1. UVOD. Razvijeni pogled za presjek A-A

Transcript

1 . UVOD. Povjesn razvoj parnh turbna Prv prototp aksjalne akjske parne turbne s jednm stupnjem s dvergentnm sapnama (slka.) predložo je 883. godne švedsk nženjer matematčar Gustaf de Laval. U ovoj turbn ekspanzja pare se odvjala samo u mrujućm sapnama to u samo jednom stupnju od početnog do zlaznog tlaka, za što su ble potrebne jako velke brzne strujanja na zlazu z sapna. Pošto za najučnkovtje korštenje knetčke energje te struje pare moramo mat obodnu brznu na lopatama rotora koja je trebala bt polova zlazne brzne pare, radlo se je o jako velkm brznama vrtnje. Tako na prmjer za najmanju de Lavalovu parnu turbnu s promjerom rotora od mm snagom od 2.5 kw mamo brznu vrtnje od oko 5 s - (3. mn - ). Snaga najveće parne turbne koju je konstrurao de Laval nje prelazla 5 kw. Uza sve to, njegove turbne su male vrlo nsk stupanj djelovanja. Svega godnu dana za de Lavala, Charles Parsons, englesk nženjer, je 884. godne predložo reakjsku parnu turbnu s vše stupnjeva u kojoj se ekspanzja pare odvja u vše uzastopnh stupnjeva, umjesto ukupne ekspanzje u jednom stupnju kod de Lavalove turbne. Ekspanzja se nje odvjala samo u statorskm lopatama, već se je nastavljala u rotorskm lopatama (slka.2). Brzne strujanja su sada ble mnogo manje, kao potrebna obodna brzna. Krajem 9. stoljeća je počela značajnje rast prozvodnja turbna, što je blo povezano s razvojem elektrčnh strojeva, prje svega generatora. Parne turbne počele su se sve vše korstt za pogon brodova elektrčnh generatora u termoelektranama. Početkom 2. stoljeća, zmeđu dva svjetska rata gradle su se parne turbne sa snagom od 5. kw s brznom vrtnje od 5 mn - te s parametrma pare na ulazu u turbnu: p 2.85 MPa T 4 o C. tlak pare apsolutna brzna pare Razvjen pogled za presjek A-A Gustaf de Laval (845-93) Slka. de Lavalova akjska turbna s jednm stupnjem - vratlo, 2 - dsk rotora, 3 - lopate rotora, 4 - sapne statora, 5 - kućšte, 6 - odvod spušne pare Polovom 2. stoljeća, za 2. svjetskog rata, započela je gradnja sve većh turbna. Rasle su snage turbne parametr pare na ulazu u turbnu. Krajem 2. stoljeća snage parnh turbna sa zajednčkm vratlom dosezale su do.2 GW s tlakom pare do 23.5 MPa temperaturom do 54 o C.

2 2 Ulaz pare Slka.2 Reakjska parna turbna s vše stupnjeva - kućšte, 2 - bubanj rotora, 3 - ležaj, 4 - statorske lopate, 5 - rotorske lopate.2 Glavn djelov konstrukja turbna Izlaz pare Sr Charles Parsons (854-93) Parna turbna je pogonsk stroj u kojemu se potenjalna energja pare pretvara u mehančk rad vrtnje vratla rotora. Svaka turbna sastoj se z mrujućh (fksnh) pokretnh djelova. Do turbne koj se sastoj z mrujućh djelova nazvamo stator, a onaj od djelova koj se vrte nazvamo rotor. Na sl.3 prkazana je karakterstčna konstrukja jedne kondenzajske parne turbne snage 5 MW za početne parametre pare od 8.8 MPa pr 535 o C (slka.3). Turbna ma sastavljen rotor. Početnh 9 dskova, koj rade u području vsoke temperature. skovano je zajedno s vratlom turbne, a posljednja tr dska su navučena na vratlo. Zbog opasnost da zbog termčkh dlataja na vsokm temperaturama ne dođe do olabavljvanja dskova, na tm temperaturama se ne korste dskov koj se navlače na vratlo rotora. Kovana zvedba zadnja tr dska zskuje da srov otkv budu mnogo većh dmenzja od konačne zvedbe. Kombnaja kaskada lopata statora sa statorskm lopatama fksranm na gnjezdo lopata l na djafragmu, zajedno sa pokretnom kaskadom rotorskh lopata prčvršćenm na prv nzvodn dsk rotora, čn stupanj turbne. Put pare (l općento put strujanja) prkazane turbne sastoj se z 22 stupnja turbne, od kojh se prv stupanj nazva regulajskm, dok se prv sljedeć dsk nazva prv neregulajsk stupanj. Sv ostal stupnjev, osm zadnjega, nazvaju se među-stupnjev. Pr strujanju pare kroz lopate statora u pažljvo oblkovanm prolazma među lopatama dolaz do ubrzavanja struje. Lopate zlaznu struju usmjeravaju u odgovarajućem smjeru, kako b struja pare uz čm manje gubtke bez sudara ušla u kanale među pokretne lopate rotora. Struja pare zbog promjene smjera brzne ndura slu koja pokreće dsk vratlo turbne. Duž struje pare, od prvog do zadnjeg stupnja, tlak pare se smanjuje, a njen spefčn volumen značajno se povećava. Zbog toga je prema zadnjm stupnjevma potrebno povećavat protočn presjek kaskada lopata, tako da se prbjegava povećanju dužne statorskh rotorskh lopata povećanju srednjeg promjera na stupnju turbne. Rotor turbne na svom slobodnom kraju ma prčvršćeno vratlo koje nos trnove sgurnosne sklopke (osjetn pobjega turbne). Ov trnov mogu djelovat kao brana dovodu pare ako brzna vrtnje rotora za do 2% prekorač nazvnu brznu vrtnje turbne. Tme se turbna štt od razljetanja. Spojen kraj vratla putem elastčne spojke pogon glavnu pumpu ulja. Ussna jev glavne pumpe spojena je na uljnu kadu prednjega ležaja turbne.

3 Slka.3 Uzdužn presjek kroz kondenzajsku parnu turbnu snage 5 MW - rotor turbne, 2 - kućšte turbne, 3 - radjaln aksjaln ležaj, 4 - radjaln ležaj, 5 - regulajsk ventl, 6 - sapnčk prsten, 7 - bregasto vratlo, 8 - servomotor, 9 - glavna pumpa ulja, - regulator brzne vrtnje, - razvodnk, 2 - kućšte prednjeg ležaja, 3 - uređaj za sporo okretanje rotora, 4 - spojka, 6 - navučen dsk, 7 - pokretne lopate, 8 - djafragme, 9 - jarmov djafragm, 2 - prednj kraj brtvenh jarmova, 2 - spojna jev (od glavnog ventla do regulajskog ventla) 3

