Thermal Power Plant

Thermal Power Plant

ชนิดของ Thermal Power Plant Thermal Power Plant คือ โรงไฟฟาที่ใชไอน้ํา ซึ่งมีความดันและอุณหภูมิสูง เปนตัวขับกังหัน (Turbine) ซึ่งตออยูกับเครื่องกําเนิดไฟฟา เกิดการหมุน และจะเกิดกระแสไฟฟาไหลจากเครื่องกําเนิดไฟฟา 1.โรงไฟฟาพลังไอน้ํา (Steam Power Plant) 2. โรงไฟฟากังหันกาซ (Gas Turbine Power Plant) 3. โรงไฟฟาพลังความรอนรวม (Combine Cycle power Plant)

Thermal Power Plant

Steam Power Plant • โรงไฟฟาที่ใชพลังงานความรอนจากการเผาไหมเชื้อเพลิงหลายชนิด เชน กาซธรรมชาติ ถานหิน ลิกไนต น้ํามันเตา ฯลฯ • ตมน้ําใหกลายเปนไอน้ําแรงดันสูง แลวไปขับชุดเครื่องกําเนิดไฟฟาให หมุน ทําใหเกิดกระแสไฟฟา • ในการเดินเครื่องของโรงไฟฟาประเภทนี้ แตละครั้งจะตองใชเวลา นานหลายชั่วโมงนับตั้งแตจุดเตาเผาเพื่อตมน้ํา จน กระทั่งเดินเครื่องจายไฟฟาได • โรงไฟฟานี้เหมาะจะใชเปนโรงไฟฟาฐาน (Base Load Plant)

Steam Power Plant หลักการทํางาน • ใชไอน้ําเปนตนกําลังหมุนเครื่องกําเนิดไฟฟาดวยไอน้ําที่มีความดันและ อุณหภูมิสูง ซึ่งไดจากการเปลี่ยนสถานนะหมอตม (Boiler) • พลังงานความรอนไดจากการเผาไหมของเชื้อเพลิงในเตาเผา (Furnace) • ไอน้ําจะถูกสงไปขับตนไอน้ําซึ่งมีเพลาตอกับเครื่อง กําเนิดไฟฟา จากนั้นจะผานไปกลั่นตัวเปนน้ําที่ เครื่องควบแนน (Condenser)

Steam Power Plant

Steam Power Plant • น้ําที่ผานการควบแนนจะถูกสงกลับไปรับความรอนใหมในหมอน้ํา • เมื่อเริ่มเดินเครื่องแตละครั้งจนใชงานไดจะใชเวลาอยางนอยประมาณ 2-3 ชั่วโมง • โดยทั่วไปโรงไฟฟาชนิดนี้มีขนาดประมาณ 1-1,300 MW • ประสิทธิภาพประมาณ 30-35 % • อายุการใชงานประมาณ 25 ป

สวนประกอบที่สําคัญ 1. หมอน้ํา (Boiler) • ทําหนาที่เปลี่ยนพลังงานเชื้อเพลิงชนิดตางๆ ใหเปนพลังงานความรอนใน รูปของไอน้ําที่มีความดันและอุณหภูมิสูง • หมอน้ํามีลักษณะแตกตางกันไปตามการใชงาน เชน Fire Tube Boiler ซึ่งเปนหมอน้ําขนาดเล็ก ใชผลิตไอน้ําที่มีความดัน และอุณหภูมิไมสูงมาก • Water Turbe Boiler เปนหมอน้ําขนาดใหญ ใชผลิตไอน้ํา ที่มีความดันและอุณหภูมิสูง

สวนประกอบที่สําคัญ • โดยทั่วไปมีอยู 2 แบบ คือ แบบความดันต่ํา และสูงกวาความดันวิกฤตของ น้ํา (Critical Pressure) คือ 218 ความดันบรรยากาศ (220.5 Bar) หมอน้ํามีระบบที่สําคัญ คือ ระบบเชื้อเพลิง, ระบบการเผาไหม Evaporator Drum หรือ Separater Superheater, Economizer, Air Heater, Fan และอุปกรณประกอบ

สวนประกอบที่สําคัญ 2. กังหันไอน้ํา (Steam Turbine) • มีขนาดตางๆ ตั้งแตขนาดเล็ก (เล็กกวา 1 MW) แบบ Single Cylinder, Non Reheat Type จนถึงขนาดใหญ (ใหญกวา 1000 MW) แบบ Multi Cylinder Reheat Type

Steam Power Plant กังหันไอน้ํามีสวนประกอบที่สําคัญคือ Control Valve, Stop Valve, Stator Blade, Rotor Blade, Casing and Rotor พรอมอุปกรณประกอบที่จําเปนอื่นๆ เชน Feed Water Heating Plant, Pump และ Condenser เปนตน

