theme wordpress
نیروگاه

نیروگاه حرارتی چیست و چگونه کار می کند

نیروگاه حرارتی

نیروگاه حرارتی مطرح ترین روش برای تولید انرژی الکتریکی است.این واژه نیز به نیروگاه حرارتی ذغال سنگ اشاره دارد .قبل از رفتن به جزییات این موضوع ، باید نخست تلاش کنیم که دیاگرام این نیروگاه را درک کنیم.

تئوری نیروگاه حرارتی :

تئوری نیروگاه حرارتی بسیار ساده است. یک نیروگاه حرارتی به صورت کلی شامل یک ژنراتور است که با کمک توربین بخار به حرکت در می آید. بخار از طریق بویلرهای پرفشار به دست می اید.به صورت کلی ، ذغال سنگ طبیعی و ذغال سنگ قهوه ای  و یا گاز سوخت بویلرها است. ذغال سنگ طبیعی به عنوان سوخت بویلر مورد استفاده قرار گرفته می شود که دارای 8 الی 33 درصد مواد فرار و 5 تا 16 درصد خاکستر است. برای بهبود بازده گرمایی ذغال به صورت پودر شده در بویلر قرار می گیرد.

در نیروگاه حرارتی ذغال سنگ بخار در بویلر بخار با فشار بالا تولید می شود که این موضوع ناشی از احتراق سوخت است. مجدد این بخار از سوپر هیتر عبور می کند. این بخار داغ شده به توربین وارد شده و تیغه های آن را به گردش در می آورد. توربین به صورت مکانیکی با موتور کوپل شده است و رتور با تیغه های توربین می چرخد. پس از ورود به توربین، فشار بخار ناگهان افت می کند و حجم مربوط به بخار افزایش می یابد. پس از اعمال انرژی به روتور توربین، بخار از تیغه های توربین عبور کرده و به کندانسور می رسد. در کندانسور ، آب سرد با کمک پمپ شروع به گردش می کند تا  بخار مرطوب با فشار پایین به مایع تبدیل شود. این آب خروجی سپس برای افزایش دمای آب تغذیه مورد استفاده قرار می گیرد. مجدد در فشار بالا گرم می شود.

مطالبت مرتبط:

نیروگاه هسته ای چیست و چگونه کار می کند

نیروگاه دیزلی

برای درک بهتر ما هر مرحله از عملکرد یک نیروگاه حرارتی را به شرح زیر ارائه می کنیم.

  • ابتدا زغال سنگ پودر به کوره دیگ بخار سوخته است.
  • بخار فشار بالا در بویلر ایجاد می شود.
  • این بخار سپس از سوپرهیتر عبور می کند، جایی که آن را بیشتر گرم می شود.
  • بخار با سرعت بالا وارد توربین می شود.
  • در توربین این نیرو بخار تیغه توربین را چرخانده است که بدان معنی است که در اینجا در توربین انرژی ذخیره شده انرژی بخار با فشار بالا به انرژی مکانیکی تبدیل می شود.

دیاگرام تک خطی نیروگاه

دیاگرام نیروگاه حرارتی
دیاگرام نیروگاه حرارتی
  • پس از چرخش تیغه های توربین ، بخار فشار بالای خود را از دست می دهد، از تیغه های توربین عبور کرده و به چگالنده وارد می شود.
  • در چگالنده آب سرد با کمک پمپ شروع به گردش می کند تا بتواند بخار مرطوب با فشار پایین ایجاد کند.
  • این آب خروجی سپس به گرمکن کم فشار تزریق می شود که در آن بخار فشار کم دمای آن آب تغذیه را افزایش می دهد، سپس در یک بخاری فشار بالا که در آن فشار بالا بخار برای گرم کردن استفاده می شود، دوباره حرارت داده می شود.
  • توربین در نیروگاه حرارتی به عنوان اولین موتور مبدل کننده عمل می کند.

بررسی برق نیروگاه حرارتی

نیروگاه حرارتی متداول به به شکل زیر نشان داده می شود :

در این چرخه آب و بخار وجود دارد. این موضوع با نام های آب تغذیه و سیکل بخار شناخته می شود. چرخه ترمودینامیکی ایده آل که عملیات یک نیروگاه حرارتی بسیار شبیه است، CYCLE RANKINE است.

