تولید برق حرارتی

تعریف نیروگاه بخار

نیروگاه بخار به مکانی تعریف می‌شود که با استفاده از انرژی گرمایی، عمدتاً از سوختن زغال سنگ، بخار تولید می‌کند که توربین‌ها را می‌چرخاند.

نظریه نیروگاه بخار

نظریه نیروگاه‌های بخار ساده است. این نیروگاه‌ها از توربین‌های بخار متصل به جنراتورهای متناوب برای تولید برق استفاده می‌کنند. بخار در قابلهای فشار بالا تولید می‌شود.

به طور کلی در هند، زغال سنگ بیتومینی، زغال سنگ براون و پت به عنوان سوخت برای قابل استفاده می‌شوند. زغال سنگ بیتومینی که به عنوان سوخت قابل استفاده می‌شود دارای مواد معلق از ۸ تا ۳۳٪ و محتوای خاکستر ۵ تا ۱۶٪ است. برای افزایش کارایی حرارتی، زغال سنگ به صورت پودر در قابل استفاده می‌شود.

در یک نیروگاه بخار زغال سنگ، بخار با فشار بالا در قابل بخار به دلیل سوختن سوخت (زغال سنگ پودر) در فورن قابل تولید می‌شود. این بخار در یک سوپرهیتر مجدداً گرم می‌شود.

این بخار سوپرهیت شده سپس وارد توربین می‌شود و پره‌های توربین را می‌چرخاند. توربین به طور مکانیکی با یک جنراتور متناوب به گونه‌ای متصل است که روتور آن با چرخش پره‌های توربین می‌چرخد.

وقتی بخار وارد توربین می‌شود، فشار آن به سرعت کاهش می‌یابد و حجم بخار افزایش می‌یابد. بعد از انتقال انرژی به روتور توربین، بخار از پره‌های توربین عبور کرده و وارد م.Condenser می‌شود. در م.Condenser، آب سرد با کمک پمپی دور می‌شود که بخار فشار پایین را می‌چسباند.

این آب مچسبانده شده سپس به یک گرمکن آب فشار پایین تامین می‌شود که بخار فشار پایین دما آب تغذیه را افزایش می‌دهد؛ آن را مجدداً در فشار بالا گرم می‌کند. برای درک بهتر، مراحل عملکرد یک نیروگاه بخار را بررسی می‌کنیم:

• ابتدا زغال سنگ پودر در فورن قابل سوخته می‌شود.

• بخار با فشار بالا در قابل تولید می‌شود.

• این بخار سپس از طریق سوپرهیتر عبور می‌کند که در آن مجدداً گرم می‌شود.

• این بخار سوپرهیت شده سپس با سرعت بالا وارد توربین می‌شود.

• در توربین، نیروی بخار پره‌های توربین را می‌چرخاند که به معنای تبدیل انرژی پتانسیل ذخیره شده بخار فشار بالا به انرژی مکانیکی است.

نمودار خطی نیروگاه

بعد از چرخش پره‌های توربین، بخار که فشار بالای خود را از دست داده است، از پره‌های توربین عبور کرده و وارد م.Condenser می‌شود. در م.Condenser، آب سرد با کمک پمپی دور می‌شود که بخار فشار پایین را می‌چسباند.

این آب مچسبانده شده سپس به یک گرمکن آب فشار پایین تامین می‌شود که بخار فشار پایین دما آب تغذیه را افزایش می‌دهد؛ آن را مجدداً در یک گرمکن فشار بالا گرم می‌کند که از فشار بخار برای گرم کردن استفاده می‌کند. توربین در نیروگاه بخار به عنوان محرک اصلی جنراتور عمل می‌کند.

مروری بر نیروگاه بخار

یک نیروگاه بخار معمولی بر اساس چرخه‌ای کار می‌کند که در زیر نشان داده شده است.

مایع کاری آب و بخار است. این به آب تغذیه و چرخه بخار معروف است. چرخه ترمودینامیکی ایده‌آل که عملکرد یک نیروگاه بخار به آن شبیه است، چرخه رانکین است.

در قابل بخار، آب با سوختن سوخت در هوا در فورن گرم می‌شود و وظیفه قابل تولید بخار خشک و سوپرهیت شده در دمای مورد نیاز است. بخار تولید شده برای چرخاندن توربین‌های بخار استفاده می‌شود.

