థర్మల్ ప్రాథమిక అంశాలు

1. థర్మల్ విద్యుత్ కేంద్రాలు : పరిచయం

విద్యుచ్ఛక్తిని బొగ్గు, చమురు, అణువు, సూర్యకాంతి, జీవవ్యర్థాలు వంటి రకరకాల వనరులను ఉపయోగించి ఉత్పత్తి చేస్తారు. బొగ్గు, గ్యాస్, డీజిల్ మరియు నాఫ్తాలను థర్మల్ వనరులు ఉంటారు. వాటిని ఉపయోగిస్తూ పని చేసే ప్లాంట్స్ ను థర్మల్ విద్యుత్ కేంద్రాలు (టిపిపిలు) అంటారు. రాబోయే కాలంలో పునర్వినియోగ ఇంధనం లేదా రెన్యూవబుల్ ఎనర్జీ (ఆర్.ఇ) ప్రాధాన్యం పెరుగుతుందని స్పష్టం కావడంతో, మున్ముందు ధర్మల్ వనరులు - ముఖ్యంగా బొగ్గు మీద ఆధారపడడం తప్పనిసరిగా తగ్గించాల్సి ఉంటుంది.

విద్యుత్తును బొగ్గు, చమురు, హైడ్రో, న్యూక్లియర్, సోలార్, బయోమాస్ వంటి వివిధ వనరులద్వారా ఉత్పత్తి చేస్తారు. బొగ్గు, సహజ వాయువు, డీజిల్ మరియు నాఫ్తా  వంటివి  థర్మల్ వనరులు  మరియు  వీటితో  నిర్వహించే  ప్లాంట్లు  అన్నింటినీ   థర్మల్ విద్యుత్ కేంద్రాలు (టిపిపిలు) అంటారు. రాబోయే కాలంలో పునర్వినియోగ ఇంధనం (RE)  ప్రాధాన్యం పెరుగుతుంది. మున్ముందు ధర్మల్ వనరులు - ముఖ్యంగా బొగ్గు మీద ఆధారపడడం తప్పనిసరిగా తగ్గించాల్సి ఉంటుంది. టిపిపిల స్థాపన మరియు నిర్వహణలో పర్యావరణ పరిణామాలు ఎలా ఉండబోతాయి.

2. భారతదేశంలో థర్మల్ విద్యుత్ కేంద్రాల అభివృద్ధి

2013 అంచనా ప్రకారం భారతదేశంలో నికర విద్యుదుత్పాదన సామర్థ్యం 2,25,793.10 MW. దీనిలో పెద్ద వాటా థర్మల్ వనరుల ద్వారానే లభిస్తుంది. టిపిపిల స్థాపన సామర్థ్యం 153847.99  MW (68%). జల విద్యుత్ స్థాపన సామర్థ్యం 39,623.40 MW (18%) మరియు న్యూక్లియర్ విద్యుదుత్పాదన స్థాపన సామర్థ్యం 4,780.00 MW (2%). పునర్వినియోగ ఇంధనం (RE) ద్వారా లభించే విద్యుత్ దాదాపుగా 27,541.71 MW.

 

బొగ్గు తవ్వకం మరియు వినియోగం పర్యావరణంపై తీవ్ర ప్రభావాన్ని చూపుతాయి. అందువల్ల బొగ్గుపై దేశం ఆధారపడడమనేది పర్యావరణ పరంగా పెను సంక్షోభంగా భావించాలి. బొగ్గు-దహన విద్యుత్కేంద్రాలు కార్బన్ డయాక్సైడ్ (CO),  సల్ఫర్  మరియు  పాదరసం  విడుదల చేస్తాయి. తగిన దిద్దుబాటు చర్యలు తీసుకోనిపక్షంలో బొగ్గు ప్లాంట్ల వల్ల గాలి, నీరు, నేల కలుషితమవుతాయి. జీవవైవిధ్యం దెబ్బతినిపోయి, జీవనోపాధి కరువవుతుంది. భారతదేశంలో బొగ్గు-దహన విద్యుత్కేంద్రాలవల్ల సంభవించిన మరణాలు మరియు రోగాలపై కన్జర్వేషన్ యాక్షన్ ట్రస్ట్, గ్రీన్ పీస్ ఇండియా మరియు అర్బన్ ఎమిషన్స్ చేసిన మదింపు ప్రకారంగా 2011-12లో దాదాపు 80,000 నుంచి 1,15,000 వరకు అకాలమరణాలు, 2,00,000కు పైగా ఆస్తమా కేసులు నమోదయ్యాయని తేలింది. ప్రజలపైనా, ప్రభుత్వ ఖజానాపైన పడిన భారం 16,000-23,000 కోట్ల రూ.లమేర (డాలర్లలో 3500-3833 మిలియన్లు) ఉంటుందని అంచనా.