سیکل نیروگاه حرارتی بخار
سیکل نیروگاه حرارتی بخار

در بویلر بخار ، آب با احتراق سوخت افزایش دما داده می شود و کارکرد بویلر ایجاد بخار پر حرارت در  دمای دلخواه است. بخار تولید شده به منظور چرخش توربین مورد استفاده قرار می گیرد. توربین با یک ژنراتور سنکرون کوپل شده است. بخار خروجی توربین در چگالنده به آب اجازه تراکم یافتن می دهد. مزایای اصلی عملیات خنک کننده افزایش مقدار انرژی استخراج شده در کیلوگرم بخار است و درنتیجه باعث افزایش کارایی می شود و همچنین میعانات گازی که در دیگ تغذیه می شود، مقدار آب تازه را کاهش می دهد.

میعانات گازی همراه با بعضی از آب های تغذیه تازه دوباره با یک پمپ (به نام پمپ تغذیه دیگ بخار) به دیگ بخار ارسال می شود. در چگالنده، بخار با آب خنک می شود. آب خنک کننده را از طریق برج خنک کننده بازیافت می کند. این یک مدار آب خنک کننده است.

هوای محیط پس از فیلتر شدن گرد و غبار اجازه ورود به دیگ بخار را به دست می اورد. همچنین گاز دودکش از دیگ خارج می شود و از طریق پشته ها به اتمسفر می رسد. این مدار هوا و گاز دودکش را تشکیل می دهد. جریان هوا و همچنین فشار استاتیک داخل دیگ بخار (Draught) توسط دو فن با نام های Forced Draught (FD) fan و Induced Draught (ID) fan تشکیل شده است. طرح کل یک نیروگاه حرارتی معمولی همراه با مدارهای مختلف در زیر نشان داده شده است.

در داخل بویلر چندین مبدل دمایی وجود دارد .پیش گرم کن (Economiser) و سوپر هیتر را می توان به عنوان قسمت های اصلی نام برد.

در اولیت قسمت آب تغذیه تا مقدار قابل توجهی دما داده می شود که این دما باقی مانده دمای گاز موجود در سیستم است.

درام بویلر گردش طبیعی یک مخلوط دو مرحله ای (بخار + آب) از طریق لوله های آب ایجاد می کند.

نمودار ساده‌شده‌ای از یک نیروگاه حرارتی

۱. برج خنک‌کننده ۱۰. دریچهٔ کنترل بخار ۱۹. سوپرهیتر
۲. پمپ آب سرد ۱۱. توربین بخار فشار بالا ۲۰. پمپ هوا
۳. خطوط انتقال سه فاز ۱۲. دگازور ۲۱. پس‌گرم‌کن
۴. ترانسفورماتور افزایش ولتاژ ۱۳. گرم‌کننده آب ۲۲. سوپاپ هوای احتراق
۵. ژنراتور الکتریکی ۱۴. حمل‌کننده زغال سنگ ۲۳. پیش‌گرم‌کن مقدماتی
۶. توربین بخار کم فشار ۱۵. قیف زغال‌سنگ ۲۴. پیش‌گرم‌کن هوا
۷. پمپ آب بویلر ۱۶. پودرساز زغال سنگ ۲۵. ته‌نشین‌کننده الکترواستاتیکی
۸. تقطیرکننده سطحی ۱۷. سیلندر دود بویلر ۲۶. پمپ هوا
۹. توربین بخار فشار متوسط ۱۸. قیف خاکستر ۲۷. دودکش

کارایی نیروگاه حرارتی

بهره وری کل نیروگاه بخار به صورت نسبت معادل گرمای خروجی الکتریکی به گرمای احتراق زغال سنگ تعریف می شود. کارایی کلی یک نیروگاه یا نیروگاه حرارتی از 20 تا 26 درصد متغیر است و بستگی به ظرفیت نیروگاه دارد.(این جدول برای نیروگاه های حرارتی با زغال سنگ می باشد)

راندمان نیروگاه حرارتی
راندمان نیروگاه حرارتی

موقعیت نیروگاه حرارتی

تعیین مرکز بار
تعیین مرکز بار

هدف نهایی از ساخت این نیروگاه کسب سود است. در نتیجه برای بهینه سازی سود ، موقعیت این نیروگاه بسیار پر اهمیت است. جایگاه نیروگاه حرارتی تاثیری اساسی در اقتصاد این نیروگاه دارد.

