Generacja ciepłownicza

Definicja Elektrowni Cieplnej

Elektrownia cieplna definiowana jest jako obiekt, który generuje energię elektryczną wykorzystując energię cieplną, głównie z palenia węgla, do produkcji pary, która napędza turbiny.

Teoria Elektrowni Cieplnej

Teoria elektrowni cieplnych jest prosta. Te elektrownie używają turbin parowych połączonych z alternatorami do generowania energii elektrycznej. Para jest produkowana w kotłach wysokiego ciśnienia.

Ogólnie w Indiach, jako paliwo do kotłów używa się węgla bitumiczny, brunatnego i torfu. Węgiel bitumiczny używany jako paliwo dla kotła ma zawartość lotnych substancji od 8 do 33% i popiół 5 do 16%. Aby zwiększyć efektywność termiczną, węgiel w proszku jest używany w kotłach.

W elektrowni cieplnej, para jest produkowana pod wysokim ciśnieniem w kotłach parowych dzięki paleniu paliwa (miazga węglowa) w piecach kotłowych. Ta para jest następnie dodatkowo nagrzewana w supergrzewarce.

Ta przegrzana para wprowadzana jest do turbiny i obraca łopatki turbiny. Turbina jest mechanicznie połączona z alternatorem tak, że jego rotor będzie się obracał wraz z obracaniem się łopatek turbiny.

Gdy para wejdzie do turbiny, jej ciśnienie gwałtownie spada, powodując zwiększenie objętości pary.Po przekazaniu energii rotora turbiny, para przechodzi przez łopatki turbiny do kondensatora.W kondensatorze zimna woda jest cyrkulowana za pomocą pompy, która skrapla parę o niskim ciśnieniu.

Ta skondensowana woda jest następnie dostarczana do ogrzewacza wody niskiego ciśnienia, gdzie para o niskim ciśnieniu zwiększa temperaturę tej wody, która jest ponownie nagrzewana pod wysokim ciśnieniem.Aby lepiej zrozumieć, przeanalizujmy kroki działania elektrowni cieplnej:

• Pierwszy, miazga węglowa jest spalana w piecu kotłowym.

• Para o wysokim ciśnieniu jest produkowana w kotłach.

• Ta para jest następnie przepuszczana przez supergrzewarkę, gdzie jest dodatkowo nagrzewana.

• Ta przegrzana para jest następnie wprowadzana do turbiny z dużą prędkością.

• W turbince, siła pary obraca łopatki turbiny, co oznacza, że w turbinkach potencjalna energia termiczna pary o wysokim ciśnieniu jest przekształcana w energię mechaniczną.

Schemat Elektrowni

Po obróceniu łopatek turbiny, para traci swoje wysokie ciśnienie, opuszcza łopatki turbiny i wchodzi do kondensatora.W kondensatorze zimna woda jest cyrkulowana za pomocą pompy, która skrapla parę o niskim ciśnieniu.

Ta skondensowana woda jest następnie dostarczana do ogrzewacza wody niskiego ciśnienia, gdzie para o niskim ciśnieniu zwiększa temperaturę tej wody, która jest następnie ponownie nagrzewana w ogrzewaczu wysokiego ciśnienia, gdzie wysokie ciśnienie pary służy do grzania.Turbina w elektrowni cieplnej działa jako główny napęd alternatora.

Przegląd Elektrowni Cieplnej

Typowa elektrownia cieplna działa na cyklu, który jest przedstawiony poniżej.

Płynem roboczym jest woda i para. Nazywane to jest cyklem wody i pary. Ideałowy cykl termodynamiczny, do którego działanie elektrowni cieplnej jest bardzo podobne, to cykl Rankine'a.

W kotłach parowych woda jest nagrzewana poprzez palenie paliwa w powietrzu w piecu, a funkcją kotła jest dostarczenie suchej przegrzanej pary w wymaganej temperaturze. Ta para jest używana do napędzania turbin parowych.

Ta turbina jest połączona z synchronicznym generatorem (zwykle trójfazowym synchronicznym alternatorem), który generuje energię elektryczną.

Para odpadowa z turbiny jest skraplana do wody w kondensatorze turbiny, co tworzy ssanie przy bardzo niskim ciśnieniu i pozwala na rozszerzenie pary w turbince do bardzo niskiego ciśnienia.

Główne zalety działania skraplacza to zwiększone ilości energii ekstrahowanej na kilogram pary, co zwiększa efektywność, oraz skondensowana woda, która jest ponownie wprowadzana do kotła, zmniejsza ilość świeżej wody zasilającej.

Skondensowana woda razem z pewnymi nowymi uzupełnieniami wody zasilającej jest ponownie wprowadzana do kotła za pomocą pompy (nazywanej pompą zasilającą kotła).

W kondensatorze para jest skraplana przez wodę chłodzącą. Woda chłodząca recykluje się przez wieżę chłodniczą. To stanowi obwód wody chłodzącej.

Powietrze otoczenia jest dopuszczane do kotła po filtrowaniu pyłów. Ponadto spaliny z kotła są odprowadzane do atmosfery przez kominy. To stanowi obwody powietrza i spalin.

Przepływ powietrza oraz statyczne ciśnienie w kotłach parowych (zwane przeciągiem) utrzymywane są przez dwa wentylatory: wentylator przepływu zmuszanego (FD) i wentylator przepływu indukowanego (ID).Cały schemat typowej elektrowni cieplnej wraz z różnymi obwodami jest przedstawiony poniżej.

Wewnątrz kotła znajdują się różne wymienniki ciepła, takie jak ekonomizer, ewaporator (nie pokazany na rysunku, to są właściwie rury wodne, czyli obwód dolny i górny), supergrzewarka (czasami regrzewarka, pregrzewarka powietrza również są obecne).

W ekonomizerze woda zasilająca jest znacznie nagrzewana przez pozostałe ciepło spalin.Bęben kotła utrzymuje głowicę dla naturalnej cyrkulacji mieszaniny dwufazowej (para + woda) przez rury wodne.Istnieje również supergrzewarka, która pobiera ciepło ze spalin i podnosi temperaturę pary według potrzeb.

Efektywność Elektrowni Cieplnej lub Zakładu

Ogólna efektywność elektrowni parowej jest definiowana jako stosunek równoważnika ciepła wyjściowego do ciepła spalania węgla. Ogólna efektywność elektrowni cieplnej lub zakładu wahająca się od 20% do 26% zależy od mocy zakładu.

Zalety Elektrowni Cieplnej

Zalety elektrowni cieplnej obejmują:

• Ekonomiczne z niskimi początkowymi kosztami w porównaniu z innymi elektrowniami.

• Mniej ziemi wymagane niż w przypadku elektrowni wodnej.

• Ponieważ głównym paliwem jest węgiel, a jego koszt jest stosunkowo niski w porównaniu z benzyną/dieselem, koszty generacji są ekonomiczne.

• Utrzymanie jest łatwiejsze.

• Elektrownie cieplne mogą być instalowane w dowolnym miejscu, gdzie dostępne są transport i duża ilość wody.

Wady Elektrowni Cieplnej

Wady elektrowni cieplnej obejmują:

• Koszty eksploatacji elektrowni cieplnej są porównywalnie wysokie ze względu na paliwo, utrzymanie itp. 

• Duża ilość dymu powoduje zanieczyszczenie powietrza. Elektrownie cieplne są odpowiedzialne za globalne ocieplenie.

• Woda nagrzana w elektrowniach cieplnych ma negatywny wpływ na organizmy wodne i zakłóca ekologię.

• Ogólna efektywność elektrowni cieplnej jest niska, np. poniżej 30%.