Lämpövoimalan määritelmä
Lämpövoimala on määritelty laitoksena, joka tuottaa sähköä käyttämällä lämpöenergiaa, pääasiassa hiilen polttoon perustuen, joka tuottaa höyryä, joka ajaa turbiineja.
Lämpövoimalan teoria
Lämpövoimaloiden teoria on yksinkertainen. Nämä laitokset käyttävät höyryturbiineja, jotka ovat kytketty vaihtokoneisiin sähkön tuotantoon. Höyry tuotetaan korkeapaineisiin kattiloihin.
Yleisesti Intiassa käytetään bitumihiiltä, ruskea hiiltä ja turpea kattilien polttoaineena. Bitumihiili, jota käytetään kattilien polttoaineena, sisältää 8-33 % volatiivista ainetta ja 5-16 % tuhkaa. Lämpötehokkuuden parantamiseksi hiiltä käytetään kattiloissa jauhelmuodossa.
Hiilipohjaisessa lämpövoimalassa höyry tuotetaan korkealla paineella kattiloihin polttamalla polttoainetta (jauheliikaa) kattilien uunissa. Tätä höyryä lämmitetään lisää superheaterissä.
Tämä superlämminnetty höyry tulee sitten turbiiniin ja pyörittää turbiinin siiven. Turbiini on mekaanisesti yhdistetty vaihtokoneeseen siten, että sen rotor pyörii turbiinin siiven pyörimisen myötä.
Kun höyry tulee turbiiniin, sen paine laskee nopeasti, mikä aiheuttaa höyryn tilavuuden kasvavan.Kun höyry on antanut energiaa turbiinin rotorille, se kulkee turbiinin siiveistä kondensatorissa.Kondensaattorissa kylmää vettä virtautetaan pumpun avulla, mikä kondensoi alhaisen paineen kostean höyryn.
Tämä kondensoitu vesi toimitetaan sitten alhaisen paineen vedennäytelemölautaan, jossa alhaisen paineen höyry nostaa tämän syöttöveden lämpötilaa; se lämmitetään taas korkealla paineella.Ymmärtääksesi paremmin, jakaamme lämpövoimalan toimintatavat seuraaviin askeleihin:
Ensimmäiseksi jauheliike palautetaan kattiloiden uuniin.
Korkeapaineinen höyry tuotetaan kattiloissa.
Tämä höyry ohjataan sitten superheateriin, jossa sitä lämmitetään lisää.
Tämä superlämminnetty höyry tulee sitten turbiiniin nopeasti.
Turbiinissa tämä höyryn voima pyörittää turbiinin siiven, eli tässä turbiinissa korkean paineen höyryn tallennettu potentiaalienergia muutetaan mekaaniseksi energiaksi.
Voimalan kaavio
Kun turbiinin siivet pyörivät, höyryn korkeuspaino on menettynyt, se kulkee turbiinin siiveistä ja tulee kondensaattoriin.Kondensaattorissa kylmää vettä virtautetaan pumpun avulla, mikä kondensoi alhaisen paineen kostean höyryn.
Tämä kondensoitu vesi toimitetaan sitten alhaisen paineen vedennäytelemölautaan, jossa alhaisen paineen höyry nostaa tämän syöttöveden lämpötilaa, se lämmitetään taas korkean paineen lemölautassa, jossa korkean paineen höyryä käytetään lämmittämiseen.Turbiini lämpövoimalassa toimii vaihtokoneen pääratsuna.
Lämpövoimalan yleiskatsaus
Typinen lämpövoimala toimii pyörityksessä, joka on näkyvissä alla.
Työväline on vesi ja höyry. Tätä kutsutaan syöttövedeksi ja höyrypyöritykseksi. Ideaalinen termodynamiikka, johon lämpövoimalan toiminta vastaa lähinnä, on Rankinen pyöritys.