หลักการแลกเปลี่ยนความรอน คุณสมบัติของสารตัวกลาง (Property of Working Fluid) • สารตัวกลาง (Working Fluid) ที่ใชกับโรงไฟฟาพลังความรอน คือ “น้ํา” • น้ํามีคุณสมบัติแตกตางจากกาซคือ น้ํามีการเปลี่ยนสถานะ (Phase) จาก ของแข็งเปนของเหลว และไอ ของแข็ง

Heat

Cool

ของเหลว

Heat

Cool

ไอ

Steam Power Plant

การเปลี่ยนแปลงสถานะของน้ําบน T-V Diagram

O AO OB L G

เรียกวา เรียกวา เรียกวา เรียกวา เรียกวา

Critical Point, CP เสนของเหลวอิ่มตัว (Saturated Liquid) เสนไออิม่ ตัว (Saturated Steam) Sub Cool Region Super Heat Region

Rankine Cycle

Rankine Cycle เปนวัฏจักรพื้นฐานของ Thermal Power plant

Rankine Cycle Process การทํางาน 1 2 กระบวนการสูบน้ําแบบ Isentropic 2 3 ความรอนเขาสูระบบที่ความดันคงที่ 3 4 สูญเสียงาน เนื่องจากไอน้ําขยายตัวบนกระบวนการ Isentropic 4 1 ความรอนออกจากระบบทีค่ วามดันคงที่

Rankine Cycle

เขียนบน T-S Diagram ไดดังนี้

Rankine Cycle A. Reheat Cycle

Rankine Cycle ขอดี • ลด Wet Steam ที่ Turbine • อุณหภูมิของ Steam ไมสูงมาก

Rankine Cycle B. Regenerative Cycle Cycle แบบนี้ใช Feed Water Heater มาชวยอุน Feed Water ชวยใหการ สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงใน Boiler ลดลง

Rankine Cycle C. Regenerative Reheat Cycle ระบบ Regenerative เพิ่มความรอนใหกับ Feed Water ทําใหสิ้นเปลือง เชื้อเพลิงนอยลง ชวยเพิ่มสมรรถนะ สวน Reheat Cycle มีผลดีตอ Steam Turbine ชวยให ไอเปยก (Wet Steam) ลดลง ทําให Turbine มีอายุการใช งานยาวนานขึ้น

Rankine Cycle

Rankine Cycle

การคํานวณคาพลังงานของ Cycle

การคํานวณคาพลังงานของ Cycle 1. Feed Pump Work (Wp) Wp = W12 = น้ําถูกอัดดวยกระบวนการ Isentropic จากความดัน P1 เปน ความดัน P2 = h2- h1 = vf1(P2- P1) kJ/kg vf1 = Saturated Liquid at point 1 P2,P1 = Pressure ที่จุด 1,2 kPa

การคํานวณคาพลังงานของ Cycle 3. Boiler (Qin) qin = q23 = ความรอนเขาสูระบบที่ P คงที่ kJ/kg qin = h2- h1 4. Turbine Work (Wt) Wt = W34 งานที่สูญเสียไปจากระบบที่กระบวนการ Isentropic จาก P2 P1 Wt = h3- h4 kJ/kg

การคํานวณคาพลังงานของ Cycle 4. Condenser (Qout) ไอน้ําที่ออกจาก Turbine ซึ่งมีสภาพไอเปยก จะถูกควบแนนใหกลายเปนน้ํา อิ่มตัว (Saturated Water) ที่จุด 1 qout = q41 = h4 − h1

5. Net Work Output (Wn) Wnet = m(WT − WP ) Qin = m(qin )

m = อัตราการไหลของน้ํา

kg/s

kJ / kg

การคํานวณคาพลังงานของ Cycle 6. Cycle Efficiency ηth Wnet ηth = ×100 Qin

7. Specific Steam Consumption (SSC) 3600 SSC = Win

kg/kWh

8. Turbine Gross Heat Rate (HRGROSS)

การคํานวณคาพลังงานของ Cycle HRGROSS

Heat Supplied to Turbine = Generator Output m( h3 − h2 ) × 3600 = ηG ⋅ Wnet =

m(h3 − h2 ) × 3600 WG

kg / kWh

WG = กําลังผลิตที่ไดจาก Generator kW

การคํานวณคาพลังงานของ Cycle 9. Station Net Heat Rate (HRnet) HRnet

HRGROSS × Generator Output WG = Boiler Eff .η B × (Gen. Output − Aux.Power Wa )

กําหนดให WG = Gen. Output kw Wa = Auxilliary Power kw ηth = Boiler Efficiency %

การคํานวณคาพลังงานของ Cycle 10. Station Fuel Consumption HRnet × Gen. Output WG Heating Value of Fuel HRGen. × WG Ton/Hour = HV =

11. Stattion Thermal Efficiency (η plant = ηth ) η plant

3600 = × 100 HRnet

ผลกระทบของ Silica ในทอสงไอน้ํา