آشنایی با نیروگاه حرارتی

همه چیز درباره نیروگاه حرارتی 

نیروگاه حرارتی یا Thermal power generation plant متعارف ترین منبع تولید انرژی الکتریکی است. نیروگاه حرارتی به عنوان نیروگاه ذغال سنگ و نیروگاه توربین بخار نیز شناخته می شود. در این مقاله از وبلاگ آداک، ضمن معرفی اصول کلی کارکرد این نوع نیروگاه، به بیان مزایا و معایب آن می پردازیم، با ما همراه باشید.

اصول کلی نیروگاه حرارتی

تئوری نیروگاه های حرارتی یا عملکرد نیروگاه های حرارتی بسیار ساده است. یک نیروگاه تولید برق عمدتاً از آلترناتورها با کمک توربین بخار تشکیل شده است. بخار از دیگ های فشار قوی بدست می آید. به طور کلی در جهان از زغال سنگ قیر، زغال سنگ قهوه ای و ذغال سنگ نارس به عنوان سوخت دیگ بخار استفاده می شود. زغال سنگ قیری که به عنوان سوخت دیگ بخار استفاده می شود دارای مواد فرار از 8 تا 33 درصد و میزان خاکستر آن 5 تا 16 درصد است. برای افزایش راندمان حرارتی از زغال سنگ در دیگ به صورت پودر استفاده می شود.

نیروگاه ذغال سنگ

در نیروگاه حرارتی زغال سنگ، بخار با فشار زیاد در دیگ بخار به دلیل سوزاندن سوخت (زغال سنگ پودر شده) در کوره های دیگ بخار تولید می شود. این بخار بیشتر در یک سوپرهیتر گرم می شود. این بخار فوق گرم سپس وارد توربین می شود و پره های توربین را می چرخاند. توربین از نظر مکانیکی به قدری با دینام جفت می شود که روتور آن با چرخش پره های توربین می چرخد. پس از ورود به توربین فشار بخار به طور ناگهانی کاهش می یابد و حجم بخار مربوطه افزایش می یابد. پس از انتقال انرژی به روتور توربین، بخار از پره های توربین به کندانسور عبور می کند.

همچنین ببنید: صفر تا صد تابلو برق صنعتی

در کندانسور، آب سرد با کمک پمپی به گردش در می آید که بخار مرطوب کم فشار را متراکم می کند. این آب تغلیظ شده بیشتر به یک آبگرمکن کم فشار عرضه می شود که در آن بخار کم فشار دمای این آب تغذیه را افزایش می دهد. دوباره با فشار بالا گرم می شود. برای درک بهتر، ما هر مرحله از عملکرد یک نیروگاه حرارتی را به شرح زیر ارائه می دهیم:

• ابتدا زغال سنگ پودر شده در کوره دیگ بخار سوزانده می شود.
• بخار با فشار بالا در دیگ بخار تولید می شود.
• سپس این بخار از سوپرهیتر عبور می کند و در آنجا بیشتر گرم می شود.
• این بخار فوق گرم سپس با سرعت بالا وارد توربین می شود.
• در توربین، این نیروی بخار پره‌های توربین را می‌چرخاند و به انرژی مکانیکی تبدیل می کند

پس از چرخاندن پره های توربین، بخار فشار زیاد خود را از دست داده، از پره های توربین خارج شده و وارد کندانسور می شود. در کندانسور، آب سرد با کمک پمپی که بخار مرطوب کم فشار را متراکم می کند، به گردش در می آید. سپس این آب تغلیظ شده بیشتر به یک آبگرمکن کم فشار وارد می شود که در آن بخار کم فشار دمای این آب تغذیه را افزایش می دهد، سپس دوباره در یک کوره فشار بالا گرم می شود که در آن از فشار زیاد بخار برای گرم کردن استفاده می شود.

توربین در نیروگاه حرارتی به عنوان محرک اصلی دینام عمل می کند.

چرخه کاری نیروگاه حرارتی

یک نیروگاه حرارتی معمولی در یک چرخه کار می کند که در زیر نشان داده شده است.

سیال در اینجا آب و بخار است. چرخه ترمودینامیکی ایده آل که عملکرد یک نیروگاه حرارتی شباهت زیادی به آن دارد، سیکل رانکین است. در دیگ بخار آب با سوزاندن سوخت موجود در هوای کوره گرم می شود و وظیفه دیگ بخار دادن بخار فوق گرم خشک در دمای مورد نیاز است. بخار تولید شده به این ترتیب در راندن توربین های بخار استفاده می شود. این توربین به ژنراتور سنکرون (معمولا یک دینام سنکرون سه فاز) کوپل شده است که انرژی الکتریکی تولید می کند. بخار خروجی از توربین در کندانسور بخار توربین اجازه می‌دهد به داخل آب متراکم شود که در فشار بسیار کم مکش ایجاد می‌کند و اجازه می‌دهد بخار در توربین تا فشار بسیار کم منبسط شود.

مزیت اصلی عملیات چگالش

مزایای اصلی عملیات چگالش افزایش مقدار انرژی استخراج شده به ازای هر کیلوگرم بخار و در نتیجه افزایش راندمان است و میعانات وارد شده به دیگ مجدداً مقدار آب تغذیه تازه را کاهش می دهد. میعانات گازی همراه با مقداری آب خوراک تازه آرایشی دوباره توسط یک پمپ (که به آن پمپ تغذیه دیگ بخار می گویند) وارد دیگ بخار می شود. در کندانسور، بخار با آب خنک کننده متراکم می شود. آب خنک کننده از طریق برج خنک کننده بازیافت می شود. این یک مدار آب خنک کننده را تشکیل می دهد.

بیشنر بخوانید: منابع اصلی تولید انرژی الکتریکی

الزامات طراحی نیروگاه حرارتی

هوای محیط پس از فیلتراسیون گرد و غبار اجازه ورود به دیگ را دارد. همچنین، گاز دودکش از دیگ بخار خارج شده و از طریق پشته ها به اتمسفر تخلیه می شود. اینها مدارهای هوا و گاز دودکش را تشکیل می دهند. جریان هوا و همچنین فشار استاتیکی داخل دیگ بخار (به نام دراگ) توسط دو فن به نام‌های فن فشاری (FD) و فن القایی (ID) حفظ می‌شود. طرح کلی یک نیروگاه حرارتی معمولی همراه با مدارهای مختلف در زیر نشان داده شده است.

در داخل دیگ، مبدل های حرارتی مختلفی وجود دارد، به عنوان مثال. اکونومایزر، اواپراتور (در شکل بالا نشان داده نشده است، اساساً لوله های آب است، یعنی مدار رایزر نزولی)، سوپر هیتر (گاهی اوقات Reheater، پیش گرمکن هوا نیز وجود دارد). در اکونومایزر آب تغذیه به مقدار قابل توجهی توسط گرمای باقیمانده گاز دودکش گرم می شود. درام بویلر یک سر را برای گردش طبیعی مخلوط دو فاز (بخار + آب) در لوله های آب نگه می دارد. همچنین یک سوپر هیتر وجود دارد که گرمای گازهای دودکش را نیز می گیرد و دمای بخار را طبق نیاز افزایش می دهد.

راندمان نیروگاه حرارتی یا نیروگاه

راندمان کلی نیروگاه بخار به عنوان نسبت گرمای معادل خروجی الکتریکی به گرمای احتراق زغال سنگ تعریف می شود. راندمان کلی یک نیروگاه حرارتی یا نیروگاه بین 20 تا 26 درصد متغیر است و به ظرفیت نیروگاه بستگی دارد.

انتخاب مکان نیروگاه حرارتی

یک نیروگاه حرارتی یک هدف نهایی برای سودآوری در یک تجارت دارد. از این رو برای بهینه سازی سود، مکان ایستگاه عامل بسیار مهمی است. موقعیت نیروگاه تولید برق نقش بهینه‌سازی را در اقتصاد نیروگاه ایفا می‌کند. مقرون به صرفه ترین مکان یک نیروگاه را می توان با روش گرافیکی به شرح زیر تعیین کرد.