این توربین به یک جنراتور همزمان (معمولاً یک جنراتور متناوب سه‌فاز) متصل است که انرژی الکتریکی تولید می‌کند.

بخار خروجی از توربین اجازه می‌دهد که در م.Condenser توربین مچسبانده شود که در فشار بسیار پایین جذب می‌کند و اجازه می‌دهد که بخار در توربین به فشار بسیار پایین گسترش یابد.

مزایای اصلی عملیات مچسبانش شامل مقدار بیشتری از انرژی که از هر کیلوگرم بخار استخراج می‌شود و افزایش کارایی، و آب مچسبانده شده که مجدداً به قابل تامین می‌شود و مقدار آب تغذیه تازه را کاهش می‌دهد.

آب مچسبانده شده به همراه مقداری آب تغذیه تازه مجدداً با یک پمپ (پمپ تغذیه قابل) به قابل تامین می‌شود.

در م.Condenser، بخار با آب سرد مچسبانده می‌شود. آب سرد از طریق برج خنک‌کننده دوباره گردش می‌یابد. این تشکیل یک مدار آب خنک‌کننده را می‌دهد.

هوای محیط اجازه می‌دهد که بعد از فیلتر کردن غبار وارد قابل شود. همچنین گاز فورن از قابل خارج شده و از طریق دودکش‌ها به جو منتشر می‌شود. این تشکیل مدار هوایی و گاز فورن را می‌دهد.

جریان هوا و همچنین فشار استاتیک داخل قابل بخار (که به آن درافت گفته می‌شود) توسط دو فن، فن درافت اجباری (FD) و فن درافت القایی (ID) حفظ می‌شود. کل طرح یک نیروگاه بخار معمولی همراه با مدارهای مختلف در زیر نشان داده شده است.

داخل قابل بخار، گرمکن‌های مختلفی وجود دارد، مانند اکونومایزر، ایواتور (که در شکل بالا نشان داده نشده است، عملاً لوله‌های آب، یعنی مدار پایین‌بر و بالا‌بر)، سوپرهیتر (گاهی اوقات ریهیتر، گرمکن هوا نیز موجود است).

در اکونومایزر، آب تغذیه توسط گرما باقی‌مانده گاز فورن به میزان قابل توجهی گرم می‌شود. دام قابل بخار یک سر برای گردش طبیعی یک مخلوط دو فاز (بخار + آب) از طریق لوله‌های آب حفظ می‌کند. همچنین یک سوپرهیتر وجود دارد که گرما را از گاز فورن می‌گیرد و دما بخار را به میزان مورد نیاز افزایش می‌دهد.

کارایی نیروگاه بخار یا نیروگاه

کارایی کلی نیروگاه بخار به عنوان نسبت معادل حرارتی خروجی الکتریکی به گرماهای سوخت زغال سنگ تعریف می‌شود. کارایی کلی یک نیروگاه بخار یا نیروگاه از ۲۰٪ تا ۲۶٪ متغیر است و به ظرفیت نیروگاه بستگی دارد.

مزایای نیروگاه بخار

مزایای یک نیروگاه بخار شامل موارد زیر است:

• اقتصادی برای هزینه اولیه کمتر نسبت به هر نوع نیروگاه تولید دیگر.

• زمین مورد نیاز کمتر از نیروگاه آبی است.

• از آنجا که زغال سنگ سوخت اصلی است و قیمت آن نسبت به بنزین / دیزل بسیار ارزان‌تر است، هزینه تولید اقتصادی است.

• نگهداری آسان‌تر است.

• نیروگاه‌های بخار می‌توانند در هر مکانی که حمل و نقل و مقدار زیادی آب در دسترس است نصب شوند.

نقایص نیروگاه بخار

نقایص یک نیروگاه بخار شامل موارد زیر است:

• هزینه عملیاتی یک نیروگاه بخار نسبتاً بالاست به دلیل سوخت، نگهداری و غیره.

• مقدار زیادی دود باعث آلودگی هوا می‌شود. نیروگاه بخار مسئول گرم شدن جهانی است.

• آب گرم شده که از نیروگاه‌های بخار می‌آید تأثیر منفی بر حیات آبزی دارد و بوم‌شناسی را اختلال می‌دهد.

• کارایی کلی نیروگاه بخار پایین است مثل کمتر از ۳۰٪.