Thermische krachtcentrale of thermische energiecentrale
Wat is een thermische energiecentrale?
Een thermische elektriciteitscentrale of thermische energiecentrale is de meest conventionele bron van elektriciteit. De thermische energiecentrale wordt ook wel aangeduid als een kolen-thermische energiecentrale en stoomturbine-energiecentrale.
Laten we kijken hoe een thermische energiecentrale werkt.
Theorie van de Thermische Energiecentrale
De theorie van thermische energiecentrales of het functioneren van thermische energiecentrales is zeer eenvoudig. Een elektriciteitscentrale bestaat voornamelijk uit een alternator die met behulp van een stoomturbine werkt. De stoom wordt verkregen uit hogedrukketels.
In India worden over het algemeen bitumineuze steenkool, bruinkool en veen gebruikt als brandstof voor de ketel. Bitumineuze steenkool, die als ketelbrandstof wordt gebruikt, heeft een vluchtige stofinhoud van 8 tot 33% en een asgehalte van 5 tot 16%. Om de thermische efficiëntie te verhogen, wordt de steenkool in poedervorm in de ketel gebruikt.
In een kolen-thermische energiecentrale wordt stoom onder hoge druk geproduceerd in de stoomketel door het verbranden van brandstof (verpulverde steenkool) in de ketelovens. Deze stoom wordt vervolgens verder opgewarmd in een oververhitter.
Deze oververhitte stoom gaat vervolgens de turbine binnen en draait de turbinedeeltjes. De turbine is mechanisch verbonden met een alternator, zodat de rotor ervan zal draaien wanneer de turbinedeeltjes draaien.
Na het binnengaan in de turbine daalt de stoomdruk plotseling en neemt het volume van de stoom toe.
Na het afstaan van energie aan de turbinerotor passeert de stoom de turbinedeeltjes en gaat naar de condensor.
In de condensor wordt koud water omgepompt met behulp van een pomp, waardoor de lagedrukvochtige stoom condenseert.
Dit gecondenseerde water wordt vervolgens aangeboden aan een lagedrukwarmwaterverwarmer, waar de lagedrukstoom de temperatuur van dit voedingswater verhoogt; het wordt vervolgens opnieuw verwarmd onder hoge druk.
Voor een beter begrip geven we elke stap van de werking van een thermische energiecentrale als volgt weer,
Ten eerste wordt de verpulverde steenkool verbrand in de oven van de stoomketel.
Er wordt stoom onder hoge druk geproduceerd in de ketel.
Deze stoom wordt vervolgens door de oververhitter geleid, waar hij verder wordt opgewarmd.
Deze oververhitte stoom gaat vervolgens de turbine binnen met hoge snelheid.
In de turbine zorgt de kracht van de stoom ervoor dat de turbinedeeltjes draaien, wat betekent dat hier in de turbine de opgeslagen potentiële energie van de stoom onder hoge druk wordt omgezet in mechanische energie.
Lijnschema van de Energiecentrale
Na het draaien van de turbinedeeltjes, is de stoom zijn hoge druk kwijt, gaat uit de turbinedeeltjes en gaat de condensor binnen.
In de condensor wordt koud water omgepompt met behulp van een pomp, waardoor de lagedrukvochtige stoom condenseert.
Dit gecondenseerde water wordt vervolgens aangeboden aan een lagedrukwarmwaterverwarmer, waar de lagedrukstoom de temperatuur van dit voedingswater verhoogt; het wordt vervolgens opnieuw verwarmd in een hoogdrukwarmwaterverwarmer, waarbij de hoge druk van de stoom wordt gebruikt voor het verwarmen.
De turbine in de thermische energiecentrale fungeert als de primaire drijver van de alternator.
Overzicht van de Thermische Energiecentrale
Een typische thermische energiecentrale werkt volgens een cyclus, zoals hieronder wordt getoond.
Het werkende vloeistof is water en stoom. Dit wordt de voedingswater- en stoomcyclus genoemd. De ideale thermodynamische cyclus waaraan de werking van een thermische energiecentrale nauwkeurig lijkt, is de Rankine-cyclus.
In een stoomketel wordt het water verwarmd door het verbranden van brandstof in de lucht in de oven, en de functie van de ketel is om droge oververhitte stoom te leveren op de vereiste temperatuur. De zo geproduceerde stoom wordt gebruikt om de stoomturbines te drijven.
Deze turbine is gekoppeld aan de synchrone generator (meestal een driefase-synchrone alternator), die elektrische energie genereert.
De uitlaatstoom van de turbine wordt toegestaan om in de stoomcondensor van de turbine te condenseren, wat zuiging creëert onder zeer lage druk en de expansie van de stoom in de turbine toelaat tot zeer lage druk.
De belangrijkste voordelen van de condensatieoperatie zijn de toename van de hoeveelheid energie die per kilogram stoom wordt onttrokken, waardoor de efficiëntie wordt verhoogd, en het condensaat, dat opnieuw in de ketel wordt gevoerd, vermindert de hoeveelheid vers voedingswater.
Het condensaat, samen met enig vers aanvullend voedingswater, wordt opnieuw in de ketel gevoerd door een pomp (genaamd de ketelvoedingspomp).
In de condensor wordt de stoom gecondenseerd door koelwater. Het koelwater wordt gerecycled via de koeltoren. Dit vormt het koelwatercircuit.
De omgevingslucht wordt toegestaan om de ketel binnen te gaan na stoffiltratie. Ook komt de rookgassen uit de ketel en worden deze via schoorstenen de atmosfeer in geblazen. Dit vormt de lucht- en rookgas circuits.
De luchtvloei en ook de statische druk binnen de stoomketel (genaamd trek) worden onderhouden door twee ventilatoren, genaamd Geforceerde Trek (FT) ventilator en Geïnduceerde Trek (IT) ventilator.
Het totale schema van een typische thermische energiecentrale, inclusief verschillende circuits, is hieronder geïllustreerd.
Binnen de ketel bevinden zich verschillende warmtewisselaars, nl. Economizer, Verdampaar (niet getoond in de figuur hierboven, het is eigenlijk de watertubes, d.w.z. downcomer riser circuit), Oververhitter (soms Heroververhitter, luchtvoorverhitter zijn ook aanwezig).
In de economizer wordt het voedingswater aanzienlijk verhit door de restwarmte van de rookgassen.
De ketel trommel onderhoudt een hoofd voor de natuurlijke circulatie van een tweefasemengsel (stoom + water) door de watertubes.
Er is ook een oververhitter die warmte uit de rookgassen haalt en de temperatuur van de stoom verhoogt volgens de vereisten.
Efficiëntie van de Thermische Energiecentrale
De totale efficiëntie van de stoomkrachtcentrale wordt gedefinieerd als de verhouding van de warmte-equivalent van de elektrische uitvoer tot de warmte van de verbranding van steenkool. De totale efficiëntie van een thermische energiecentrale varieert van
