火力発電所または火力発電站

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フィールド: 基本電気

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熱力発電所とは何か

熱力発電所または熱力発電施設は、最も一般的な電力供給源です。熱力発電所は、石炭火力発電所や蒸気タービン発電所とも呼ばれます。

では、熱力発電所の仕組みについて詳しく見ていきましょう。

熱力発電所の理論

熱力発電所または熱力発電所の動作原理は非常に単純です。発電所は主に、蒸気タービンによって駆動される交流発電機で構成されています。蒸気は高圧ボイラーから得られます。

一般的にインドでは、ビチュミナス石炭、褐色石炭、ピートがボイラーの燃料として使用されます。ビチュミナス石炭は、揮発分が8〜33%、灰分が5〜16%を含んでいます。熱効率を向上させるために、石炭は粉末状でボイラーに使用されます。

石炭火力発電所では、ボイラー炉内で燃料（粉砕された石炭）を燃焼させることで、高圧の蒸気が生成されます。この蒸気はさらに過熱器で過熱されます。

この過熱蒸気はタービンに入り、タービンの羽根を回転させます。タービンは発電機と機械的に結合しており、タービンの羽根が回転すると同時に発電機のロータも回転します。

タービンに入った後、蒸気の圧力は急激に下がり、対応する蒸気の体積が増加します。

タービンのロータにエネルギーを与えた後、蒸気はタービンの羽根からコンデンサーへと流出します。

コンデンサーでは、ポンプを使って冷たい水が循環し、低圧の湿った蒸気を凝縮します。

この凝縮水は、さらに低圧給水加熱器に供給され、低圧蒸気により給水の温度が上昇します。その後、再び高圧で加熱されます。

より良い理解のために、熱力発電所の機能の各ステップを以下に示します。

まず、粉砕された石炭が蒸気ボイラーの炉に燃焼されます。
ボイラー内で高圧の蒸気が生成されます。
この蒸気は過熱器を通じてさらに加熱されます。
この過熱された蒸気は、高速でタービンに送られます。
タービン内では、この蒸気の力がタービンの羽根を回転させます。つまり、ここでは高圧の蒸気の潜在エネルギーが機械エネルギーに変換されます。

発電所の線図

thermal power plant

タービンの羽根を回転させた後、蒸気はその高圧を失い、タービンの羽根から出てコンデンサーに入ります。
コンデンサーでは、ポンプを使って冷たい水が循環し、低圧の湿った蒸気を凝縮します。
この凝縮水は、さらに低圧給水加熱器に供給され、低圧蒸気により給水の温度が上昇します。その後、高圧加熱器で再び加熱されます。
熱力発電所内のタービンは、発電機の原動機として機能します。

熱力発電所の概要

典型的な熱力発電所は以下のサイクルで動作します。
Thermal Power Plant Cycle
作動流体は水と蒸気です。これを給水および蒸気サイクルと呼びます。熱力発電所の動作に最も近い理想的な熱力学サイクルはランキンサイクルです。
蒸気ボイラーでは、空気中の燃料を燃焼させて水を加熱し、ボイラーの役割は必要な温度の乾燥した過熱蒸気を生成することです。生成された蒸気は蒸気タービンを駆動するために使用されます。

このタービンは同期発電機（通常は三相同期発電機）と連動しており、電力を生成します。

タービンからの排気蒸気は、タービンの蒸気コンデンサーで水に凝縮され、非常に低い圧力での吸引を作り出し、蒸気を非常に低い圧力まで膨張させることができます。

凝縮運転の主要な利点は、単位質量あたりの蒸気から抽出されるエネルギー量の増加による効率の向上であり、また、再利用可能な凝縮水がボイラーに供給されることで新鮮な給水量を減らすことができます。

凝縮水と一部の新鮮な補給水は、ポンプ（ボイラー給水ポンプ）によって再びボイラーに供給されます。

コンデンサーでは、冷却水によって蒸気が凝縮されます。冷却水は冷却塔を介して循環します。これが冷却水回路です。

大気はダストフィルターを通じてボイラーに導入されます。また、ボイラーからの排ガスは煙突を通じて大気に排出されます。これらが空気回路と排ガス回路を構成します。

蒸気ボイラー内の空気の流れと静圧（ドラフトと呼ばれる）は、強制ドラフト (FD)ファンと誘引ドラフト (ID)ファンの2つのファンによって維持されます。

典型的な熱力発電所の全体的なスキームと異なる回路は以下の通りです。
Thermal Power Plant Cycle
ボイラー内部には、様々な熱交換器があります。例えば、エコノマイザー、エバポレーター（上記の図には示されていませんが、基本的には水管、つまりダウンカマー・ライザーサーキット）、スーパーヒーター（時にはリヒーター、空気予熱器も存在します）。