Termisk kraftproduktion

Definition af varmeforsyningselektricitetsværk

Et varmeforsyningselektricitetsværk defineres som en anlæg, der producerer elektricitet ved at bruge varmeenergi, primært fra kulforbrænding, til at producere damp, der drev turbiner.

Teori for termisk kraftværk

Teorien bag termiske kraftværker er simpel. Disse anlæg bruger dampmaskiner forbundet med alternatorer til at generere elektricitet. Dampen produceres i højtrykskedler.

Generelt i Indien bruges bituminøst kul, brunt kul og torv som brændsel til kedlen. Bituminøst kul, der bruges som kedlebrændsel, har flydende stoffer fra 8 til 33% og asindhold på 5 til 16%. For at øge den termiske effektivitet bruges kul i pulverform i kedlen.

I et kulbaseret termisk kraftværk produceres damp under højt tryk i dampkedlen pga forbrændingen af brændsel (pulverkul) i kedlefyr. Denne damp opvarmes yderligere i en superheater.

Denne overopvarmede damp indgår derefter i turbinen og roterer turbinbladene. Turbinen er mekanisk koblet til en alternator, så dens rotor vil rotere sammen med turbinbladene.

Når dampen indgår i turbinen, falder dens tryk hurtigt, hvilket får dampens volumen til at øges. Efter at have overført energi til turbinens rotor, passerer dampen ud af turbinbladene ind i kondensator. I kondensatoren cirkuleres kold vand med hjælp fra en pumpe, som kondenserer den lavtrykte fuktige damp.

Den kondenseret vand leveres derefter til en lavtryk vandvarmer, hvor lavtryk-damp øger temperaturen på denne feed water; den opvarmes derefter under højt tryk. For at forstå det bedre, lad os gennemgå trinnene i, hvordan et termisk kraftværk fungerer:

• Først brændes pulverkul i kedleovnen.

• Højtryk-damp produceres i kedlen.

• Denne damp passerer derefter gennem superheater, hvor den opvarmes yderligere.

• Denne overopvarmede damp indgår derefter i turbinen med høj hastighed.

• I turbinen roterer denne dampkraft turbinbladene, hvilket betyder, at den potentielle energi, der er lagret i højtryk-dampen, konverteres til mekanisk energi.

Linjediagram af kraftværk

Efter at have roteret turbinbladene, har dampen mistet sit høje tryk, passerer ud af turbinbladene og går ind i en kondensator. I kondensatoren cirkuleres kold vand med hjælp fra en pumpe, som kondenserer den lavtrykte fuktige damp.

Den kondenseret vand leveres derefter til en lavtryk vandvarmer, hvor lavtryk-damp øger temperaturen på denne feed water, den opvarmes derefter i en højtryk-varmer, hvor højt tryk-damp anvendes til opvarmning. Turbinen i det termiske kraftværk fungerer som primærmotor for alternatoren.

Oversigt over termisk kraftværk

Et typisk termisk kraftværk fungerer i en cyklus, som vises nedenfor.

Arbejdsmediummet er vand og damp. Dette kaldes feed water og dampcyklus. Den ideelle termodynamiske cyklus, som operationen af et termisk kraftværk tæt ligner, er Rankine-cyklussen.

I en dampkedel opvarmes vand ved at brænde brændslet i luften i ovnen, og kedlens funktion er at give tørr, overopvarmet damp i det påkrævede temperatur. Denne damp bruges til at dræve damp-turbiner.

Denne turbine er forbundet til synkron generator (typisk en tre-fase synkron alternator), der genererer elektrisk energi.

Afledningsdampen fra turbinen tillades at kondensere i vand i turbinens dampkondensator, hvilket skaber sugning ved meget lavt tryk og tillader ekspansion af dampen i turbinen til meget lavt tryk.

De primære fordele ved kondensering er den øgede mængde energi, der extraheres per kg damp, og dermed øget effektivitet, og kondensat, der fødes ind i kedlen igen, reducerer mængden af frisk feed water.

Kondensatet sammen med nogle friske makeup feed water fødes igen ind i kedlen af en pumpe (kaldet kedlepumpe).

I kondensatoren kondenseres dampen ved køling vand. Kølevand recycler gennem køletårnet. Dette udgør en kølevand circuit.

Omgivende luft tillades at gå ind i kedlen efter støvfiltrering. Desuden kommer fluegas ud af kedlen og udløses i atmosfæren gennem skorsten. Dette udgør luft og fluegas circuits.

Fløde af luft og også statisk tryk inde i dampkedlen (kaldet drag) vedligeholdes af to blæsere kaldet Forced Draught (FD) blæser og Induced Draught (ID) blæser. Det samlede schema for et typisk termisk kraftværk sammen med forskellige circuits er illustreret nedenfor.

Inde i kedlen findes der forskellige varmeudvekslere, nemlig Economizer, Evaporator (ikke vist i figuren ovenfor, det er grundlæggende vand-rør, dvs. nedkomst-stigning circuit), Super Heater (nogle gange Reheater, luft-forvarmer er også til stede).

I Economiser opvarmes feed water betydeligt af restvarmen fra fluegas. Kedle trommel vedligeholder et hoved for naturlig cirkulation af en to-fase blanding (damp + vand) gennem vandrør. Der findes også en Super Heater, der også tager varme fra fluegas og øger temperaturen på dampen efter behov.

Effektiviteten af termisk kraftværk eller anlæg

Den samlede effektivitet af dampkraftværket defineres som forholdet mellem varmeekvivalent af elektrisk output til varme fra forbrænding af kul. Den samlede effektivitet af et termisk kraftværk eller anlæg varierer fra 20% til 26% og afhænger af anlægs kapacitet.

Fordele ved termisk kraftværk

Fordele ved et termisk kraftværk inkluderer:

• Økonomisk med lav startkapital i forhold til andre genererende anlæg.

• Mindre areal kræves end ved vandkraftværk.

• Da kul er det primære brændsel, og dets pris er betydeligt billigere end benzin/diesel, er produktionsomkostningen økonomisk.

• Vedligeholdelse er lettere.

• Termiske kraftværker kan installeres på ethvert sted, hvor transport og store mængder vand er til rådighed.

Ulemper ved termisk kraftværk

Ulemper ved et termisk kraftværk inkluderer:

• Driftsomkostninger for et termisk kraftværk er forholdsvis høje pga brændsel, vedligeholdelse, etc.

• En stor mængde røg forårsager luftforurening. Termiske kraftværker bidrager til global opvarmning.

• Det opvarmede vand, der kommer fra termiske kraftværker, har en negativ effekt på aquatiske liv i vandet og forstyrrer økosystemet.

• Den samlede effektivitet af termisk kraftværk er lav, som mindre end 30%.