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Fossile Brennstoffe.
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Behandlung von fossilen Brennstoffen

Bepflanzung für die Herstellung von Biokraftstoffen

Wärmekraftwerk

Wärmekraftwerk

Für die Umwandlung fossiler Energie in elektrische Energie wird häufig die Technologie eines Wärmekraftwerks eingesetzt. In dem Moment, in dem ein Wärmekraftwerk fossile Brennstoffe ist, wird aus einer Quelle nicht erneuerbarer Energie fossilisiert.

Ein Wärmekraftwerk (oder thermoelektrisches Kraftwerk) ist eine Anlage, die Strom durch Umwandlung von Wärme erzeugt. Historisch wird Wärmeenergie in Elektrizität umgewandelt, indem Wärme in ein Arbeitsfluid übertragen wird und die Energie dieses Fluids in mechanische Energie umgewandelt wird. Schließlich wird mechanische Energie in Elektrizität umgewandelt. Das typische Wärmekraftwerk ist in mehrere Segmente unterteilt: den Bereich des Kessels, in dem die Wärme an das Arbeitsfluid abgegeben wird, eine Turbine, eine Lichtmaschine und ein Kondensator.

Die thermodynamischen Hauptzyklen, die in diesen Anlagen genutzt werden, sind der Rankine-Zyklus (möglicherweise überhitzt) und der Brayton-Joule-Zyklus und ihre möglichen Kombinationen, auch wenn keine mit Dieselmotoren oder anderen Zyklenarten ausgestatteten Zentralstationen vorhanden sind.

Aus Sicht der Energiequelle kann praktisch jeder Stoff zur Stromerzeugung verwendet werden. Zu den häufigsten Brennstoffen gehören fossile Brennstoffe (Kohle, Öl und Erdgas), Uran und Plutonium in Kernkraftwerken, es können jedoch auch weniger herkömmliche Brennstoffe verwendet werden, beispielsweise Schlamm. In diesem Fall sprechen wir von nicht erneuerbaren Energiequellen, aber die Wärmequelle kann auch Sonnenstrahlung sein. In diesem Fall handelt es sich um erneuerbare Energien, um solarthermische Anlagen.

Dampf-Wärmekraftwerke

Thermodampfkraftwerke zeichnen sich durch die Verwendung von Wasser oder einer anderen Flüssigkeit aus, die sich während des Arbeitszyklus in zwei verschiedenen Phasen befindet, oft in Form von Dampf und Flüssigkeit. In den letzten Jahren haben sich auch überkritische Technologien verbreitet, was dazu geführt hat, dass ein so genannter Phasenübergang fehlt, der für diese Anlagen charakteristisch war.

Diese thermischen Anlagen können in mehrere Abschnitte unterteilt werden: Stromleitung, Dampferzeuger, Dampfturbine und Kondensator. Obwohl die Definition des Wärmekraftwerks ziemlich restriktiv ist, können verschiedene Arten von thermodynamischen Zyklen beobachtet werden, die diese Anforderungen erfüllen. Insbesondere die Rankine-Zyklen und die Hirn-Zyklen sind am weitesten verbreitet.

Einspeisungslinie eines Dampfwärmekraftwerks

Vor dem Eintritt in den Kessel durchläuft das Speisewasser eine Vorwärm- und Verdichtungsphase. Beim Eintritt in den Kessel gibt es tatsächlich mehrere Regeneratoren, das heißt Wärmetauscher, in denen der Arbeitsfluid mit teilweise oder vollständig entspanntem Dampf vorgewärmt wird. Dies ermöglicht den Eintritt in den Dampferzeuger bei höheren Temperaturen, was zu einer höheren Effizienz der Anlage führt.

Ein Entgaser ist oft in der Wärmeleitung vorgesehen. Um das Vorhandensein von nicht kondensierbarem Arbeitsfluid zu reduzieren. Das Verdichten des Arbeitsfluids kann in einer einzigen Pumpe am Auslass des Kondensators erfolgen, eine bevorzugte Lösung in kleinen Anlagen oder in mehreren Pumpen oder Turbopumpen, die entlang der gesamten Versorgungsleitung geeignet angeordnet sind, eine optimalere Lösung große Dampfkraftwerke.

