Thermische Energieerzeugung
Definition einer thermischen Kraftwerks
Ein thermisches Kraftwerk ist als Anlage definiert, die Elektrizität durch Verwendung von Wärmeenergie, hauptsächlich aus der Verbrennung von Kohle, erzeugt, um Dampf zu produzieren, der Turbinen antreibt.
Theorie des thermischen Kraftwerks
Die Theorie der thermischen Kraftwerke ist einfach. Diese Anlagen verwenden Dampfturbinen, die mit Alternatoren verbunden sind, um Elektrizität zu erzeugen. Der Dampf wird in Hochdruckkesseln produziert.
In Indien werden im Allgemeinen bituminöse Kohle, Braunkohle und Torf als Brennstoff für den Kessel verwendet. Die bituminöse Kohle, die als Kesselbrennstoff verwendet wird, hat einen flüchtigen Gehalt von 8 bis 33% und einen Aschegehalt von 5 bis 16%. Um die Wirkungsgrad zu erhöhen, wird die Kohle in Pulverform im Kessel verwendet.
In einem Kohlekraftwerk wird der Dampf unter hohem Druck im Dampfkessel aufgrund der Verbrennung des Brennstoffs (gemahlene Kohle) in den Kesselfeuerungen produziert. Dieser Dampf wird dann in einem Überhitzer weiter erhitzt.
Dieser überhitzte Dampf gelangt dann in die Turbine und dreht die Turbinenschaufeln. Die Turbine ist mechanisch so mit einem Alternator gekoppelt, dass dessen Rotor mit der Drehung der Turbinschaufeln rotiert.
Wenn der Dampf in die Turbine eindringt, fällt sein Druck schnell, was zu einer Zunahme des Dampfvolumens führt.Nachdem Energie an den Turbinenrotor abgegeben wurde, verlässt der Dampf die Turbinschaufeln und gelangt in den Kondensator.Im Kondensator wird das kalte Wasser mit Hilfe einer Pumpe zirkuliert, die den niederdruckigen feuchten Dampf kondensiert.
Dieses kondensierte Wasser wird dann an einen Niederdruck-Wasserheizer weitergeleitet, wo der Niederdruckdampf die Temperatur dieses Speisewassers erhöht; es wird dann wieder unter hohem Druck erhitzt.Um dies besser zu verstehen, lassen Sie uns die Schritte, wie ein thermisches Kraftwerk arbeitet, genauer betrachten:
Zuerst wird die gemahlene Kohle im Feuerrost des Dampfkessels verbrannt.
Hochdruckdampf wird im Kessel produziert.
Dieser Dampf wird dann durch den Überhitzer geleitet, wo er weiter erhitzt wird.
Dieser überhitzte Dampf gelangt dann mit hoher Geschwindigkeit in eine Turbine.
In der Turbine dreht diese Dampfkraft die Turbinschaufeln, was bedeutet, dass hier in der Turbine die gespeicherte potentielle Energie des hochgedrückten Dampfs in mechanische Energie umgewandelt wird.
Schaltplan eines Kraftwerks
Nach dem Drehen der Turbinschaufeln hat der Dampf seinen hohen Druck verloren, verlässt die Turbinschaufeln und gelangt in einen Kondensator.Im Kondensator wird das kalte Wasser mit Hilfe einer Pumpe zirkuliert, die den niederdruckigen feuchten Dampf kondensiert.
Dieses kondensierte Wasser wird dann an einen Niederdruck-Wasserheizer weitergeleitet, wo der Niederdruckdampf die Temperatur dieses Speisewassers erhöht, es wird dann wieder in einem Hochdruckheizer erhitzt, wo der hohe Druck des Dampfs für die Erwärmung verwendet wird.Die Turbine im thermischen Kraftwerk fungiert als Hauptantrieb des Alternators.
Übersicht über das thermische Kraftwerk
Ein typisches thermisches Kraftwerk arbeitet nach einem Zyklus, der unten dargestellt ist.
Das Arbeitsmedium ist Wasser und Dampf. Dies wird als Speisewasser- und Dampfzyklus bezeichnet. Der ideale Thermodynamik-Zyklus, dem der Betrieb eines thermischen Kraftwerks nahekommt, ist der Rankine-Zyklus.
Im Dampfkessel wird das Wasser durch die Verbrennung des Brennstoffs in Luft im Feuerrost erhitzt, und die Funktion des Kessels besteht darin, trockenen überhitzten Dampf in der erforderlichen Temperatur zu liefern. Der so produzierte Dampf wird zur Antrieb der Dampfturbinen verwendet.