4 Glavna pumpa ulja dobavlja ulje u sustav podmazvanja ležaja turbne generatora pr tlaku od.5 MPa te posebna pumpa dovod ulje u sustav regulaje brzne vrtnje pod tlakom od 2 MPa. Osjetnk brzne vrtnje je povezan s regulajom maksmalne brzne vrtnje (zaštta od pobjega). Stator turbne ma kućšte sa zavarenm kaskadama statorskh lopata u otvorma kućšta s regulajskm ventlma. Stator unutar sebe ma krajnje brtve na mjestma prolaska vratla van kućšta, jarmove djafragm same djafragme s njhovm brtvama. Kućšte turbne je občno podjeljeno horzontalnom ravnnom na gornj donj do. Ponekada je kućšte vertkalnom ravnnom podjeljeno dodatno na prednj, srednj spušn do. Prednj do kućšta je ljevan, dok srednj spušn djelov mogu bt u zavarenoj zvedb. Kućšta turbnskh ležaja također prpadaju statorskom djelu turbne. Prednje kućšte turbne sadrž glavn odrvn ležaj, dok stražnj ležaj nos rotore turbne generatora. Prednje kućšte se oslanja na temeljnu ploču po njoj slobodno klz pr termčkm dlatajama. Stražnje kućšte je vezano na spušn prključak pare, koj mora ostat nepomčan čn točku sdrenja turbne. Prednj do kućšta turbne spojen je s kućštem prednjeg ležaja na načn da se zbog termčkh dlataja jedan do može pomat zajedno s drugm, al da se prtom održava prava os rotora ste aksjalne zračnost među djelovma. To je posebno važno jer prednj ležaj sadrž aksjaln (odrvn) ležaj koj preuzma aksjalnu slu na rotoru turbne. Kada je odrvn ležaj smješten u prednj do kućšta turbne, rotor je opterećen na vlak, tako da se njegova elastčna lnja steže poravnava, čme se otklanja uzrok poprečnh vbraja rotora. Stražnj ležaj turbne ma ugrađen uređaj za sporo okretanje rotora turbne pr startanju zaustavljanju turbne. Ovaj uređaj se sastoj z elektromotora pužnog prjenosnka. Pužn vjak je na vratlu elektromotora, a pužno kolo prčvršćeno je na među-vratlu. Para se u početku startanja turbne polako dovod kako b se kućšte rotor zagrjal blzu radne temperature. Sve to vrjeme rotor se polako vrt, kako b mu se termčke dlataje zjednačle po opsegu kako se rotor ne b deformrao. Dovodom većeg protoka pare raste moment na rotoru turbne uređaj za sporo zakretanje turbne se oslobađa na načn da se spojn zupčank otklon zađe z zahvata s pužnm kolom te oslobod rotor. Rotor nakon toga ubrzava do nazvne brzne vrtnje. Sustav automatske regulaje podmazvanja bt će pojašnjen kasnje u poglavljma 9. Ovdje će bt naveden samo glavn djelov sustava regulaje. To su prje svega četr ventla za regulaju dovoda pare u turbnu. Posebn uređaj brne se za otvaranje l zatvaranje ventla jedan po jedan, kako b se smanjlo prgušvanje ( gubtak energje) a djelom otvorenm ventlma. Uvjek je samo jedan od ventla djelom otvoren, dok su ostal l potpuno otvoren l zatvoren, ovsno o potrebama regulaje. Ovaj načn regulaje nazva se sustav za regulaju prvodnh sapna. Pored toga mamo uređaj za zašttu turbne od pobjega (prevelke brzne vrtnje). Najveć do sadržaja toplne u vodenoj par odvod se u kondenzatoru turbnskog postrojenja. Ovaj se gubtak može smanjt ako parjalno oduzmamo paru za razlčth stupnjeva turbne korstmo je za zagrjavanje napojne vode koju vodmo u generator pare. 4.3 Termodnamčk proes parno-turbnskog postrojenja Najjednostavnje parno-turbnsko postrojenje (slka.4) sadrž napojnu pumpu, generator pare 2, pregrjač pare 3, parnu turbnu 4, kondenzator 5 elektrčn generator 6. Postrojenje korst vodenu paru kao radn medj. Kada b postrojenje blo zvedeno bez pregrjača pare, do turbne b dovodl zasćenu paru. U tom b slučaju naš proes bo najblž Carnotovom proesu s dovodom toplne pr konstantnoj temperatur za sparavanje vode odvodom toplne pr konstantnoj temperatur za kondenzaju pare u kondenzatoru. T-s djagram Carnotovog proesa za vlažnu paru prkazan je na sl.5. Lnja 3-4 u djagramu prkazuje adjabatsku kompresju vlažne pare do pune kondenzaje u posebnom kompresoru, lnja 4-