 

విద్యుత్కేంద్రాలలో మండించే అన్ని రకాల ఇంధనాలపైనా పర్యావరణ ప్రభావ మదింపు (EIA) ప్రక్రియ జరపడం సర్వసాధారణం. ప్రజల మెరుగైన జీవన శైలి కొరకు ప్రభావకారకాలకు సంబంధించి ఉపశమన చర్యలను, ఇన్పుట్స్ను ఇవ్వడమవుతుంది. బొగ్గును అన్నిటికంటే దారుణమైన ఇంధనంగా పరిగణిస్తారు. అందువల్ల

ఈ హేండ్ బుక్ బొగ్గు-దహన విద్యుత్కేంద్రాలపై ప్రధానంగా దృష్టి సారిస్తుంది.

 

(భారతదేశంలోని వివిధ థర్మల్ విద్యుత్కేంద్రాలను చూడండి (TPP Map))

https://www.thermalwatch.org.in/content/tpp-map-and-database // basic page

 

3. బొగ్గు ఆధారిత థర్మల్ విద్యుత్కేంద్రాలు

1.2 బొగ్గు మరియు బొగ్గు ఆధారిత  విద్యుత్కేంద్రాలు

1.2.1 బొగ్గు &నాణ్యతలు

1.2.2 బొగ్గు ఆధారిత ప్లాంట్లలో విద్యుదుత్పాదన

1.2.3 బొగ్గు ఆధారిత ప్లాంట్లో పర్యావరణ & ఆరోగ్య ప్రభావాలు

 

1.2.1 బొగ్గు & నాణ్యతలు

బొగ్గును దాని స్వభావాన్ని బట్టి అంత్రాసైట్, బిటుమినస్ మరియు లిగ్నైట్ అనే మూడు రకాలుగా వర్గీకరిస్తారు. ఆంత్రాసైట్ అనేది బొగ్గు యొక్క పురాతన రూపం. బిటుమినస్ అనేది చాలా మృదువైన స్వభావంతో నాణ్యతలో ఆంత్రాసైట్ కంటే తక్కువ, లిగ్నైట్ కంటే అధిక ప్రమాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది. లిగ్నైట్ స్వల్పకాల వయస్సుగల బొగ్గు. ఆంత్రాసైట్ రకం చాలా గట్టిగా మరియు తేమ తక్కువగా తేలికగా ఆవిరైపోయే కార్బన్తో ఉంటుంది. లిగ్నైట్ మృదువుగా తక్కువ కార్బన్తో   అధిక తేమతోకూడి ఉంటుంది.

 

బొగ్గులో వివిధ గుణాలు మరియు వాటి స్వభావాలు

 

a)   స్థిరమైన కార్బన్

స్థిర కార్బన్ అనేది మండే స్వభావమున్న ఘన పదార్ధం. బొగ్గును వేడి చేసిన తర్వాత దానిలోని ఆవిరి గుణం తొలగిపోయాక మిగిలేది స్థిర కార్బన్. నమూనాగా కొంత బొగ్గును తీసుకుని దానిలోగల తేమను, ఆవిరయ్యే గుణాన్ని మరియు బూడిదను పరిశీలించిన మీదట స్థిర కార్బన్ శాతాన్ని నిర్ధారిస్తారు. తేమ అంతా హరించుకుపోయాక బొగ్గులో ఉష్ణ శక్తినిబట్టి స్థిర కార్బన్ని అంచనా వేస్తారు.

 

b)    ఆవిరి గుణం

బొగ్గులోని భాష్ప శీలత (ఆవిరి గుణం) దానిలోని దహన వాయువులైన మిథేన్, హైడ్రోకార్బన్లు, హైడ్రోజన్, కార్బన్ మోనాక్సైడ్ మరియు కొన్ని రకాలైన కార్బన్ డయాక్సైడ్, నైట్రోజన్నిబట్టి ఉంటుంది. భాష్ప శీలత అధికంగా ఉన్నట్లయితే బొగ్గు సులభంగా మండి, ఎక్కువ మంటలను వెలువరించగలుగుతుంది.