مقرون به صرفه ترین و ایده آل ترین مکان نیروگاه مرکز ثقل بار است زیرا برای چنین نیروگاهی طول شبکه انتقال نیرو حداقل خواهد بود و در نتیجه هزینه سرمایه ای برای سیستم کاهش می یابد.

نیروگاه تولید برق باید در مکانی ساخته شود که هزینه زمین کاملاً مناسب باشد و کارخانه باید در زمین هموار ایجاد شود.

• مقدار زیادی آب خنک کننده برای کندانسورها و غیره نیروگاه حرارتی مورد نیاز است، بنابراین نیروگاه ترجیحاً باید در کنار منبع بزرگ یک منبع آب طبیعی مانند یک رودخانه بزرگ قرار گیرد.
• در دسترس بودن مقدار زیادی سوخت با هزینه مناسب یکی از معیارهای اصلی برای انتخاب محل کارخانه است.
• خاک باید به گونه ای باشد که زیر بنای خوب و محکمی برای گیاهان و ساختمان ها ایجاد کند.
• محل نیروگاه حرارتی نباید خیلی نزدیک به محل متراکم باشد زیرا دود، بخار صدا، بخار آب و غیره وجود دارد.
• باید دامنه وسیعی برای توسعه تقاضای آینده وجود داشته باشد.
• مکانی برای یک نیروگاه انتقال خاکستر برای نیروگاه های حرارتی نیز باید در نزدیکی آن موجود باشد.
• دودکش بسیار بلند نیروگاه نباید مانع تردد کشتی های هوایی شود.

مزایای نیروگاه ذغال سنگ

برخی از مزایای نیروگاه حرارتی عبارتند از:

• مقرون به صرفه بودن و هزینه اولیه کم نسبت به سایر نیروگاه ها
• نیاز به زمین کمتر در برابر نیروگاه آبی 
• هزینه پایین سوخت مصرفی 
• تعمیر و نگهداری آسان تر است.
• قابلیت نصب و راه اندازی نسبتاً آسان

معایب نیروگاه ذغال سنگ

برخی از معایب نیروگاه حرارتی عبارتند از:

• هزینه های جاری برای یک نیروگاه حرارتی به دلیل مصرف بالای سوخت، دفعات زیاد تعمیر و نگهداری و غیره نسبتاً بالا است.
• دود زیاد باعث آلودگی هوا می شود. نیروگاه حرارتی مسئول گرمایش جهانی است.
• آب گرمی که از نیروگاه های حرارتی می آید تأثیر نامطلوبی بر آبزیان موجود در آب دارد و اکولوژی را مختل می کند.
• راندمان کلی نیروگاه حرارتی کمتر از 30 درصد است.

ساخت و تولید انواع تابلو برق با فناوری روز دنیا 

آیا می دانید آداک در راستای ارائه جدیدترین فناوری ها در صنعت تابلو برق، طیف وسیعی از محصولات را طراحی و تولید می کند؟ برای آشنایی بیشتر با راهکارهای حرفه ای آداک در این زمینه و دریافت مشاوره جهت طراحی و ساخت تابلو برق فشار ضعیف و تابلو برق فشار متوسط برای پروژه صنعتی یا مسکونی خود، هم اکنون با کارشناسان ما تماس بگیرید.

دفتر مرکزی: کرج، عظیمیه. بلوار 45 متری کاج، پلاک 199، واحد 1 و 3

تلفن: 02634156000

ایمیل: info@adakbn-co.com

دفتر تهران: بزرگراه اشرفی اصفهانی، خیابان مخبری، پلاک 10 واحد 6

تلفن: 02144491255

ایمیل: sales@adakbn-co.com

کارخانه: شهرک صنعتی صفادشت، بلوار فروردین، خیابان فروردین نهم غربی، پلاک 104

تلفن: 02634156000