Dampferzeuger

En el generador de vapor de una central térmica, el agua a presión constante se lleva al punto de ebullición. El agua sufre una transición de fase y, a menudo, se sobrecalienta en forma de vapor. Esto se logra por medio de un intercambiador de calor diseñado apropiadamente dividido en diferentes partes: el economizador, el evaporador y el sobrecalentador. Estos  pueden intercambiarse con un líquido, generalmente aceite diatérmico o agua a presión, o con gases calientes producidos por la combustión, esta es la configuración más frecuente para plantas más grandes.

Bei besonders großen Anlagen werden die Austauscher in der Brennkammer selbst platziert und erhalten auch einen Strahlungsaustausch mit den Flammen. Ein besonderes Augenmerk wird darauf gerichtet, eine Überhitzung der Wärmetauscher zu vermeiden, da dies zu einer Verringerung der Lebensdauer oder, schlimmer noch, zu strukturellen Ausfällen führen kann, die zu erheblichen Schäden an der Anlage führen könnten.

Überkritische Pflanzen

In überkritischen Systemen durchläuft die Arbeitsflüssigkeit nicht mehr einen realen Phasenübergang, der Druck liegt jedoch über dem kritischen Punkt, die Struktur ist jedoch ähnlich, selbst wenn die Unterschiede zwischen den drei Arten von Banken viel geringer sind. Es gibt jedoch immer noch drei Zonen: eine bei relativ niedrigen Temperaturen, bei denen das Arbeitsfluid flüssig ist, eine andere bei Temperaturen nahe dem kritischen Punkt und Bereiche, in denen sich das Fluid im gasförmigen Zustand befindet. Diese Lösung, die den Übergang des Fluids in einen überkritischen Zustand beinhaltet, wird insbesondere für große Dampfkraftwerke oder für kleinere Kraftwerke mit organischen Fluiden verwendet, in diesem Fall, um die Kühlkurve besser anzunähern. Von den Gasen, mit denen die Wärme ausgetauscht wird.

Dampfexpansion in der Turbine

Der Dampf, der den Dampferzeuger verlässt, wird zu einer Maschine geleitet, in der Regel einer Dampfturbine oder seltener zu einer alternativen Maschine (Kapormotor). Der erste Teil der Expansion wird häufig durch eine anfängliche Aktionsstufe durchgeführt, oft in Form einiger Stufen von Curtis, um die Möglichkeit einer Partialisierung und Anpassung der Turbine an die verschiedenen Lasten zu gewährleisten.

Anschließend folgen aufgrund ihrer höheren Effizienz nur die Reaktionsstufen. Bei großen Wärmekraftwerken an einem bestimmten Ausdehnungspunkt wird der Dampf zum Überhitzen zum Dampferzeuger zurückgeleitet, um die Arbeit der Turbine zu erhöhen und gleichzeitig das Vorhandensein von Kondensat in der Abgabe derselben zu reduzieren wenn Flüssigkeiten verwendet werden. kleine Anlage

Der wiederaufgeheizte oder nicht erwärmte Dampf setzt seine Expansion in der Turbine fort, dehnt sich aus und kühlt sich ab. Dies kann zu einem übermäßigen Volumenstrom führen, der besondere Vorsichtsmaßnahmen sowohl beim Aufbau der Beschichtung als auch bei der Verwendung mehrerer Turbinenkörper erfordert.

In der Niederdruckzone kommt es bei der Arbeit mit einfachen Flüssigkeiten zu einer teilweisen Kondensation des Arbeitsfluids, was für die Dampfturbine äußerst schädlich sein kann, da die Tropfen des flüssigen Wassers nicht den gleichen Flugbahnen des Dampfes folgen, was zur Folge hat in einem Hämmern und Beschädigungen an den Paletten. Sobald die Expansion abgeschlossen ist, verlässt der Dampf die Turbine und wird für einfache Flüssigkeiten zum Kondensator oder zu einem Enthitzer, gefolgt von dem Kondensator, für Flüssigkeiten mit einer retrograden Sättigungsglocke geleitet.