 

c)   బూడిద

బూడిద మండదు సరికదా, మండే సామర్థ్యాన్ని తగ్గించేస్తుంది. బాయిలర్ సామర్థ్యాన్ని తగ్గించడంతో దహన క్రియపై ప్రభావం పడుతుంది. బొగ్గు వ్యయంకూడా పెరుగుతుంది. కాబట్టి, అధిక బూడిద వెలువడే బొగ్గు పనికిరాదు.

 

d)   తేమ గుణం

తేమ అధికంగా ఉన్నట్లయితే కిలో ఒక్కంటికీ (Kcal/kg) బొగ్గులోని ఉష్ణాన్ని తగ్గిస్తుంది. బొగ్గులో మండగల పదార్థాలన్నీ తక్కువవుతాయి. కాబట్టి, తేమ అవసరమైన స్థాయికి మించి ఉండకూడదు.

 

e)   సల్ఫర్

 

సల్ఫర్ ఉన్నట్లయితే చిమ్నీ, గాలి హీటర్లు, ఎకనోమైజర్లు శిథిలమవడానికి కారణమవుతుంది. కాబట్టి, బొగ్గులో సల్ఫర్ ఉండడం వాంఛనీయం కాదు.

భారతదేశంలో బొగ్గు లభ్యత మరియు నాణ్యత

బొగ్గులో నాణ్యతను బట్టి వంట బొగ్గుగా& నాన్-కుకింగ్ బొగ్గుగా వ్యవహరిస్తారు. వంట బొగ్గును ఎక్కువగా లోహాలు, ఉక్కు, సిమెంట్, స్పాంజి ఐరన్ పరిశ్రమల్లో వినియోగిస్తారు. దేశంలోగల బొగ్గు వనరుల్లో అధిక శాతం నాన్-కుకింగ్ బొగ్గుకి చెందినవే. బొగ్గును ఎ టు జిగా మొత్తం ఏడు గ్రేడ్లుగా వర్గీకరించారు. ఎ, బి, సి కేటగిరీల్లోని బొగ్గు అధిక నాణ్యతగలది. దీనిని సిమెంట్, ఎరువులు, స్పాంజి ఐరన్ పరిశ్రమల్లో ఉపయోగిస్తారు. భారత దేశంలోని అధిక బొగ్గు గనులు డి, ఈ, ఎఫ్, జి గ్రేడ్లకు చెందినవి కావడంతో వీటిలో నాణ్యత తక్కువ. ఈ గ్రేడ్లకు చెందిన బొగ్గును ఎక్కువగా టిపిపిలలో వినియోస్తుంటారు.

 

లిగ్నైట్ మరియు బిటుమినస్ రకం బొగ్గు లభ్యతవల్ల భారతదేశంలోని టిపిపిలలో ఈ రెండు రకాలను ఎక్కువగా వాడుతుంటారు.2

లిగ్నైట్లో బూడిద పదార్థం తక్కువగా ఉంటుంది కాబట్టి, విద్యుత్కేంద్రాల్లో వాడకానికి అనువైనదిగా భావిస్తున్నారు. టిపిపిలకు ప్రభుత్వ రంగ సంస్థయిన కోల్ ఇండియా లిమిటెడ్ కాంట్రాక్ట్ పద్ధతిలో జాతీయ గనుల నుంచి బొగ్గును కేటాయిస్తుంది.

బొగ్గులోని పదార్థ విలువలనుబట్టి భారత దేశంలో గ్రేడ్లు వారీగా వినియోగిస్తారు.

 

సాధారణంగా భారతదేశంలోని విద్యుత్కేంద్రాలకు కోల్ ఇండియా లిమిటెడ్ ద్వారా డి, ఈ, ఎఫ్ గ్రేడ్ బొగ్గు సరఫరా అవుతుంది.

 

భారత దేశపు బొగ్గు అధిక బూడిదని కలిగి ఉండి, స్వల్ప దహన పదార్థ విలువలుగల నాసిరకంది.

