تولید برق گرماتی

تعریف نیروگاه بخار

نیروگاه بخار به این مکان اشاره دارد که برق را با استفاده از انرژی حرارتی، عمدتاً از سوختن زغال سنگ، تولید می‌کند و بخاری ایجاد می‌کند که توربین‌ها را می‌چرخاند.

نظریه نیروگاه بخار

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

عموماً در هند، زغال سنگ بتومینوز، زغال سنگ قهوه‌ای و توربه به عنوان سوخت دیگ استفاده می‌شوند. زغال سنگ بتومینوز که به عنوان سوخت دیگ استفاده می‌شود، مواد معلق از ۸ تا ۳۳ درصد و مقدار خاکستر ۵ تا ۱۶ درصد دارد. برای افزایش کارایی حرارتی، زغال سنگ به صورت پودر در دیگ استفاده می‌شود.

در یک نیروگاه بخار زغال سنگ، بخار با فشار بالا در دیگ بخار به دلیل سوختن سوخت (زغال سنگ پودری) در فورن دیگ تولید می‌شود. این بخار در یک ابرگرم کننده دیگر گرم می‌شود.

این بخار ابرگرم شده سپس وارد توربین می‌شود و پره‌های توربین را می‌چرخاند. توربین به صورت مکانیکی با یک جریان‌ساز جفت شده است که روتور آن با چرخش پره‌های توربین می‌چرخد.

وقتی بخار وارد توربین می‌شود، فشار آن به سرعت کاهش می‌یابد که باعث افزایش حجم بخار می‌شود.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 یک پمپ جریان دارد که بخار مرطوب فشار پایین را تبخیر می‌کند.

این آب تبخیر شده سپس به یک گرمکن آب فشار پایین تأمین می‌شود که بخار فشار پایین دما آب ورودی را افزایش می‌دهد؛ دوباره در فشار بالا گرم می‌شود.برای درک بهتر، مراحل عملکرد یک نیروگاه بخار را بررسی می‌کنیم:

• ابتدا زغال سنگ پودری در فورن دیگ بخار سوخته می‌شود.

• بخار فشار بالا در دیگ تولید می‌شود.

• این بخار سپس از طریق ابرگرم کننده عبور می‌کند که در آنجا دوباره گرم می‌شود.

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

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

نمودار خطی نیروگاه

بعد از چرخش پره‌های توربین، بخار فشار بالای خود را از دست داده و از پره‌های توربین عبور کرده و وارد م.Condenser می‌شود.در م.Condenser، آب سرد با کمک یک پمپ جریان دارد که بخار مرطوب فشار پایین را تبخیر می‌کند.

این آب تبخیر شده سپس به یک گرمکن آب فشار پایین تأمین می‌شود که بخار فشار پایین دما آب ورودی را افزایش می‌دهد؛ دوباره در یک گرمکن فشار بالا که از بخار فشار بالا برای گرم کردن استفاده می‌کند، گرم می‌شود.توربین در نیروگاه بخار به عنوان محرک اصلی جریان‌ساز عمل می‌کند.

مروری بر نیروگاه بخار

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

مایع کاری آب و بخار است. این را چرخه آب و بخار می‌نامند. چرخه ترمودینامیکی ایده‌آل که عملکرد یک نیروگاه بخار به آن شباهت دارد، چرخه رانکین است.

در یک دیگ بخار، آب با سوختن سوخت در هوا در فورن گرم می‌شود و وظیفه دیگ این است که بخار خشک و ابرگرم شده را در دمای مورد نیاز تولید کند. بخار تولید شده برای چرخاندن توربین‌های بخار استفاده می‌شود.

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

بخار خروجی از توربین اجازه می‌دهد که در م.Condenser تبخیر شود که جذبی با فشار بسیار پایین ایجاد می‌کند و اجازه می‌دهد بخار در توربین به فشار بسیار پایین گسترش یابد.

مزایای اصلی عملیات تبخیر این است که مقدار انرژی استخراج شده از هر کیلوگرم بخار افزایش می‌یابد و در نتیجه کارایی افزایش می‌یابد و آب تبخیر شده که به دیگ دوباره تغذیه می‌شود، مقدار آب تغذیه جدید را کاهش می‌دهد.

آب تبخیر شده همراه با مقداری آب تغذیه جدید دوباره با یک پمپ (پمپ تغذیه دیگ) به دیگ تغذیه می‌شود.

در م.Condenser، بخار با آب خنک کننده تبخیر می‌شود. آب خنک کننده از طریق برج خنک کننده دوباره گردش می‌یابد. این تشکیل یک مدار آب خنک کننده را می‌دهد.

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

جریان هوا و همچنین فشار استاتیک داخل دیگ بخار (که به آن دافع می‌گویند) با دو موتور موسوم به موتور دافع اجباری (FD) و موتور دافع القایی (ID) حفظ می‌شود.طرح کلی یک نیروگاه بخار معمولی همراه با مدارهای مختلف در زیر نشان داده شده است.

در داخل دیگ، گرمکن‌های مختلفی وجود دارد، مانند اقتصادی‌ساز، تبخیرکننده (که در شکل بالا نشان داده نشده است، اساساً لوله‌های آب، یعنی مدار رو به پایین و رو به بالا)، ابرگرم کننده (گاهی اوقات گرمکن مجدد، گرمکن هوا نیز موجود است).

در اقتصادی‌ساز، آب تغذیه با استفاده از گرما باقی‌مانده گاز فورن به مقدار قابل توجهی گرم می‌شود.دیگ دیگر یک سر برای گردش طبیعی یک مخلوط دو فاز (بخار + آب) از طریق لوله‌های آب حفظ می‌کند.همچنین یک ابرگرم کننده وجود دارد که نیز گرما را از گاز فورن گرفته و دما بخار را بر اساس نیاز افزایش می‌دهد.

کارایی نیروگاه بخار یا پلان

کارایی کلی یک نیروگاه بخار تعریف می‌شود به عنوان نسبت همتاسازی خروجی الکتریکی به گرما سوختن زغال سنگ. کارایی کلی یک نیروگاه بخار یا پلان از ۲۰٪ تا ۲۶٪ متغیر است و به ظرفیت پلان بستگی دارد.

مزایای نیروگاه بخار

مزایای یک نیروگاه بخار شامل موارد زیر است:

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

• زمین مورد نیاز کمتر از نیروگاه هیدروالکتریک.

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

• نگهداری آسان‌تر است.

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

معایب نیروگاه بخار

معایب یک نیروگاه بخار شامل موارد زیر است:

• هزینه اجرایی برای یک نیروگاه بخار نسبت به سایر پلان‌ها بالاتر است 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، تأثیرات منفی بر حیات آبزی در آب دارد و اکولوژی را مختل می‌کند.

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