Termisk kraftproduksjon

Definisjon av varmekraftverk

Et varmekraftverk defineres som et anlegg som genererer elektrisitet ved å bruke varmeenergi, hovedsakelig fra forbrenning av kull, for å produsere damp som driver turbiner.

Teori om varmekraftverk

Teorien om varmekraftverk er enkel. Disse anleggene bruker dampmotorer koblet til alternatorer for å generere elektrisitet. Dampen produseres i høytrykkspanner.

Generelt i India, brukes bituminsk kull, brun kull og torv som brensle for pannen. Bituminsk kul som brukes som brensel for pannen har flyktige stoffer på 8 til 33% og askeinnhold på 5 til 16%. For å øke varmeeffektiviteten, brukes kullet i pulverform i pannen.

I et kullvarmekraftverk produseres damp under høyt trykk i damppannen på grunn av forbrenning av brensel (pulverkul) i pannens ovner. Denne dampen blir deretter superoppvarmet i en superheater.

Denne superoppvarmede dampen går inn i turbinen og roterer turbinbladene. Turbinen er mekanisk koblet til en alternator slik at dens rotor roterer med rotasjonen av turbinbladene.

Når dampen går inn i turbinen, faller presset raskt, noe som fører til at dampevolumet øker. Etter å ha overført energi til turbinrotoren, passerer dampen ut av turbinbladene og inn i kondensatoren. I kondensatoren sirkuleres kaldt vann med hjelp av en pumpe som kondenserer den lavtrykkede fuktige dampen.

Dette kondenserte vannet leveres videre til en lavtrykkvannvarmer, hvor lavtrykkdamp øker temperaturen på dette spisesvannet; det oppvarmes igjen under høyt trykk. For å forstå bedre, la oss bryte ned trinnene i hvordan et varmekraftverk fungerer:

• Først forbrennes pulverkul i ovnen til damppannen.

• Høytrykkdamp produseres i pannen.

• Denne dampen føres gjennom superheateren, hvor den blir ytterligere oppvarmet.

• Denne superoppvarmede dampen går så inn i en turbin i høy hastighet.

• I turbinen roterer denne dampen turbinbladene, noe som betyr at den potensielle energien i den høytrykkede dampen konverteres til mekanisk energi.

Bildefigur av kraftverk

Etter å ha rotert turbinbladene, har dampen mistet sitt høye trykk, passerer ut av turbinbladene og går inn i en kondensator. I kondensatoren sirkuleres kaldt vann med hjelp av en pumpe som kondenserer den lavtrykkede fuktige dampen.

Dette kondenserte vannet leveres videre til en lavtrykkvannvarmer, hvor lavtrykkdamp øker temperaturen på dette spisesvannet, det oppvarmes igjen i en høytrykkvannvarmer der høyt trykk på dampen brukes for oppvarming. Turbinen i det termiske kraftverket fungerer som primærmotor for alternatoren.

Oversikt over varmekraftverk

Et typisk varmekraftverk opererer i en syklus som vises nedenfor.

Arbeidsmediumet er vann og damp. Dette kalles spisesvann- og damp-syklusen. Den ideelle termodynamiske syklusen som drift av et varmekraftverk tett likner, er rankine-syklusen.

I en damppanne oppvarmes vannet ved å forbrenne brensel i luft i ovnen, og funksjonen til pannen er å gi tørr superoppvarmet damp ved ønsket temperatur. Dampen som produseres, brukes til å drive dampmotorer.

Denne motoren er koblet til en synkron generator (vanligvis en tre-fase synkron alternator), som genererer elektrisk energi.

Avloppsdampen fra turbinen tillates å kondensere til vann i turbinens dampkondensator, som skaper suksjon under svært lavt trykk og tillater ekspansjon av dampen i turbinen til svært lavt trykk.

De største fordeler med kondensering er økt mengde energi utvinnet per kg damp, og dermed økt effektivitet, samt at kondensatet som føres tilbake til pannen reduserer mengden frisk spisesvann.

Kondensatet sammen med noen friske makeup-spisesvann føres igjen inn i pannen av en pumpe (kalt pannepumpen).

I kondensatoren kondenseres dampen av kjølevann. Kjølevann gjenbrukes gjennom kjøletårnet. Dette utgjør en kjølevannssirkel.

Ambientluften tillates å gå inn i pannen etter støvfiltrering. Også fluegass kommer ut av pannen og slipper ut i atmosfæren gjennom rør. Dette utgjør luft- og fluegass-sirkler.

Strømmen av luft og også statisk trykk inne i damppannen (kalt druft) holdes ved to ventilatorer kalt tvungen druft (FD) ventilator og indusert druft (ID) ventilator. Totalt sett illustreres skjemaet for et typisk varmekraftverk sammen med ulike sirkler nedenfor.

Inne i pannen er det flere varmevekslere, blant annet økonomiser, verdampare (ikke vist i figuren over, det er egentlig vannrør, altså nedgang-riser-sirkelen), superheater (noen ganger er re-heater, luft-forvarmer også til stede).

I økonomiseren oppvarmes spisesvannet betraktelig av restvarmen i fluegassen. Pannedrummet opprettholder et hode for naturlig sirkulasjon av tofasemiks (damp + vann) gjennom vannrør. Det er også en superheater som tar varme fra fluegassen og øker temperaturen på dampen etter behov.

Effektiviteten av varmekraftverk eller -anlegg

Den totale effektiviteten av dampkraftverket defineres som forholdet mellom varmeekvivalent av elektrisk utbytte til varmen av forbrenning av kull. Den totale effektiviteten av et varmekraftverk eller -anlegg varierer fra 20% til 26% og avhenger av anleggets kapasitet.

Fordeler med varmekraftverk

Fordeler med et varmekraftverk inkluderer:

• Økonomisk med lav initiell kostnad sammenlignet med andre kraftverk.

• Mindre landbehov enn vannkraftverk.

• Siden kull er hovedbrensel og kostnaden er rimelig billigere enn bensin/diesel, er generasjonskostnaden økonomisk.

• Vedlikehold er enklere.

• Termiske kraftverk kan installeres på enhver lokasjon der transport og store mengder vann er tilgjengelige.

Ulemper med varmekraftverk

Ulemper med et varmekraftverk inkluderer:

• Driftskostnaden for et varmekraftverk er forholdsvis høy på grunn av brensel, vedlikehold, etc.

• En stor mengde røyk forårsaker luftforurensning. Varmekraftverket er ansvarlig for global oppvarming.

• Det oppvarmede vannet som kommer fra de termiske kraftverkene har en negativ effekt på akvatil liv i vannet og forstyrrer økosystemet.

• Den totale effektiviteten av termisk kraftverk er lav, mindre enn 30%.