Während der Expansion wird in den großen Gruppen Wasser und Dampf eine Dampfprobe in verschiedenen Abschnitten der Turbine entnommen: Dieser Dampf wird in den Wärmetauschern verwendet, um das Wasser des Kreislaufs zu erwärmen, bevor es in den Kessel gelangt. Außerdem werden die enormen Dampfverluste aufgrund von Undichtigkeiten in den verschiedenen diskontinuierlichen Abschnitten der Turbine (angesichts der hohen Drücke und Temperaturen, die das Dichtungssystem nicht leistet) im Allgemeinen auf einen Wärmetauscher übertragen und dann wieder in den Wärmetauscher eingesetzt Schaltung; Die hohen Kosten der Wasserentsalzung und deren Überhitzung rechtfertigen die Nutzung dieser Energie und die Rückgewinnung von Materialien.

Kondensator

Der Kondensator eines Wärmekraftwerks ist die Komponente, in der die Kondensation des Arbeitsmediums stattfindet. Dieses Instrument steht in Wasserkreisläufen bei sehr niedrigen Drücken, während es bei Zyklen, die mit anderen Arbeitsflüssigkeiten gespeist werden, höhere Drücke haben kann, die sogar höher sind als der atmosphärische Druck. In Wasserkreisläufen oder auf jeden Fall bei Flüssigkeiten mit niedrigem Druck bei der Kondensationstemperatur ist es unbedingt erforderlich, einen Kondensator zu haben, der Luftlecks im Kondensator verhindern kann, da der Sauerstoff, der schließlich in das Arbeitsfluid gelangt, vorhanden ist besonders aggressiv. Die Zeit, zu der das Arbeitsfluid auf hohe Temperaturen gebracht wird.

Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie und des Hauptsystems der Anlage

Die Expansion von Dampf in der Turbine ermöglicht die Übertragung von mechanischer Energie auf die Rotorblätter. Das zur Stabilisierung der Rotation des Rotors erforderliche Widerstandsmoment wird von der Lichtmaschine, einem dreiphasigen Synchrongenerator, der direkt mit dem Hauptelektriksystem des Kraftwerks verbunden ist, und indirekt mittels der Spannungserhöhungsstation und den darin angeordneten Schaltern aufgenommen Stromschienen zum elektrischen Übertragungsnetz.

Tatsächlich wird dieses Widerstandspaar durch elektrische elektromagnetomechanische Umwandlung der im Generator vorhandenen Energie in elektrische Energie umgewandelt. Zusätzlich das Erregungssystem des DC-Synchrongenerators

Demineralisierung von Wasser

Das in den Kreisläufen der thermoelektrischen Anlagen verwendete Wasser kann Meerwasser oder frisches Grundwasser oder Flusswasser sein. Aufgrund seiner Herkunft wird es einer anderen vorherigen Behandlung unterzogen, die im Fall von Salzwasser als Entsalzung bezeichnet wird.

Die vorherige Behandlung des Wassers wird in Tanks zur Flockung und Ausfällung fester Substanzen durchgeführt, die in Flocken zusammengefasst sind, die durch chemische Produkte gewonnen werden. Wasser wird aus festen Abfällen und unreinen Substanzen gereinigt.

Anlagen mit komplexen Arbeitsflüssigkeiten und Gemischen

Es gibt Anwendungen, die Fluide mit hoher molekularer Komplexität ausnutzen, also mit Molekülen mit hohen Freiheitsgraden. Die Sättigungsglocke der komplexen Flüssigkeiten wird im Vergleich zu der der einfachsten Flüssigkeiten entschieden verformt. Dies ermöglicht, dass sich eine Abgasflüssigkeit der Turbine noch in einem Dampfzustand befindet, der im Allgemeinen anfänglich mittels eines Wärmetauschers auf seine Temperatur gekühlt wird der Sättigung. Möglicherweise in einer Reihenfolge der Kraft-Wärme-Kopplung oder des Vorwärmens der kondensierten Flüssigkeit.

Andere Anwendungen nutzen entsprechend ausgewählte Fluidmischungen, um bestimmte Eigenschaften der resultierenden Mischungen auszunutzen. Die Mischungen können, wenn sie korrekt synthetisiert und betrieben werden, Kondensationskurven von Blasen und / oder nicht-isotherm darstellen, was die Nutzung bestimmter nicht-isothermer thermischer Quellen, wie z einfacher Dimensionierung der KWK-Wärmerückgewinnung der Kühl- und Kondensationsphase.