اقتصادی ترین مکان نیروگاه را می توان با روش گرافیکی تعیین کرد که در زیر توضیح داده شده است.

اقتصادی و ایده آل ترین نقطه برای این نیروگاه مرکز ثقل بار است، زیرا برای چنین نیروگاهی طول برق شبکه حداقل خواهد بود و بنابراین هزینه سرمایه کاهش می یابد.

برای توصیف این موضوع X وY را به عنوان دو عامل در نظر بگیریم :

 Q1(x1, y1), Q2(x2, y2), Q3(x3, y3), Q4(x4, y4),……………………………………….and Qn(xn, yn) و در آن n تعداد مراکز بار است. از شکل گرافیکی بالا می توان دریافت که بهترین جا برای نصب این نیروگاه :

خواهد بود. بدیهی است که بهترین محل نیروگاه حرارتی در مرکز  بار (CG)  است،اما امکان انجام این موضوع برای همیشه وجود ندارد. از آنجایی که اغلب CG در قلب شهر ها است باید نقاط دیگری را به عنوان نقاط بهینه برای این موضوع یافت.

  • نیروگاه تولید برق باید در بخشی ساخته شود که هزینه زمین معقول است.
  • زمین باید چنین باشد که مالکیت خصوصی آن حداقل باشد.
  • برای چگالنده حجم بالایی از آب مورد نیاز است از این رو نیروگاه باید در اطراف منابع طبیعی آب مانند رودخانه ها تاسیس شود.
  • دسترسی به مقدار زیادی سوخت در هزینه معقول یکی از معیارهای اصلی انتخاب محل نیروگاه است.
  • نیروگاه باید در زمین مسطح احداث شود.
  • خاک در محل تاسیس باید شرایط خاص داشته باشد.
  • محل احداث نیروگاه حرارتی نباید به محدوده انبوه نزدیک باشد زیرا دود، بخار سر و صدا، بخار آب و غیره وجود دارد.
  • باید شرایط توسعه آینده در آن وجود داشته باشد.
  • محل برای انتقال خاکستر برای نیروگاه های حرارتی نیز باید بسیار نزدیک باشد.
  • دودکش بالای نیروگاه نباید ترافیک هوایی را مختل کند.

مطالب مرتبط:

سوخت ژنراتور – چه سوخت ژنراتوري بهترین است؟

دیزل ژنراتور یا ژنراتور بنزینی

ژنراتورگاز طبیعی در مقابل ژنراتورهای دیزلی

مزایا و معایب نیروگاه حرارتی :

مزایا :

  • هزینه اولیه اقتصادی نسبت به سایر نیروگاه ها
  • نیاز به زمین کمتر در برابر نیروگاه برق آبی
  • از انجایی که ذغال سوخت اصلی است ، ان از سوخت های دیگر ارزان تر است.
  • نگه داری اسان تر است
  • این نیروگاه می تواند در هر جایی که خطوط انتقال و آب موجود باشد احداث شود.

معایب:

  • هزینه کار این نیروگاه ناشی از سوخت و نگه داری بالا است.
  • الودگی هوای شدید که این نیروگاه را عامل پدیده گرم شدن جهانی کرده است .
  • آب گرم که از نیروگاه های حرارتی می آید اثر منفی بر زندگی آبزیان در آب دارد و محیط زیست را مختل می کند.
  • بهره وری کل نیروگاه حرارتی کمتر از 30 درصد است.

محسن ترابی

مهندس برق قدرت، فوق لیسانس برق قدرت از دانشگاه سراسری یزد، موسس ماه صنعت، متخصص در ژنراتور، دیزل، طراحی و ساخت موتورهای الکتریکی، سنکرون و سیستم های حفاظت الکتریکی به خصوص حفاظت ژنراتور. دارای گواهی ثبت اختراع ساخت موتور PMSM‌ معکوس گرد. هدف از ایجاد این وبسایت و مقالات آن آموزش در راستای توسعه ی صنعت برق کشور عزیزمان ایران می باشد و سعی می کنم مقالات کاربردی در راستای این هدف در وبسایت انتشار بدهم

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

بستن
بستن