Värmekraft

Definition av Värmekraftverk

Ett värmekraftverk definieras som en anläggning som genererar elektricitet genom att använda värmeenergi, huvudsakligen från kolbrytning, för att producera ånga som driver turbiner.

Teori för Värmekraftverk

Teorin bakom värmekraftverk är enkel. Dessa anläggningar använder ångturbiner kopplade till alternatorer för att generera elektricitet. Ångan produceras i högtryckspannor.

I allmänhet i Indien används bituminöst kol, brunkol och torv som bränsle för pannan. Bituminöst kol som används som pannbränsle har flyktiga ämnen mellan 8 och 33% och askinnehåll 5 till 16%. För att öka termisk effektivitet används kol i pulverform i pannan.

I ett kolvärmekraftverk produceras ångan under högtryck i ångpannan på grund av förbränningen av bränsle (pulveriserat kol) i pannugnar. Denna ånga uppvärmes ytterligare i en superhettare.

Denna superhettade ånga går sedan in i turbinen och roterar turbinbladen. Turbinen är mekaniskt så kopplad till en alternator att dess rotor kommer att rotera med rotationen av turbinbladen.

När ången går in i turbinen sjunker trycket snabbt, vilket gör att ångvolymen ökar. Efter att ha överfört energi till turbinrotorn passerar ången ut ur turbinbladen till kondensatorn. I kondensatorn cirkulerar kallt vatten med hjälp av en pump som kondenserar lågtrycksfuktig ånga.

Det kondenserade vattnet levereras sedan till en lågtrycksvattenuppvärmare där lågtrycksånga ökar temperaturen på detta foderingsvatten; det uppvärmes igen under högtryck. För att förstå bättre, låt oss dela upp stegen i hur ett värmekraftverk fungerar:

• Först bränns pulveriserat kol i ugnen av ångpannan.

• Högtrycksånga produceras i pannan.

• Denna ånga passerar sedan genom superhettaren, där den uppvärmes ytterligare.

• Denna superhettade ånga går sedan in i en turbin med hög hastighet.

• I turbinen roterar denna ångkraft turbinbladen, vilket innebär att den lagrade potentialenergin i högtrycksångan omvandlas till mekanisk energi.

Schemalagd ritning av kraftverk

Efter att ha roterat turbinbladen har ången förlorat sitt höga tryck, passerar ut ur turbinbladen och går in i en kondensator. I kondensatorn cirkulerar kallt vatten med hjälp av en pump som kondenserar lågtrycksfuktig ånga.

Det kondenserade vattnet levereras sedan till en lågtrycksvattenuppvärmare där lågtrycksånga ökar temperaturen på detta foderingsvatten, det uppvärmes sedan igen i en högtrycksuppvärmare där högtryck på ångan används för uppvärmning. Turbinen i värmekraftverket fungerar som primärdrivmedel för alternatorn.

Översikt över Värmekraftverk

Ett typiskt värmekraftverk fungerar enligt en cykel som visas nedan.

Arbetsmediet är vatten och ånga. Detta kallas foderingsvatten- och ångcykel. Den ideala termodynamiska cykeln som operationen av ett värmekraftverk liknar nära är rankinecykeln.

I en ångpanna uppvärmes vattnet genom att bränna bränslet i luften i ugnen, och funktionen hos pannan är att ge torr superhettad ånga vid det önskade temperaturen. Den ånga som produceras används för att driva ångturbinerna.

Denna turbin är kopplad till en synkron generator (vanligtvis en trefasad synkron alternator), som genererar elektrisk energi.

Avloppsången från turbinen får kondensera till vatten i turbinens ångkondensator, vilket skapar sugning vid mycket lågt tryck och tillåter expansion av ången i turbinen till mycket lågt tryck.

De huvudsakliga fördelarna med kondensationsoperationen är den ökade mängden energi som extraheras per kg ånga, vilket ökar effektiviteten, och kondensaten som matas in i pannan igen minskar mängden friskt foderingsvatten.

Kondensaten tillsammans med något nytt makeup-foderingsvatten matas sedan in i pannan av en pump (kallad pannförsörjningspump).

I kondensatorn kondenserar ången av kallt vatten. Kallt vatten återvinns genom kyltornet. Detta utgör en kylvattencirkel.

Omgivande luft får gå in i pannan efter dammsedimentation. Även fluegasen kommer ut ur pannan och avgasas ut i atmosfären genom stackar. Detta utgör luft- och fluegascirklar.

Flödet av luft och även statiska tryck i ångpannan (kallat drag) underhålls av två fläktar, kallade Forced Draught (FD) fläkt och Induced Draught (ID) fläkt. Den totala schematiken för ett typiskt värmekraftverk tillsammans med olika cirklar illustreras nedan.

Inuti pannan finns det olika växelvärmeanordningar, såsom ekonomisering, evaporation (inte visad i figuren ovan, det är i princip vattentuber, dvs. nedkommande-stigande circuit), superhettare (ibland återhettare, luftförvarmare är också närvarande).

I ekonomisering uppvärmes foderingsvattnet betydligt av restvärmen från fluegasen. Pannrummet håller en höjd för naturlig cirkulation av en tvåfasemix (ånga + vatten) genom vattentuberna. Det finns också en superhettare som tar emot värme från fluegasen och höjer temperaturen på ången efter behov.

Effektiviteten av Värmekraftverk eller Anläggning

Den totala effektiviteten för ett ångkraftverk definieras som förhållandet mellan värmeekvivalenten av elektrisk utdata till värme vid förbränning av kol. Den totala effektiviteten för ett värmekraftverk varierar mellan 20% och 26% och beror på anläggningskapaciteten.

Fördelar med Värmekraftverk

Fördelarna med ett värmekraftverk inkluderar:

• Ekonomiskt med låg initial kostnad jämfört med andra genererande anläggningar.

• Mindre markbehov än vattenkraftverk.

• Eftersom kol är huvudbränsle och dess kostnad är ganska billig jämfört med bensin/diesel så är genereringskostnaden ekonomisk.

• Underhåll är lättare.

• Värmekraftverk kan installeras på valfri plats där transporter och stora mängder vatten är tillgängliga.

Nackdelar med Värmekraftverk

Nackdelarna med ett värmekraftverk inkluderar:

• Driftskostnaden för ett värmekraftverk är relativt hög på grund av bränsle, underhåll, etc.

• En stor mängd rök orsakar luftförorening. Värmekraftverk bidrar till global uppvärmning.

• Det uppvärmade vattnet som kommer från värmekraftverken har en negativ effekt på vattenlevande organismer och stör ekologin.

• Den totala effektiviteten för värmekraftverket är låg, som mindre än 30%.