Gaskraftwerke

Diese Art von Wärmekraftwerk zeichnet sich durch die Verwendung eines Fluids in Form eines Gases aus, das keine Phasenübergänge durchläuft. Anlagen dieser Art bestehen im Allgemeinen aus vier Abschnitten: Gaskompression, Gasheizung, Gasexpansion, Abgas- oder Gaskühlung. Normalerweise werden diese Abschnitte in einem Turbogas zusammengefügt.

Die Gasverdichtung erfolgt im Allgemeinen durch einen axialen Turbolader. Bei kleineren radialen Systemen ist es üblich, die ersten Statorbewegungsstufen zu haben, um die Steuerung der Maschine zu erleichtern. Bei der Verdichtung wird bei großen Maschinen die Luft geblasen und anschließend die Brennkammer und die Turbine gekühlt.

Die Gasheizung kann durch einen Austauscher erfolgen, wenn es erforderlich ist, die Verbrennung des Arbeitsfluids getrennt zu halten, oder häufiger in einer Verbrennungskammer, in der ein Brennstoff im Arbeitsfluid verbrannt wird, notwendigerweise Luft oder Sauerstoff. Die Expansion erfolgt in einer Turbine, die in der Regel völlig reaktiv ist, da die Maschine zur Steuerung nicht mehr betrieben werden muss. Bei Anlagen, die mit Luft arbeiten, gibt es auch einen wichtigen Abschnitt zum Filtern und Reinigen der Ansaugluft.

Luftfiltration

Das Vorhandensein fester Schadstoffe in der Luft ist in Gasanlagen ein sehr heikles Problem und verhindert, dass spezielle Reinigungsfilter in die Maschine gelangen. Tatsächlich könnten diese Verunreinigungen aufgrund der in der Turbine erreichten hohen Temperaturen schmelzen und in den Schaufeln der Turbine erstarren, was im Laufe der Zeit einen übermäßigen Verschleiß der Maschine verursachen würde.

Darüber hinaus können die Partikel auch bei Turbinen mit relativ niedrigen Temperaturen in die Kühlkanäle der Turbine eindringen und diese verstopfen, was zu einer lokalen Überhitzung der Maschine führt, die zum strukturellen Versagen derselben führen kann.

Gas-Dampf-Kombikrafttechnologie

Um die Energieeffizienz von Wärmekraftwerken zu erhöhen, wurde in den letzten Jahren der Einsatz kombinierter Gas- und Dampfkreisläufe erweitert. Der kombinierte Kreislauf aus Gas und Dampf basiert auf einem Turbogas, das aus einem mit der Turbine verbundenen Verdichter und dem Wechselstromgenerator besteht, der Verbrennungsluft aus der Atmosphäre in die Verbrennungskammer einspritzt. Das eingespritzte Gemisch aus Luft und Gas wird in der Brennkammer verbrannt und die Abgase werden verwendet, um mechanische Arbeit in der Turbine zu erhalten.

Ein nachfolgender Rückgewinnungskessel verwendet dieselben heißen Dämpfe, die aus der Turbine austreten, um Dampf zu erzeugen, der sich dann in einer Dampfturbine ausdehnt, um mehr Arbeit zu erzeugen. Im Allgemeinen haben Kombikraftwerke den Vorteil einer geringeren Umweltbelastung in Bezug auf die Emissionen, da sie leichte Brennstoffe wie Methangas oder Dieselkraftstoff verwenden und weniger Wasser zur Kondensation verwenden.

Sie haben auch einen viel höheren Wirkungsgrad als herkömmliche thermoelektrische Anlagen, da die Abgase dazu verwendet werden, Dampf zu erzeugen und wieder Strom zu erzeugen. Diese Leistung (elektrisch) erreicht fast 60%. Bei der Kraft-Wärme-Kopplung (Strom und Wärme) wird im Vergleich zu einem erstklassigen Ertrag von rund 87% ein leichter Rückgang der Stromleistung beobachtet.

Schadstoffminderung

Alle thermoelektrischen Anlagen sind verpflichtet, ihre Emissionen zu kontrollieren. Dies gilt insbesondere für große Kraftwerke, in denen ein wichtiger Abschnitt zur Verringerung der Schadstoffe besteht.