5 prkazuje sparavanje vode u generatoru pare, promjena -2 je adjabatska ekspanzja u turbn, a lnja 2-3 je parjalna kondenzaja pare u spejalnom kondenzatoru. 5 Slka.4 Shema termoelektrane - napojna pumpa, 2 - generator pare, 3 - pregrjač pare, 4 - turbna, 5 - kondenzator, 6 - elektrčn generator Slka.5 T-s djagram Carnotovog proesa s vlažnom parom Ako spefčn dovod toplne q spefčn odvod toplne q 2 u ovom proesu zvodmo pr konstantnom tlaku, možemo nać teorjske vrjednost za q th q 2th : q th h h4 q2 th h2 h3 Spefčn korsn teorjsk rad proesa će bt: w q th q 2th ( h h4) ( h2 h3) ( h h2) ( h4 h ) wexp womp wexp womp 4243 gdje na desnoj stran mamo razlku spefčnog rada ekspanzje spefčnog rada kompresje (po kg vlažne pare). Rad kompresje vlažne pare všestruko premašuje rad kompresje vode. Kako se u jednadžb za rad kompresje korst volumen na ussu u kompresor, volumen vode je mnogo manj od volumena pare, tako da je rad kompresje za vodu mnogo manj od onoga za paru. Tako na prmjer za adjabatsku kompresju vlažne pare od tlaka. MPa na tlak 3 MPa, pr kojoj para u potpunost kondenzra, potreban spefčn rad od 455 kj/kg. S druge strane, za kompresju vode na stom rasponu tlaka, od stanja zasćene tekućne pr tlaku. MPa na tlak od 3 MPa potrebno svega 2.75 kj/kg što je 65 puta manje nego za kompresju pare. Zbog toga se u parno-turbnskm postrojenjma ne korst prblžavanje Carnotovom proesu na načn da se vrš kompresja pare da b zvršl njenu potpunu kondenzaju. Umjesto toga korstmo potpunu kondenzaju pare u kondenzatoru na taj načn dobvamo Rankneov proes. Shema takvoga postrojenja s Rankneovm proesom prkazana je na sl.4, a T-s djagram Rankneovoga proesa prkazan je na sl.6. U T-s djagramu je s a'a prkazana adjabatska kompresja vode u napojnoj pump, ab je grjanje vode do zasćenja (do točke vrenja), b je sparavanje vode u sparvaču generatora pare, d je pregrjavanje pare u generatoru pare, de je adjabatska ekspanzja u turbn ea' je kondenzaja ekspandrane pare u kondenzatoru. Proes zagrjavanja vode do zasćenja, sparavanja vode pregrjavanja pare odvja se pr konstantnom tlaku (ako zanemarmo gubtke strujanja). Zbog toga je ukupno dovedena spefčna kolčna toplne (površna abd2 u T-s djagramu) jednaka razl spefčnh entalpja na jelome proesu, tj.: q h h fw

6 6 Slka.6 T-s djagram dealnog proesa parno-turbnskog postrojenja (Rankneov proes) gdje se ndeks odnos na stanje na ulazu u turbnu (na kraju pregrjavanja), a ndeks fw (feed water) na napojnu vodu. Odvođenje toplne z proesa odvja se u kondenzatoru, gdje se ona kondenzra pr konstantnom tlaku predaje spefčnu toplnu q 2 rashladnoj vod. Ova spefčna toplna se sto tako može prkazat kao razlka spefčnh entalpja: q h t h' 2 gdje se ndeks t odnos na stanje na ulazu u kondenzator nakon ekspanzje u turbn, a h' je spefčna entalpja kondenzata na kraju kondenzaje (zasćena voda). Teorjsk korsn spefčn rad proesa po kg vode l pare jednak je razl dovedene odvedene spefčne toplne u Rankneovom proesu: ( h h fw) ( ht h' ) ( h ht) ( h fw h' ) wexp womp w q q2 (. ) wexp Na desnoj stran jednadžbe smo premještanjem spefčnh entalpja dobl razlku spefčnog rada ekspanzje na turbn spefčnog rada kompresje na napojnoj pump. Termodnamčk stupanj djelovanja proesa je jedna omjeru teorjsk dobvenog rada z dealnoga proesa dovedene toplne: w ( h h ) ( h h' ) w w q q t fw exp omp 2 2 t (.2 ) q h hfw q q q womp Dodavanjem oduzmanjem h' u nazvnku jednadžbe (.2) dobvamo: t ( h ht) ( h fw h' ) ( h h' ) ( h h' ) fw q

