Elektrownia cieplna lub Elektrownia termiczna

Co to jest elektrownia cieplna?

Elektrownia cieplna lub elektrownia termiczna to najbardziej tradycyjne źródło energii elektrycznej. Elektrownię cieplną nazywa się również elektrownią węglową i elektrownią parową.

Przeanalizujmy, jak działa elektrownia cieplna.

Teoria działania elektrowni cieplnej

Teoria działania elektrowni cieplnych lub ich działań jest bardzo prosta. Głównym elementem elektrowni jest alternator napędzany przez turbinę parową. Para uzyskiwana jest z wysokociśnieniowych kotłów.

W Indiach jako paliwo do kotła stosuje się zwykle węgiel bitumiczny, brunatny i torf. Węgiel bitumiczny używany jako paliwo do kotła ma zawartość lotnych substancji od 8 do 33% i zawartość popiołu od 5 do 16%. Aby zwiększyć wydajność termiczną, węgiel stosowany jest w formie proszku.

W elektrowni węglowej para jest produkowana pod wysokim ciśnieniem w kotłach parowych w wyniku spalania paliwa (miazgi węgla) w palnikach kotłów. Ta para jest następnie dodatkowo nagrzewana w supergrzewarce.

Ta przegrzana para wprowadzana jest do turbiny i obraca łopatki turbiny. Turbina mechanicznie połączona jest z alternatorem, tak że jego rotor będzie się obracał wraz z obracaniem się łopatek turbiny.

Po wejściu do turbiny ciśnienie pary gwałtownie spada, a odpowiadająca mu objętość pary zwiększa się.

Po przekazaniu energii rotora turbiny para przechodzi z łopatek turbiny do kondensatora.

W kondensatorze woda chłodząca jest cyrkulowana za pomocą pompy, która skrapla parę mokrą o niskim ciśnieniu.

Ta skondensowana woda jest następnie podawana do grzejnika wody o niskim ciśnieniu, gdzie para o niskim ciśnieniu zwiększa temperaturę tej wody podajnikowej, która jest ponownie ogrzewana pod wysokim ciśnieniem.

Aby lepiej zrozumieć, przedstawiamy każdy krok funkcjonowania elektrowni cieplnej następująco,

1. Pierwszy krok polega na spaleniu miazgi węgla w piecu kotła parowego.

2. Para o wysokim ciśnieniu jest produkowana w kotłach.

3. Następnie para przechodzi przez supergrzewarkę, gdzie jest dalej nagrzewana.

4. Ta przegrzana para jest wprowadzana do turbiny z dużą prędkością.

5. W turbince para obraca łopatki turbiny, co oznacza, że w turbinkach potencjalna energia skoncentrowana w parze o wysokim ciśnieniu jest zamieniana na energię mechaniczną.

Schemat elektrowni

1. Po obrocie łopatek turbiny, para traci swoje wysokie ciśnienie, opuszcza łopatki turbiny i wchodzi do kondensatora.

2. W kondensatorze woda chłodząca jest cyrkulowana za pomocą pompy, która skrapla parę mokrą o niskim ciśnieniu.

3. Ta skondensowana woda jest następnie podawana do grzejnika wody o niskim ciśnieniu, gdzie para o niskim ciśnieniu zwiększa temperaturę tej wody podajnikowej, która jest następnie ponownie ogrzewana w grzejniku o wysokim ciśnieniu, gdzie wysokie ciśnienie pary jest używane do ogrzewania.

4. Turbina w elektrowni cieplnej działa jako główny napęd alternatora.

Przegląd elektrowni cieplnej

Typowa elektrownia cieplna działa w cyklu, który jest pokazany poniżej.

Płynem roboczym jest woda i para. To nazywane jest cyklem wody podajnikowej i pary. Ideałowy cykl termodynamiczny, do którego blisko przypomina działanie elektrowni cieplnej, to cykl Rankine.
W kotłach parowych woda jest nagrzewana przez spalanie paliwa w powietrzu w palniku, a zadaniem kotła jest dostarczenie suchej przegrzanej pary w wymaganym stopniu. Para w ten sposób produkowana służy do napędzania turbin parowych.

Ta turbina jest połączona z synchronicznym generatorem (zwykle trójfazowym synchronicznym alternatorem), który generuje energię elektryczną.

Para wydechowa z turbiny jest skraplana w wodzie w kondensatorze pary turbiny, co tworzy ssanie przy bardzo niskim ciśnieniu i pozwala na rozszerzenie pary w turbiny do bardzo niskiego ciśnienia.

Głównymi zaletami działania skraplacza są zwiększone ilości energii ekstrahowanej na kilogram pary, co zwiększa wydajność, oraz skraplona woda, która jest podawana ponownie do kotła, zmniejsza ilość świeżej wody podajnikowej.

Skraplona woda wraz z niewielką ilością świeżej wody podajnikowej jest ponownie podawana do kotła za pomocą pompy (zwanej pompą podajnikową).

W kondensatorze para jest skraplana przez wodę chłodzącą. Woda chłodząca cyrkuluje przez wieżę chłodniczą. To stanowi obwód wody chłodzącej.

Powietrze otoczenia jest dopuszczane do kotła po odfiltrowaniu pyłów. Ponadto spaliny z kotła są odprowadzane do atmosfery przez kominy. To stanowi obwody powietrza i spalin.

Przepływ powietrza oraz statyczne ciśnienie wewnątrz kotła parowego (zwane naciągiem) utrzymywane są przez dwie wentylatory zwane Forced Draught (FD) i Induced Draught (ID).

Cały schemat typowej elektrowni cieplnej wraz z różnymi obwodami jest przedstawiony poniżej.

Wewnątrz kotła znajduje się wiele wymienników ciepła, takich jak ekonomizer, evaporator (nie pokazany na powyższym rysunku, jest to zasadniczo rura wodna, tzn. obwód wodny zstępujący i wstępujący), supergrzewarka (czasami reheater, przedgrzewarka powietrza są również obecne).

W ekonomizerze woda podajnikowa jest znacznie nagrzewana przez pozostałe ciepło spalin.

Bębno kotła utrzymuje ciśnienie dla naturalnej cyrkulacji mieszaniny fazowej (para + woda) przez rury wodne.

Istnieje również supergrzewarka, która pobiera ciepło ze spalin i podnosi temperaturę pary zgodnie z potrzebami.

Wydajność elektrowni cieplnej

Ogólna wydajność elektrowni parowej definiowana jest jako stosunek równoważnika ciepła wyjściowej energii elektrycznej do ciepła spalania węgla. Ogólna wydajność elektrowni cieplnej waha się od