Reduktion von Schwefeloxiden

Schwefeloxide, die eine der Ursachen für sauren Regen sind, sind in der Regel das Ergebnis der Kohleverbrennung und werden streng reguliert. Dann werden sie abgeschnitten. Je nachdem, wann sie entfernt werden, gibt es drei Arten der Absaugung: Vorverbrennung, Kessel, Nachverbrennung.

Die Reduzierung der Vorverbrennung kann nur erfolgen, wenn die Kohle wie in den IGCC-Anlagen vorbehandelt werden kann. Dies ist ein eher seltener Prozess.

Die Zerstörung im Kessel erfolgt durch Injektion von Calciumverbindungen, die an den Schwefel binden, um inerten Gips zu bilden.

Die Verringerung der Nachverbrennung erfolgt durch Waschen der Dämpfe mit einer Lösung von Calciumverbindungen, die den Gips bilden. Diese Konfiguration wird für große Anlagen bevorzugt, da der Gips rein produziert wird und daher unter Vermeidung verkauft werden kann große Entsorgungskosten.

Oxidation von Stickoxiden

Die Reduktion von Stickoxiden ist in allen Feuerungsanlagen ein häufiges Problem. Im Allgemeinen ist seine Produktion bereits im Ursprung durch eine angemessene Auslegung der Brenner und eine ebenso gut untersuchte Verteilung der Luftströmungen der Lebensmittel zum Kessel oder Brenner effektiv begrenzt, wodurch Verbrennungsgase bei zu hohen Temperaturen vermieden werden. hoch Wenn dieser Schadstoff noch relevant ist, werden spezielle Reiniger mit Ammoniak oder Harnstoff verwendet.

Entfernung der Asche

Asche-Reduktion ist ein typisches Problem für Kohle- und Heizölanlagen, da Gasanlagen sowohl sauberen Kraftstoff als auch gefilterte Luft verwenden. Das Problem hängt auch mit der leichten Asche zusammen, die vom Luftstrom in den Schornstein gezogen wird. Dann wird die Asche durch eine Reihe von elektrostatischen Filtern, Zyklonen und Filterabdeckungen mit zunehmender Effizienz geschnitten, um die Emissionen innerhalb der gesetzlichen Grenzen zu bringen. Die schwerere Asche dagegen wird leicht aus dem Kessel entfernt und einer geeigneten Behandlung zugeführt und dann auf Mülldeponien deponiert. Besondere Konfigurationen von Anlagen fortgeschrittener Anlagen, wie z. B. das zuvor erwähnte IGCC, können diese schweren Aschen auch reparieren.

Abscheidung von Kohlendioxid

In den letzten Jahren, als traditionelle Schadstoffe reduziert wurden, wurde wegen ihres Beitrags zum Treibhauseffekt der Verringerung der Kohlendioxidemissionen große Aufmerksamkeit gewidmet. Dieser Bedarf hat zu immer effizienteren Anlagen und zur Entwicklung und Erprobung von Anlagen mit Kohlenstoffabscheidung und -ablagerung geführt. Die Trennungstechniken sind in drei Hauptgruppen unterteilt:

Die Vorverbrennungserfassung sorgt für die Entfernung von Kohlenstoff und Brennstoff, der der Anlage zugeführt wird, die also praktisch nur Wasserstoff verbrennt.

Bei der Oxycombustion wird der Brennstoff in einer reinen Sauerstoffatmosphäre verbrannt, so dass er das Kohlendioxid leicht von den anderen Komponenten trennen kann, ohne die für die Verbrennung in der Luft typische starke Verdünnung.

Das Capture nach der Verbrennung ermöglicht es, mit Techniken, die denen nach der Verbrennung zur Entfernung von Schwefeloxiden ähnlich sind, Kohlendioxid aus dem Strom zum Abfluss der Anlage zu entfernen.

Das an dieser Stelle abgeschiedene Kohlendioxid wird in abgelassenen oder tiefen Aquiferen gespeichert oder wirtschaftlicher in aktive Ablagerungen gepumpt, und zwar nach der Technik der erzwungenen Rückgewinnung von Kohlenwasserstoffen Emissionen ist wirtschaftlich am vielversprechendsten.

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Geändert am: 19. Februar 2019