7 7 Slka.7 h-s djagram za ekspanzju pare u turbn Slka.8 T-s djagram za stvarnoga proesa parno-turbnskog postrojenja Obzrom da je rad potreban za kompresju napojne vode gotovo zanemarv (manj od %) u usporedb s radom ekspanzje na parnoj turbn, vrlo često se jednadžba za stupanj djelovanja Rankneovog proesa svod na oblk: h h H t (.3 ) h h h' t ' h gdje H nazvamo raspoložv toplnsk pad na turbn. Raspoložv toplnsk pad H možemo lako nać z h-s djagrama na sl.7. Da b to mogl učnt, moramo nać početnu spefčnu entalpju h na presještu vrjednost za početne parametre pregrjane pare na ulazu u turbnu (najčešće presještu lnje konstantnoga tlaka p konstantne temperature T ). Kada u h-s djagramu povučemo vertkalnu lnju (pr konstantnoj entropj s) do tlaka p na kraju ekspanzje dobvamo lnju adjabatske ekspanzje. Dužna te lnje: H h h t predstavlja teorjsk rad koj smo za kg pare dobl adjabatskom ekspanzjom na turbn predstavlja raspoložv toplnsk pad na turbn. Vrjednost H možemo zračunat. Ako ekspanzja na turbn završava u području pregrjane pare ako korstmo svojstva dealnoga plna, dobvamo (za dealn pln): H κ p p v κ p κ κ (.4 ) gdje je κ.3 eksponent adjabate za pregrjanu paru, p je tlak na ulazu u turbnu, p je tlak na kraju ekspanzje, a v je spefčn volumen pregrjane pare na ulazu u turbnu. Proes ekspanzje u turbn je djelom nepovratv jer se jedan do raspoložvog toplnskog pada pretvor u gubtke, koj se na konu pretvaraju u toplnu koja se predaje okolšu. Iz tog razloga se proes ekspanzje na turbn odvja uz povećanje entropje do zlaznog tlaka. Kako se zobara u h-s

8 djagramu penje pr povećanju entropje, rad ekspanzje na turbn je manj od teorjskog rada za adjabatsku ekspanzju (slka.7). Iz tog razloga, u T-s djagramu na sl.8 se lnja ekspanzja na turbn otklanja prema povećanju entroppje. Spefčn rad koj su plnov ekspanzjom predal rotoru turbne nazva se spefčn ndran rad on je: w h h H 8 Stvarn rad koj je ekspanzjom kg pare dobven na spoj pogonskog vratla turbne nazva se spefčn efektvn rad. Njemu odgovara efektvn toplnsk pad H e na turbn. Omjer ndranog raspoložvog toplnskog pada na turbn je relatvn ndran stupanj djelovanja turbne: r H (.5 ) H Omjer ndranog toplnskog pada H dovedene spefčne toplne q nazvamo ndran stupanj djelovanja parno-turbnskog postrojenja: H H H H q h h' ' t r ( h h ) H (.6 ) Indran stupanj djelovanja može se prkazat kao omjer ndrane snage P toplnskog toka Q koj u generatoru pare predajemo radnom medju: w m& P (.7 ) q m& Q& Efektvna snaga je snaga P e koju turbna predaje potrošaču (generatoru) na svojoj spoj ona je za snagu mehančkh gubtaka manja od ndrane snage koju je para predala rotoru turbne. Snagu mehančkh gubtaka čn snaga aerodnamčkh gubtaka trenja pr strujanju pare trenja u ležajevma te snaga za pogon sve pomoćne opreme turbne, kao što su pumpe ulja, pogon regulatora td.: P e P P m Omjer efektvne ndrane snage zovemo mehančk stupanj djelovanja turbne: P e m (.8 ) P Teorjska snaga dealne turbne bla: P m& (.9 ) H Omjer efektvne snage teorjske snage je relatvn efektvn stupanj djelovanja turbne: P P P e e re r P P P m (. )

