Nguyên lý hoạt động của Nhà máy nhiệt điện

Nguyên lý hoạt động của Nhà máy nhiệt điện

Nhà máy nhiệt điện là một dạng nguồn điện kinh điển nhưng đến nay vẫn còn được sử dụng rộng rãi. Đối với các nhà máy nhiệt điện, động cơ sơ cấp của máy phát điện có thể là tuabin hơi, máy hơi nước hoặc động cơ điêzen. Nhưng ở các nhà máy nhiệt điện lớn thì động cơ sơ cấp là tuabin hơi.

Nguyên lý hoạt động và đặc điểm

Quá trình biến đổi năng lượng trong nhà máy nhiệt điện được mô tả như sau:

Nhiệt năng → cơ năng → Điện năng

Sơ đồ nguyên lý công nghệ của quá trình sản xuất điện trong các nhà máy nhiệt điện được tóm tắt trên (hình 1).

Hình 1. Sơ đồ nguyên lý công nghệ của quá trình sản xuất điện trong các nhà máy nhiệt điện
Hình 1. Sơ đồ nguyên lý công nghệ của quá trình sản xuất điện trong các nhà máy nhiệt điện

Nhiên liệu được đốt cháy trong buồng đốt 1 nhằm đun sôi nước ở bao hơi 2 với nhiệt độ và áp suất cao (khoảng 5000C và 40 at) được dẫn đến làm quay cánh tuabin 3 với tốc độ rất lớn (khoảng 3000 vòng/phút). Trục của tuabin gắn với trục của máy phát điện 4 vì vậy khi tuốc bin quay dẫn đến quay máy phát điện. Nhiên liệu sau khi sinh nhiệt năng ở buồng đốt trở thành xỉ và khói thải ra ngoài. Hơi nước sau khi sinh công ở tuabin trở thành nước nhờ sự trao đổi nhiệt ở bình ngưng 5, sau đó lại được bơm trở về tạo thành chu kỳ kín. Tuy nhiên do tổn thất nên luôn luôn phải bổ sung vào bao hơi một lượng nước đã được xử lý.

Nhiên liệu dùng cho các lò hơi (buồng đốt) thường là than đá xấu, than cám, than bùn, có khi dùng nhiên liệu là chất lỏng như dầu điêzen hoặc các khí đốt tự nhiên, khí than cốc… Ở những nước có nhiều mỏ dầu, việc khai thác dầu lửa phát triển hoặc có nhiều khí tự nhiên, khí than cốc thu được ở các xưởng luyện kim… thì nhà máy nhiệt điện dùng nhiên liệu điêzen hoặc khí đốt có hiệu quả kinh tế cao hơn nhà máy nhiệt điện dùng nhiên liệu là than. Ở nước ta, hiện nay các nhà máy nhiệt điện đều dùng than đá xấu hoặc than cám.

Các lò hơi dùng nhiên liệu than có thể là lò ghi xích hoặc lò than phun. Ở lò ghi xích than đưa vào lò là than cục và cháy thành một lớp ở trong lò, ở lò than phun than được nghiền nhỏ mịn như bột rồi dùng quạt gió quạt mạnh theo những đường ống phun vào lò. Nhà máy nhiệt điện dùng lò than phun có hiệu suất cao hơn dùng lò ghi xích. Vì vậy lò ghi xích chỉ dùng trong những trường hợp công suất lò tương đối nhỏ, các thông số (áp lực, nhiệt độ) của hơi không cao.

Nhà máy nhiệt điện có công suất càng lớn thì hiệu suất càng cao. Trên thế giới hiện nay có những nhà máy nhiệt điện hàng triệu kW, có tổ tuabin – máy phát công suất tới 600MW. Trước cách mạng tháng 8 năm 1945, nước ta có rất ít nhà máy nhiệt điện với công suất rất nhỏ. Hiện nay nước ta đã có một loạt nhà máy nhiệt điện có công suất thiết kế đã lên tới hàng chục triệu kW.

Hình 1: Hệ thống nhà máy nhiệt điện
Hình 2: Hệ thống nhà máy nhiệt điện Tuabin hơi

Ngoài các nhà máy nhiệt điện dùng tuabin hơi kể trên, còn có các nhà máy nhiệt điện động cơ sơ cấp là máy hơi nước, gọi là nhà máy điện lô cô và nhà máy nhiệt điện động cơ sơ cấp là động cơ điêzen, gọi là nhà máy điện điêzen.

Nhà máy điện lô cô dùng các nhiên liệu địa phương như than xấu, củi, trấu… Hiệu suất của nhà máy điện lô cô khoảnh (11÷12)%. Vì vậy nhà máy điện lô cô chỉ dùng cung cấp điện cho vùng nông thôn hoặc miền núi, phạm vi truyền tải điện năng không lớn. Điện áp các nhà máy điện lô cô thường là 380/220V có thể có cấp 6 kV.

Nhà máy điện điêzen có hiệu suất cao (khoảng 38%), thời gian khởi động rất nhanh nhưng nhiên liệu dùng cho nhà máy là các chất đốt quý, hiếm (điêzen). Công suất nhà máy hạn chế trong khoảng từ vài trăm tới 1000kW. Ngày nay nhà máy điện điêzen chỉ dùng ở các địa phương xa hệ thống cung cấp điện chung, ở các công trường đang xây dựng, dùng trong quân đội hoặc dùng làm nguồn điện dự phòng cho các nhà máy nhiệt điện tuabin hơi.

Những nhà máy nhiệt điện lớn thường được xây dựng gần các khu mỏ và truyền tải điện năng tới các trung tâm phụ tải. Việc chọn địa điểm xây dựng nhà máy nhiệt điện cũng cần chú ý tới nguồn nước làm mát và ô nhiễm môi trường.

Ưu và nhược điểm của nhà máy nhiệt điện

Ưu điểm của nhà máy nhiệt điện:

  • Có thể xây dựng ở bất cứ nơi nào chỉ cần tiện đường giao thông để vận chuyển nhiên liệu (than đá).
  • Phát điện không phụ thuộc vào thời tiết, chỉ cần đủ nhiên liệu.
  • Thời gian xây dựng ngắn, vốn đầu tư xây dựng ít.
  • Không gây thiệt hại cho vùng xây dựng (nếu không tính đến ô nhiễm môi trường).

Nhược điểm của nhà máy nhiệt điện:

  • Phải dùng nhiên liệu, nên phải khai thác và vận chuyển nhiên liệu.
  • Hiệu suất thấp (0,3÷0,6).
  • Thời gian mở máy lâu (4÷5)h và thời gian dừng máy kéo dài (6÷12)h.
  • Thiết bị phức tạp nên khó tự động hoá, kém an toàn, phí tổn lao động trong quản lý cao (cao hơn thuỷ điện gấp khoảng 13 lần).
  • Công suất tự dùng của nhà máy cao (chiếm (8-13)%).
  • Giá thành điện năng cao (cao hơn thuỷ điện (5-10) lần).

Xem thêm:

Share this post

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *