ruotare le pale della turbina, ovvero qui nella turbina l'energia potenziale immagazzinata del vapore ad alta pressione viene convertita in energia meccanica.
Diagramma a linee della centrale elettrica
Dopo aver fatto ruotare le pale della turbina, il vapore ha perso la sua alta pressione, esce dalle pale della turbina e entra nel condensatore.
Nel condensatore, l'acqua fredda viene circolata con l'aiuto di una pompa che condensa il vapore umido a bassa pressione.
Questa acqua condensata viene poi ulteriormente fornita ad un riscaldatore d'acqua a bassa pressione dove il vapore a bassa pressione aumenta la temperatura di questa acqua di alimentazione, viene quindi nuovamente riscaldata in un riscaldatore ad alta pressione dove la pressione elevata del vapore viene utilizzata per il riscaldamento.
La turbina nella centrale termoelettrica agisce come motore principale dell'alternatore.
Panoramica della centrale termoelettrica
Una tipica centrale termoelettrica opera su un ciclo che è mostrato di seguito.
Il fluido di lavoro è acqua e vapore. Questo è chiamato ciclo di acqua di alimentazione e vapore. Il ciclo termodinamico ideale al quale si avvicina l'operazione di una centrale termoelettrica è il ciclo Rankine.
Nella caldaia a vapore, l'acqua viene riscaldata bruciando il combustibile nell'aria nel forno, e la funzione della caldaia è quella di fornire vapore sovrariscaldato secco alla temperatura richiesta. Il vapore così prodotto viene utilizzato per azionare le turbine a vapore.
Questa turbina è accoppiata a un generatore sincrono (di solito un alternatore sincrono trifase), che genera energia elettrica.
Il vapore di scarico dalla turbina viene fatto condensare in acqua nel condensatore a vapore della turbina, il che crea un'aspirazione a pressione molto bassa e permette l'espansione del vapore nella turbina a pressione molto bassa.
I principali vantaggi dell'operazione a condensazione sono l'aumento dell'energia estratta per kg di vapore e quindi l'aumento dell'efficienza, e il condensato che viene reinserito nella caldaia riduce la quantità di acqua fresca di alimentazione.
Il condensato insieme a una certa quantità di acqua di alimentazione fresca viene nuovamente fornito alla caldaia da una pompa (chiamata pompa di alimentazione della caldaia).
Nel condensatore, il vapore viene condensato dall'acqua di raffreddamento. L'acqua di raffreddamento ricicla attraverso la torre di raffreddamento. Questo costituisce un circuito di acqua di raffreddamento.
L'aria ambiente viene fatta entrare nella caldaia dopo la filtrazione della polvere. Inoltre, i gas di scarico escono dalla caldaia e vengono espulsi nell'atmosfera attraverso le ciminiere. Questi costituiscono i circuiti di aria e gas di scarico.
Il flusso d'aria e anche la pressione statica all'interno della caldaia a vapore (chiamata spinta) vengono mantenuti da due ventilatori chiamati Ventilatore a Spinta Forzata (FD) e Ventilatore a Spinta Indotta (ID).
Lo schema totale di una tipica centrale termoelettrica insieme ai diversi circuiti è illustrato di seguito.
All'interno della caldaia, ci sono vari scambiatori di calore, come Economizzatore, Evaporatore (non mostrato nella figura sopra, è fondamentalmente i tubi di acqua, cioè il circuito downcomer risalente), Sovrariscaldatore (a volte Riscaldatore, pre-riscaldatore d'aria sono anche presenti).
Nell'Economizzatore l'acqua di alimentazione viene riscaldata in modo considerevole dal calore residuo dei gas di scarico.
Il tamburo della caldaia mantiene una testa per la circolazione naturale di una miscela bifase (vapore + acqua) attraverso i tubi di acqua.
C'è anche un Sovrariscaldatore che prende calore dai gas di scarico e aumenta la temperatura del vapore secondo le esigenze.
L'efficienza della centrale termoelettrica
L'efficienza complessiva della centrale termoelettrica è definita come il rapporto tra l'equivalente calorico dell'uscita elettrica e il calore di combustione del carbone. L'efficienza complessiva di una centrale termoelettrica varia dal