9 Omjer efektvne snage turbne toplnskog toka dovedenog generatoru pare je efektvn stupanj djelovanja turbne: 9 P P P e e e m t r m Q& Q& P t re (. ) Omjer snage na stezaljkama elektrčnog generatora Pel efektvne snage P e je stupanj djelovanja elektrčnog generatora eg : P el eg (.2 ) Pe Omjer elektrčne snage generatora teorjske snage turbne zovemo relatvnm elektrčnm stupnjem djelovanja turbnskog postrojenja: P P P el e el rel reeg P P Pe r m eg (.3 ) Umnožak efektvnog stupnja djelovanja relatvnog elektrčnog stupnja djelovanja zovemo elektrčn stupanj djelovanja turbnskog postrojenja: (.4 ) el t rel t r m el Kako sljed z jednadžbe (.4), dva su načna kako povećat stupanj djelovanja turbnskog postrojenja. Jedan od njh je u povećanju stupnja djelovanja termodnamčkog proesa povećanjem razlke srednjh temperatura dovoda toplne u generatoru pare odvoda toplne u kondenzatoru. Drug načn je u poboljšanju strojeva, tj. u povećanju stupnja djelovanja turbne elektrčnog generatora smanjenju razlčth gubtaka na postrojenju. Tabla. Snage stupnjev djelovanja na turbnskom postrojenju Nazv Relatvn stupanj djelovanja Stupanj djelovanja Snaga Idealn proes H t h h' P m& H Indran Efektvn Elektrčn H r tr H re rm e tre P m& H P r Pe m& Hm P re rel rmeg el trel Pe m& Hmeg P rel Pr određvanju stupnja djelovanja turbnskog postrojenja (l parne turbne) btno je da se u obzr uzmu dodatn gub toplne u generatoru pare, energja za pogon napojnh pump, gubtak tlaka toplne na jevovodu pare td. Indrana snaga turbne je: P m& (.5 ) H Spefčn masen protok, kg/kwh, pare je:

10 d el 36 m& (.6 ) Hrel Stupanj djelovanja kondenzajske turbne u pravlu se određuje kao spefčna potrošnja toplne za prozvodnju kwh (kj/kwh) može se zračunat po jednadžb: q el d el ( h h' ) 36 el gdje je h spefčna entalpja pare, kj/kg, na ulazu u turbnu, a h' je spefčna entalpja pare, kj/kg, na zlazu z turbne, tj. ulazu u kondenzator. Pošto je kw kj/s, tada je omjer potroška toplne po sekund obzrom na kw prozvedene elektrčne snage bezdmenzjska velčna: q el (.7 ) el koja je jednaka repročnoj vrjednost elektrčnog stupnja djelovanja..4 Utjeaj parametara pare na stupanj djelovanja dealnoga proesa Karakter ovsnost termodnamčkog stupnja djelovanja o parametrma pare u razlčtm točkama proesa može se najlakše utvrdt z analze T-s djagrama. U ovome slučaju, rad jasnje slke, najbolje je Rankneov proes zamjent Carnotovm proesom. Dovod toplne u Rankneovom proesu djel se na dovod toplne napojnoj vod (lnja ab na sl.6) do točke vrenja, dovod toplne za sparavanje (lnja b) dovod toplne za pregrjanje pare (lnja d) zvod se na razlčtm temperaturama. S druge strane, odvod toplne u kondenzatoru u području vlažne pare odvja se jednako u Rankneovom Carnotovom proesu pr konstantnoj temperatur (lnja ea'). Zbog toga je dovoljno, pr zamjen Rankneovog proesa odgovarajućm Carnotovm proesom, zamjent lnju promjenljve temperature pr dovodu toplne u generatoru pare zamjent lnjom konstantne temperature T eq (slka.6) za dovod ste kolčne toplne, pr čemu će stupanj djelovanja C zamjenskog Carnotovog proesa bt jednak stupnju djelovanja t za polazn Rankneov proes (ndeks odnos se na kondenzator, a ndeks C na Carnot): T T T eq t C (.8 ) Teq Teq tako da je: T eq T (.9 ) t Utjeaj tlaka pare na ulazu u turbnu Ako pr stoj temperatur pregrjanja T stoj temperatur T na zlazu z turbne (u kondenzatoru) povećamo tlak pare p na dovodu u turbnu, povst će se temperatura zasćenja, tme temperatura sparavanja ukupno srednja temperatura dovoda toplne s ranje T eq na novu vrjednost T eq, (slka.9). Po jednadžb (.8) to dovod do povećanja stupnja djelovanja proesa.