 

•     బూడిద శాతం 40 – 50%

 

•     తేమ శాతం 4 – 20%

 

•     సల్ఫర్ శాతం 0.2 – 0.7%

 

•     స్థూల దహన శక్తి విలువ 2500 – 5000 kcal/kg

 

•     భాష్ఫ శీలత 18 – 25%

 

పైన పేర్కొన్న గుణకాలనుబట్టి భారతదేశపు బొగ్గు నాసిరకానికి చెందినది. బొగ్గులో నాణ్యతా లోపంవల్ల  

భారతదేశంలోని విద్యుత్కేంద్రాలు అధిక బొగ్గును వినియోగిస్తాయి. ఒకే మోతాదు విద్యుదుత్పాదనకు ఆస్ట్రేలియా, అమెరికాలకంటే ఎక్కువ బొగ్గును వాడడానికి నాసిరకమే కారణం.3

 

4. థర్మల్ విద్యుత్కేంద్రం పనితీరు

బొగ్గు ఆధారిత ప్లాంట్లలో విద్యుదుత్పాదన

 

బొగ్గు నుంచి విద్యుచ్చక్తిగా మారడానికి మూడు దశలు:

 

Boiler Furnace - వేడిని పుట్టించడానికిగాను బొగ్గును కొలిమిలో మండిస్తారు. బొగ్గులోని కార్బన్, గాలిలోని ఆక్సిజన్ సంయోగ ఫలితంగా కార్బన్ డయాక్సైడ్ (CO ) వెలువడుతుంది.

 

Boiler - బాయిలర్లోని నీళ్లు వేడివల్ల ఆవిరిగా మారుతాయి. ఈ ప్రక్రియ అధిక ఉష్ణోగ్రత మరియు అధిక వత్తిడి వల్ల సంభవిస్తుంది. మూత బిగించిన పాత్రలో నీటిని ఆవిరిగా మార్చడంవల్ల వత్తిడి పెరుగుతుంది.

 

టర్బయిన్ మరియు జనరేటర్  -టర్బయిన్లోనికి ఆవిరిని పంపించడంవల్ల ఆ వత్తడికి టర్బయిన్లోని బ్లేడ్లు తిరుగుతూ యాంత్రిక శక్తి ఉత్పన్నమవుతుంది. టర్బయిన్ తాను తిరుగుతూ జనరేటర్ని తిప్పడంద్వారా విద్యుచ్ఛక్తి పుడుతుంది.

 

ప్రక్రియ యొక్క క్లుప్త వివరణ

 

బొగ్గు విద్యుత్కేంద్రంలోని బాయిలర్లో బొగ్గును మండించడంద్వారా దానిలోని నీళ్లు వేడెక్కి ఆవిరిగా మారుతాయి. ఇది టర్బయిన్ల యొక్క మోటారుని తిప్పగా, తద్వారా విద్యుత్ ఉత్పాదనకు వీలుగా జనరేషన్ రోటార్ తిరుగుతుంది.

 

ఈ ప్రక్రియ అంతటికీ బొగ్గును సిద్ధం చేయడం, బొగ్గు మండడానికి తగినంత గాలి అందడం, ఆవిరి ఉత్పాదన, చల్లారిన స్టీమ్ని మరలా వినియోగించుకోవడం, వ్యర్థాలను (బూడిద మరియు చిమ్నీ వాయువులు) తొలగించడం ఎంతో అవసరం.

బొగ్గు సిద్ధం చేయుట

 

బొగ్గు యార్డ్ → బొగ్గు నిల్వ →  బొగ్గు పల్వరైజర్

 

బొగ్గు పల్వరైజర్లో బొగ్గు సమర్థవంతంగానూ, తేలికగానూ మండడానికి వీలుగా చూర్ణంగా మారుస్తారు.

 

బొగ్గులోగల తేమను ఆరబెట్టడానికి పల్వరైజర్లోని ఫ్యాన్లు వేడి గాలిని విడుదల చేస్తాయి. ఈ గాలి పొడిబారిన బొగ్గు పొడిని మండించడానికిగాను బాయిలర్ ఫర్నేస్ లోనికి తీసుకెళ్తుంది.

బాయిలర్ లోపల

 

బొగ్గు థర్మల్ ప్లాంట్లో బాయిలర్ ప్రధాన పరికరం. బొగ్గును మండిస్తూ వేడిని పుట్టించడంద్వారా దానిలోని నీళ్లను ఆవిరిగా మారుస్తుంది.