Kattilassa vesi lämmitetään polttamalla polttoainetta ilmassa uunissa, ja kattilan tehtävä on tuottaa kuiva superlämminnetty höyry tarvittavalla lämpötilalla. Tuotettua höyryä käytetään höyryturbiinien ajaminen.
Tämä turbiini on kytketty synkroniseen generatoriin (yleensä kolmivaiheiseen synkroniseen vaihtokoneeseen), joka tuottaa sähköä.
Turbiinista poistuva höyry sallitaan kondensoida veteen turbiinin höyrykondensaattoriin, joka luo napa-aseman hyvin alhaisella paineella ja sallii höyryn laajentumisen turbiiniin hyvin alhaiseen paineeseen.
Kondensaation pääasialliset etumatkapisteet ovat lisääntyneen määrän energiaa, joka poimitaan kg höyryä kohti ja siten tehokkuuden lisääntyminen, sekä kondensaatti, joka syötetään takaisin kattiliin, vähentää uuden syöttöveden määrää.
Kondensaatti yhdessä osan uuden syöttöveden kanssa syötetään taas kattiliin pumpun (kattilisyöttöpumpun) avulla.
Kondensaattorissa höyry kondensoidaan jäämällä vettä. Jäämävesi kierrätetään jäämätorven kautta. Tämä muodostaa jäämäveden piirin.
Ympäristön ilma sallitaan tulla kattiliin pölysuodatuksen jälkeen. Myös savukaasu tulee kattilasta ja pääsee ilmakehään putkien kautta. Nämä muodostavat ilma- ja savukaasupiirit.
Ilman virtaus ja myös staattinen paine kattilassa (kutsutaan napaksi) ylläpidetään kahdella fanaa, nimeltään Pakotettu Napafani (FD-fani) ja Indusoitu Napafani (ID-fani).Typinen lämpövoimalan kokonaispiiri eri piireineen on kuvattu alla.
Kattilassa on erilaisia lämpövaihtokoneita, kuten talteenotto, evaporaattori (ei ole kuvattu yllä, on pääasiassa vedenputket, eli alasajo nousu-putki), superlämmitin (joskus reheater, ilmapreheateri ovat myös läsnä).
Talteenotossa syöttövettä lämmitetään huomattavasti flue-gasin jäämäenergian avulla.Kattiladrumi ylläpitää kaksifaasijärjestelmän (höyry + vesi) luonnollista virtausta vedenputkien kautta.On myös superlämmitin, joka ottaa lämpöä flue-gasilta ja nostaa höyryn lämpötilaa tarvittaessa.
Lämpövoimalan tai voimalan tehokkuus
Höyryvoimalan yleinen tehokkuus määritellään sähköenergian lämpöekvivalentin suhteena hiilen polttojen lämpöön. Lämpövoimalan tai voimalan yleinen tehokkuus vaihtelee 20-26 %:n välillä, ja se riippuu voimalan kapasiteetista.
Lämpövoimalan edut
Lämpövoimalan edut ovat:
Edullinen alkuinvestoinnilla verrattuna muihin sähköntuotantojärjestelmiin.
Vähemmän maata tarvitaan kuin vesivoimalalle.
Koska hiili on pääasiallinen polttoaine ja sen hinta on huomattavasti halvempi kuin bensiinin tai dieselinyt, tuotannosta tulee edullista.
Huolto on helpompaa.
Lämpövoimalat voidaan sijoittaa missä tahansa paikassa, jossa on liikenne ja runsaasti vettä saatavilla.
Lämpövoimalan haitat
Lämpövoimalan haitat ovat:
Lämpövoimalan toimintakustannukset ovat suhteellisen korkeat polttoaineen, huollon ja niin edelleen vuoksi.
Suuri määrä savua aiheuttaa ilmansaasteita. Lämpövoimalat ovat vastuussa globaaliselle lämpenemiselle.
Lämpövoimaloista tuleva lämmin vesi vaikuttaa haitallisesti vesieläimiin ja häiritsee ekologiaa.
Lämpövoimalan yleinen tehokkuus on alhainen, alle 30 %.