11 T Slka.9 Usporedba T-s djagrama dealnh proesa pr razlčtm tlakovma pare na ulazu u turbnu Slka.9 Promjena raspoložvog toplnskog pada H ovsno o početnom tlaku p pr stoj početnoj temperatur zlaznom tlaku p ab - lnja paralelna zobar p tangenta na zotermu T Kako se povećava tlak na ulazu u turbnu, povećava se srednja temperatura T eq dovoda toplne, no uskoro se gradjent njenog porasta smanjuje zbog smanjenja udjela toplne sparavanja povećanja toplne za zagrjavanje vode do točke vrenja. Daljnje povećanje tlaka pr zadanm rubnm uvjetma može još pogoršat stupanj djelovanja proesa. Raspoložv toplnsk pad H na turbn, tj. brojnk u jednadžb (.3) t h H h' povećava se s povećanjem tlaka p sve dok tangenta ab na zotermu T onst u h-s djagramu ne postane paralelna djelu zobare p onst (slka.). S daljnjm povećanjem tlaka p toplnsk pad se počnje smanjvat (slka.). Iz h-s djagrama (slka.) je jasno da spefčna entalpja pare h na ulazu u turbnu pr T onst smanjuje s povećanjem tlaka p. To je razlog zbog kojega se najvš stupanj djelovanja radje postže pr všem tlaku pare p nego pr najvšem toplnskom padu H. Kako se može vdjet z T-s djagrama na sl.9 z h-s djagrama na sl., povećanje početnog tlaka p pr konstantnoj temperatur T konstantnom tlaku spuha p uzrokuje povećanje sadržaja vlage u spušnoj par, što uzrokuje smanjenje stupnja djelovanja turbne erozju lopata, o čemu se vše govor u poglavlju 3. Zbog toga, ako je potrebno povećat tlak na ulazu u turbnu, tada se prbjegava povećanju temperature, l se korst međupregrjanje. Tako na prmjer, za kondenzajsku turbnu bez međupregrjanja početna temperatura T ne smje bt nža od 4 do 435 o C za početn tlak pare p MPa ne smje bt nža od 5 o C za p 9 MPa. Utjeaj temperature pare Utjeaj početne temperature pare na termčk stupanj djelovanja proesa lako se može odredt z T-s djagrama. Povećanje početne temperature s T na T uzrokuje porast prosječne temperature dovoda toplne s ranje T eq na novu vrjednost T eq, (slka.2) uz zadržanu stu temperaturu T za odvođenje toplne. Tme se ujedno povećava stupanj djelovanja proesa. Jasno se vd da je dodatna toplna prkazana plohom 2dd 2 2 nad ranjom toplnom abd2, te je zato T eq, > T eq.

12 2 Slka. Utjeaj povećanja tlaka p na raspoložv toplnsk pad H stupanj djelovanja t dealnoga proesa pr konstantnom tlaku spuha p 4 kpa (d.s.s - suho zasćena para) Slka.3 Utjeaj povećanja temperature T na raspoložv toplnsk pad H stupanj djelovanja t dealnoga proesa pr konstantnom tlaku spuha p 4 kpa (d.s.s - suho zasćena para) Slka.2 9 Usporedba T-s djagrama dealnh proesa pr razlčtm temperaturama pare na ulazu u turbnu Ako ekspanzja pare završ u području vlažne pare, povećanje temperature pare na ulazu u turbnu smanjt će sadržaj vlage u par na kraju ekspanzje u turbn. Tme se ujedno povećava stupanj djelovanja proesa relatvn ndran stupanj djelovanja turbne.