 

ప్రక్రియ 1 – దహన క్రియ:

 

బాయిలర్లో బొగ్గు దహన క్రియ ఎయిర్ సిస్టమ్ ద్వారా వెలువడే గాలివల్ల సఁభవిస్తుంది. ఫోర్స్డ్ డ్రాఫ్ట్ ఫ్యాన్ వాతావరణంలోని గాలిని స్వీకరించి, ఫర్నేస్ లోనికి బలంగా నెడుతుంది.  ఫర్నేస్ లోనికి ఈ గాలి ప్రవేశించడానికి ముందుగా హీటర్లు వేడెక్కిస్తాయి. తద్వారా దహన క్రియ సమర్థవంతంగా సాగుతుంది.

 

దహన ప్రక్రియలో వేడి, బూడిద, ఇంధన వాయువులు వెలువడతాయి. వేడి వల్ల నీరు స్టీమ్గా మారుతుంది. ఆ ఆవిరితో టర్బయిన్ తిరుగుతుంది. ఇంధన వాయువు అనేది ఫర్నేస్ నుండి డ్రాఫ్ట్ ఫ్యాన్ తీసుకుని దానిలోని బూడిద సేకరణకోసం ఎలెక్ట్రో అవక్షేపణకారికి పంపబడుతుంది. అక్కడ బూడిదను తొలగించాక, పొగ గొట్టం లేదా చిమ్నీగుండా వాతావరణంలోకి ఇంధన వాయువులు విడుదలవుతాయి. పొగ గొట్టాలు చాలా పొడుగ్గా నిటారుగా ఉంటాయి కాబట్టి, ఈ వాయువులవల్ల నేలమీద ఎటువంటి ప్రభావం చూపలేవు. భారీ టిటిపిలలో పొగ గొట్టాలు 250 నుంచి 280 మీటర్ల ఎత్తు వరకు ఉంటాయి. కొలిమి నుంచి వెలువడే మరో అవశేషం బూడిద. ఇది బొగ్గులోని జడ పదార్థం. ఫర్నేస్లో కిందకు చేరిపోయిన బూడిద 15శాతం వరకు ఉంటుంది. దీనిని తొలగిస్తారు. మిగతా మొత్తం ఎలెక్ట్రో అవక్షేపణకారిలో జమ అవుతుంది. ఫర్నేస్లో బూడిదను బాటమ్ యాష్ అని, ఎలెక్ట్రో అవక్షేపణకారిలో జమయిన బూడిదను ఫ్లై యాష్ అని వ్యవహరిస్తారు.

 

ప్రక్రియ 2 – స్టీమ్ ఉత్పాదన:

 

బాయిలర్ లోనికి అధిక వత్తిడితో నీటిని నిరంతరంగా పంపిస్తారు. ఈ నీళ్లు ఫీడ్ వాటర్ పంప్ లోనికి చేరే రీ-సర్క్యులేటెడ్ మరియు ప్రి-హీటెడ్ వాటర్. నీటిని స్టీమ్గా మార్చే సామర్థ్యాన్ని ఈ ప్రక్రియ పెంచుతుంది. బొగ్గు దహన క్రియకు అవసరమైన వేడిమిని ఇది తగ్గిస్తుంది. ఉష్ణోగ్రతను నియంత్రించడానికి ఎకనోమైజర్ని వినియోగిస్తారు. బాయిలర్ నుంచి వెలువడే వేడి వాయువులను ఎకనోమైజర్ స్వీకరించి, అందుకనుగుణంగా నీటిని వేడి చేస్తుంది. ఫర్నేస్ చుట్టూరా గోడలకు వేడి నీళ్లు పంపబడతాయి. అక్కడ స్టీమ్గా మార్చబడుతుంది.

 

అలా తయారైన స్టీమ్నంతటినీ ఒక డ్రమ్ లోనికి పట్టి, అక్కడ నుంచి సూపర్ హీటర్ కాయిల్స్ గుండా ప్రయాణిస్తాయి. ఈ కాయిల్స్లో ప్రవేశించాక స్టీమ్ యొక్క వత్తిడి మరియు ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతుంది. ఈ విధంగా రూపొందిన సూపర్-హీటెడ్ స్టీమ్ చివరగా టర్బయిన్కు చేరుతుంది.