Diese Turbine ist mit dem Synchrongenerator (normalerweise einem dreiphasigen Synchronalternator) gekoppelt, der elektrische Energie erzeugt.
Der Abgasdampf aus der Turbine wird im Dampfkondensator der Turbine kondensiert, was bei sehr niedrigem Druck Saugwirkung erzeugt und die Expansion des Dampfes in der Turbine bis zu sehr niedrigem Druck ermöglicht.
Die Hauptvorteile der Kondensationsoperation sind die erhöhte Menge an Energie, die pro Kilogramm Dampf entnommen wird, und somit die Effizienzsteigerung, sowie das Kondensat, das wieder in den Kessel eingespeist wird, reduziert die Menge an frischem Speisewasser.
Das Kondensat zusammen mit ein wenig frischem Speisewasser wird dann durch eine Pumpe (Kessel-Speisepumpe) wieder in den Kessel eingespeist.
Im Kondensator wird der Dampf durch Kühlwasser kondensiert. Das Kühlwasser wird durch den Kühlturm recycelt. Dies bildet den Kühlwasserkreislauf.
Die Umgebungsluft wird nach Staubfiltrierung in den Kessel eingelassen. Auch der Abgasstrom kommt aus dem Kessel und wird durch Schornsteine in die Atmosphäre abgeführt. Dies bildet die Luft- und Abgas-Kreisläufe.
Der Luftstrom und auch der statische Druck im Dampfkessel (genannt Zug) werden durch zwei Ventilatoren, den Gebläse-Zug (FD) und den Saugzug (ID), aufrechterhalten.Das Gesamtschema eines typischen thermischen Kraftwerks mit den verschiedenen Kreisläufen ist unten dargestellt.
Im Kessel gibt es verschiedene Wärmetauscher, wie zum Beispiel Wirtschaftsüberhitzer, Verdampfer (nicht in der Abbildung oben gezeigt, es handelt sich im Grunde um Wasserröhren, also Downcomer-Riser-Kreislauf), Überhitzer (manchmal auch Reheater, Luftvorwärmern vorhanden).
Im Wirtschaftsüberhitzer wird das Speisewasser durch die verbleibende Wärme des Abgasstroms erheblich erhitzt.Der Kesselkessel stellt einen Strömungsdruck für die natürliche Zirkulation eines zweiphasigen Gemischs (Dampf + Wasser) durch die Wasserröhren her.Es gibt auch einen Überhitzer, der ebenfalls Wärme vom Abgasstrom nimmt und die Temperatur des Dampfes entsprechend den Anforderungen erhöht.
Effizienz des thermischen Kraftwerks oder der Anlage
Die Gesamteffizienz des Dampfkraftwerks wird definiert als das Verhältnis der Wärmeäquivalenz des elektrischen Ausgangs zur Wärme der Kohleverfeuerung. Die Gesamteffizienz eines thermischen Kraftwerks oder einer Anlage variiert zwischen 20% und 26% und hängt von der Anlagenkapazität ab.
Vorteile des thermischen Kraftwerks
Die Vorteile eines thermischen Kraftwerks umfassen:
Wirtschaftlich aufgrund geringerer Anfangskosten im Vergleich zu anderen Erzeugungsanlagen.
Geringerer Landbedarf im Vergleich zu Wasserkraftwerken.
Da Kohle das Hauptbrennstoff ist und ihr Preis deutlich günstiger als Benzin/Diesel ist, ist die Erzeugungswirtschaftlich.
Einfachere Wartung.
Thermische Kraftwerke können an jedem Ort installiert werden, wo Transport und große Mengen Wasser verfügbar sind.
Nachteile des thermischen Kraftwerks
Die Nachteile eines thermischen Kraftwerks umfassen:
Die Betriebskosten für ein thermisches Kraftwerk sind vergleichsweise hoch aufgrund von Brennstoff, Wartung usw.
Eine große Menge an Rauch verursacht Luftverschmutzung. Das thermische Kraftwerk trägt zur globalen Erwärmung bei.
Das erwärmte Wasser, das aus den thermischen Kraftwerken stammt, hat negative Auswirkungen auf aquatische Lebensräume und stört die Ökologie.
Die Gesamteffizienz des thermischen Kraftwerks ist gering, etwa weniger als 30%.
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