Тепловая генерация электроэнергии

Определение тепловой электростанции

Тепловая электростанция определяется как объект, который генерирует электроэнергию, используя тепловую энергию, в основном от сжигания угля, для производства пара, приводящего в действие турбины.

Теория тепловой электростанции

Теория тепловых электростанций проста. Эти станции используют паровые турбины, соединенные с альтернаторами, для генерации электроэнергии. Пар производится в высоконапорных котлах.

Обычно в Индии в качестве топлива для котлов используются битуминозный уголь, бурый уголь и торф. Битуминозный уголь, используемый в качестве топлива для котла, имеет летучие вещества от 8 до 33% и золу от 5 до 16%. Для увеличения термической эффективности уголь используется в порошковой форме.

На угольной тепловой электростанции пар производится под высоким давлением в паровом котле из-за сжигания топлива (измельченного угля) в топках котла. Этот пар затем дополнительно нагревается в перегревателе.

Этот перегретый пар затем поступает в турбину и вращает лопасти турбины. Турбина механически соединена с альтернатором таким образом, что ротор последнего будет вращаться вместе с лопастями турбины.

Когда пар поступает в турбину, его давление быстро падает, что вызывает увеличение объема пара.После передачи энергии ротору турбины пар выходит из лопастей турбины в конденсатор.В конденсаторе холодная вода циркулирует с помощью насоса, который конденсирует низкое давление влажного пара.

Эта конденсированная вода затем подается в низконапорный водонагреватель, где низконапорный пар повышает температуру этой питательной воды; она снова нагревается под высоким давлением.Для лучшего понимания разберем этапы работы тепловой электростанции:

• Сначала измельченный уголь сжигается в топке парового котла.

• Высоконапорный пар производится в котле.

• Затем этот пар проходит через перегреватель, где он нагревается еще больше.

• Этот перегретый пар затем поступает в турбину на высокой скорости.

• В турбине этот пар заставляет вращаться лопасти турбины, то есть здесь в турбине потенциальная энергия высоконапорного пара преобразуется в механическую энергию.

Принципиальная схема электростанции

После вращения лопастей турбины пар, потеряв свое высокое давление, выходит из лопастей турбины и поступает в конденсатор.В конденсаторе холодная вода циркулирует с помощью насоса, который конденсирует низкое давление влажного пара.

Эта конденсированная вода затем подается в низконапорный водонагреватель, где низконапорный пар повышает температуру этой питательной воды, затем она снова нагревается в высоконапорном нагревателе, где высокое давление пара используется для нагрева.Турбина в тепловой электростанции действует как главный двигатель альтернатора.

Обзор тепловой электростанции

Типичная тепловая электростанция работает по циклу, который показан ниже.

Рабочей жидкостью является вода и пар. Это называется циклом питательной воды и пара. Идеальный термодинамический цикл, которому близко соответствует работа тепловой электростанции, — это цикл Ренкина.

В паровом котле вода нагревается путем сжигания топлива в воздухе в топке, и функция котла состоит в том, чтобы обеспечить сухой перегретый пар при требуемой температуре. Произведенный пар используется для приведения в действие паровых турбин.

Эта турбина соединена с синхронным генератором (обычно трехфазным синхронным альтернатором), который генерирует электроэнергию.

Отработавший пар из турбины конденсируется в воду в конденсаторе турбины, что создает разрежение при очень низком давлении и позволяет расширять пар в турбине до очень низкого давления.

Основные преимущества конденсационной работы заключаются в увеличении количества энергии, извлекаемой из килограмма пара, что повышает эффективность, а также конденсат, который подается обратно в котел, снижает количество свежей питательной воды.

Конденсат вместе с некоторым количеством свежей питательной воды снова подается в котел с помощью насоса (называемого котельным питательным насосом).

В конденсаторе пар конденсируется охлаждающей водой. Охлаждающая вода циркулирует через охладительную башню. Это составляет цикл охлаждающей воды.

Атмосферный воздух попадает в котел после фильтрации пыли. Также дымовые газы выходят из котла и выбрасываются в атмосферу через дымовые трубы. Это составляет циклы воздуха и дымовых газов.

Поток воздуха и статическое давление внутри парового котла (называемые тягой) поддерживаются двумя вентиляторами, называемыми вентилятором принудительной тяги (FD) и вентилятором индуцированной тяги (ID).Общая схема типичной тепловой электростанции с различными циклами показана ниже.

Внутри котла находятся различные теплообменники, такие как экономайзер, испаритель (не показан на рисунке выше, это, по сути, водяные трубы, то есть контур подъемника и спуска), перегреватель (иногда также присутствуют реогреватель, воздухоподогреватель).

В экономайзере питательная вода нагревается до значительной степени за счет остаточного тепла дымовых газов.Барабан котла поддерживает напор для естественной циркуляции двухфазной смеси (пар + вода) через водяные трубы.Также есть перегреватель, который также забирает тепло от дымовых газов и повышает температуру пара по мере необходимости.

Эффективность тепловой электростанции или установки

Общая эффективность паровой электростанции определяется как отношение теплового эквивалента электрической мощности к теплу сгорания угля. Общая эффективность тепловой электростанции или установки варьируется от 20% до 26% и зависит от мощности станции.

Преимущества тепловой электростанции

Преимущества тепловой электростанции включают:

• Экономически выгодно за счет низкой первоначальной стоимости по сравнению с другими типами электростанций.

• Требуется меньше земли, чем для гидроэлектростанции.

• Поскольку основным топливом является уголь, стоимость которого значительно ниже, чем у бензина или дизеля, затраты на генерацию электроэнергии являются экономически выгодными.

• Обслуживание легче.

• Тепловые электростанции могут быть установлены в любом месте, где доступны транспорт и большое количество воды.

Недостатки тепловой электростанции

Недостатки тепловой электростанции включают:

• Эксплуатационные расходы на тепловую электростанцию относительно высоки из-за топлива, обслуживания и т. д.

• Большое количество дыма вызывает загрязнение воздуха. Тепловые электростанции способствуют глобальному потеплению.

• Подогретая вода, выходящая из тепловых электростанций, оказывает негативное влияние на водные организмы и нарушает экологию.

• Общая эффективность тепловой электростанции низкая, менее 30%.