Термално електроизработване

Дефиниция на топлоелектроцентралата

Топлоелектроцентрала е определена като съоръжение, което произвежда електричество, използвайки топлова енергия, предимно от изгарянето на въглища, за да създаде пара, която привежда в действие турбините.

Теория на топлоелектроцентралата

Теорията на топлоелектроцентралите е проста. Тези съоръжения използват парни турбини, свързани с алтернатори, за да произведат електричество. Парато се произвежда в високонапредни котли.

Обикновено в Индия като гориво за котла се използват битуминозен въглищ, буен въглищ и торф. Битуминозният въглищ, използван като гориво за котла, има летливи вещества от 8 до 33% и зрачен съдържание от 5 до 16%. За увеличаване на термалната ефективност, въглищата се използват в котла в пореста форма.

В топлоелектроцентрала, използваща въглище, парата се произвежда под високо налягане в парния котел поради изгарянето на горивото (порест въглищ) в печите на котела. Тази пара е допълнително нагрявана в супернагревателя.

Тази супернагрятата пара после влиза в турбината и завърта лопатките на турбината. Турбината е механично свързана с алтернатор, така че роторът му ще се завърти със завъртането на лопатките на турбината.

Когато парата влиза в турбината, нейното налягане бързо пада, причинявайки увеличение на обема на парата. След като предаде енергията си на ротора на турбината, парата излиза от лопатките на турбината и влиза в кондензатора. В кондензатора, студената вода се циркулира с помощта на помпа, която кондензира нисконапредната влажна пара.

Тази кондензирата вода е допълнително доставяна в нисконапреден воден нагревател, където нисконапредната пара увеличава температурата на тази питейна вода; тя е отново нагрята под високо налягане. За по-добро разбиране, нека разгледаме стъпките, по които работи топлоелектроцентралата:

• Първо, порестият въглищ се изгаря в печите на парния котел.

• Произвежда се високонапредна пара в котела.

• Тази пара после минава през супернагревателя, където е допълнително нагрявана.

• Тази супер нагрятата пара после влиза в турбината с висока скорост.

• В турбината, тази пара завърта лопатките на турбината, което означава, че тук, в турбината, потенциалната енергия, съхранена в високонапредната пара, се преобразува в механична енергия.

Схема на топлоелектроцентралата

След завъртането на лопатките на турбината, парата губи своето високо налягане, излиза от лопатките на турбината и влиза в кондензатора. В кондензатора, студената вода се циркулира с помощта на помпа, която кондензира нисконапредната влажна пара.

Тази кондензирата вода е допълнително доставяна в нисконапреден воден нагревател, където нисконапредната пара увеличава температурата на тази питейна вода, след което тя е отново нагрята в високонапреден нагревател, където високото налягане на парата се използва за нагреване. Турбината в топлоелектроцентралата действа като основен двигател на алтернатора.

Обзор на топлоелектроцентралата

Обикновена топлоелектроцентрала работи в цикъл, който е показан по-долу.

Работната течност е вода и пара. Това се нарича питейна вода и парен цикъл. Идеалният термодинамичен цикъл, който приближава работата на топлоелектроцентралата, е ранкиновият цикъл.

В парния котел, водата се нагрява чрез изгаряне на горивото във въздуха в печите, и функцията на котела е да даде суха, супернагрята пара на необходимата температура. Произведената пара се използва за привеждане в движение на парните турбини.

Тази турбина е свързана с синхронен генератор (обикновено трифазен синхронен алтернатор), който генерира електрическа енергия.

Изходящата пара от турбината се позволява да се кондензира в водата в парния кондензатор на турбината, което създава отсасване при много ниско налягане и позволява разширяването на парата в турбината до много ниско налягане.

Основните преимущества на кондензиращата операция са увеличението на количеството енергия, извлечено от килограм пара, и следователно увеличаването на ефективността, и кондензиратата вода, която се подава отново в котела, намалява количеството нова питейна вода.

Кондензиратата вода, заедно с малко свежа добавна питейна вода, отново се подава в котела с помощта на помпа (наречена котелна помпа за подаване).

В кондензатора, парата се кондензира чрез охлаждаща вода. Охлаждащата вода се рециклира през охладителната кула. Това образува цикъл на охлаждащата вода.

Окръжната въздух се позволява да влезе в котела след филтриране на прах. Също така, димовете излизат от котела и се изхвърлят в атмосферата през комини. Това образува цикъл на въздуха и димовете.

Потокът на въздуха и също статичното налягане в парния котел (наречено драфт) се поддържа от две вентилатори, наречени Принуден драфт (FD) вентилатор и Индуциран драфт (ID) вентилатор. Общата схема на типична топлоелектроцентрала, заедно с различни цикли, е илюстрирана по-долу.

В котела има различни теплообменници, както економайзер, испарител (не е показан на фигурата, това са водни тръби, т.е. спускащо-възкачащ се цикъл), супернагревател (понякога пренагревател, предварителен нагревател на въздуха също са налични).

В економайзера питейната вода се нагрява значително от останалата топлина на димовете. Бочката на котела поддържа глава за естествено циркулиране на двофазна смес (пара + вода) през водните тръби. Също има супернагревател, който също взима топлина от димовете и повишава температурата на парата според нуждите.

Ефективността на топлоелектроцентралата

Общата ефективност на парната електроцентрала е дефинирана като отношението между топлинната еквивалентност на електрическия изход и топлината от изгарянето на въглищата. Общата ефективност на топлоелектроцентралата варира от 20% до 26% и зависи от мощността на съоръжението.

Преимущества на топлоелектроцентралата

Преимуществата на топлоелектроцентралата включват:

• Икономично за ниски начални разходи, освен за всяко друго генериращо съоръжение.

• Изисква по-малко площ от хидроелектроцентралата.

• Тъй като въглищата са основното гориво и техният ценов диапазон е доста по-евтин от бензина/дизела, цената на производството е икономична.

• Поддръжката е по-лесна.

• Топлоелектроцентралите могат да бъдат инсталирани на всякакво място, където съществуват транспорт и достатъчно количество вода.

Недостатъци на топлоелектроцентралата

Недостатъците на топлоелектроцентралата включват:

• Експлозивните разходи за топлоелектроцентралата са сравнително високи поради горивото, поддръжката и т.н. 

• Голямо количество дим причинява замърсяване на въздуха. Топлоелектроцентралата е отговорна за глобалното затопляне.

• Загрята водата, която идва от топлоелектроцентралите, има неблагоприятен ефект върху водните организми и нарушава екологията.

• Общата ефективност на топлоелектроцентралата е ниска, като под 30%.