13 Daljnjm povećanjem temperature na ulazu u turbnu, ekspanzja pare do zadanog tlaka spuha može završt znad lnje zasćenja pare, tj. u pregrjanom području. U tom slučaju se srednja temperatura odvoda toplne malo povećava. Što smo dalje s spuhom u pregrjanom području, to je vša srednja temperatura odvoda toplne tme je veće smanjenje stupnja djelovanja. S druge strane, obzrom da su zobare pr všoj temperatur strmje, povećanjem temperature dovoda toplne će značajnje povećat korsn rad proesa, vše nego je on smanjen povećanjem srednje temperature odvoda toplne. Povećanje početne temperature pare na ulazu u turbnu uvjek povećava stupanj djelovanja proesa- Jasno se vd u h-s djagramu da povećanje početne temperature uvjek uzrokuje povećanje raspoložvog toplnskog pada (slka.3). Pregrjavanje pare na temperaturu 546 do 565 o C navelko se korst u suvremenm elektranama za povećanje stupnja djelovanja proesa turbnskog postrojenja. Daljnje povećanje temperature pregrjanja znad navedenh vrjednost uglavnom je ogrančeno stanjem moderne metalurgje zskuje značajno vše troškove gradnje elektrane, posebno zbog prmjene vsoko legranh vatrostalnh čelka u pregrjaču pare, za zradu parovoda elemenata prednjeg djela turbne. Utjeaj tlaka kondenzatora Tlak pr kojemu se para odvod z turbne nakon ekspanzje se često označava kao tlak kondenzatora p. To je ujedno tlak do kojega vršmo ekspanzju pare. Smanjenjem ovoga tlaka snžavamo temperaturu T pr kojoj odvodmo temperaturu z proesa. Kako se snžava temperatura sparavanja, tako se povećava razlka entropja pr sparavanju. Nastal kondenzat ma tako nešto nžu temperaturu nego je to blo ranje, tako da se srednja temperatura proesa dovođenja pare do ste temperature T tako da se nekolko smanjuje srednja temperatura dovoda toplne T eq no promjena je vrlo mala. Tme se konačno povećava stupanj djelovanja proesa. To se lako može dokazat tme što se orgnaln nov proes, osm razlke u tlaku p u kondenzatoru, razlkuju u tlaku pare na ulazu u turbnu. Površna abdea na sl.4 koja predstavlja proes s nžm tlakom u kondenzatoru je veća od površne a bde a polaznom proesu, a razlkuju se za šrafranu površnu aa e ea. Posljeda toga je da je raspoložv toplnsk pad proesa s nžm tlakom kondenzatora već od onoga za polazn proes s všm tlakom kondenzatora. Razlka je: H ( T T )( s s' ) Iz h-s djagrama možemo vdjet da je raspoložv toplnsk pad već pr smanjenju tlaka u kondenzatoru. Teorjska grana smanjenja tlaka kondenzatora određena je temperaturom zasćenja pr tlaku p, a temperatura zasćenja ne može bt nža od temperature rashladne vode l temperature okolša, kako b mogl ostvart odvođenje toplne z proesa. 3 Slka.4 Usporedba T-s djagrama dva dealna proesa s razlčtm tlakom u kondenzatoru

14 4 U praks je potrebno da mamo zvjesnu razlku temperatura da b mogl mat tehnčk zvedv kondenzator, kao rashladnu vodu dovoljno nske temperature. Temperatura zasćenja za spušnu paru može se zračunat po jednadžb (vd poglavlje 8): T T + T + δt (.2 ) w gdje je T w temperatura rashladne vode na ulazu u kondenzator, T je povećanje temperature rashladne vode u kondenzatoru δt je razlka od zlazne temperature T 2w rashladne vode na zlazu z kondenzatora do temperature T zasćenja pare, koju nazvamo napor temperature. Temperatura rashladne vode T w ovs o dovodu vode o klmatskm uvjetma. Pr samo jednom prolazu vode kroz kondenzator, temperatura rashladne vode se uzma T w do 2 o C. Kod zatvorenh rashladnh sustava s rkulajom rashladne vode T w 2 do 25 o C. Prrast temperature rashladne vode T može se zračunat z jednadžbe blane toplne za kondenzator (vd poglavlje 8): h h' T T2w T w (.2 ) 4.9 n gdje je n faktor rkulaje, tj. omjer protoka rashladne vode prema protoku pare, a h -h' je razlka entalpja zmeđu spušne pare njenoga kondenzata, što je upravo latentna toplna kondenzaje. Za kondenzajske turbne mamo: h h k/kg Kako možemo vdjet z formule (.2), povećanjem faktora rkulaje n rashladna voda ma manj prrast temperature, pa je po jednadžb (.2) temperatura kondenzaje T manja, a tme tlak u kondenzatoru. Vša vrjednost faktora rkulaje zskuje već protok rashladne vode, veću snagu za pogon rkulajskh pump već protočn presjek jev rashladne vode, tako da se povećava jena djelova turbnskog postrojenja. Zbog svh navedenh razloga, rkulajsk faktor se kreće oko vrjednost n 5 do 9, tako da je prrast temperature rashladne vode u kondenzatoru 6 do o C. Razlka temperature δt ovs o toplnskom opterećenju površne kondenzatora, tj. o kolčn pare za kondenzaju po m 2, o čstoć površna za zmjenu toplne temperatur rashladne vode. Občno je δt jednako 5 do o C (vd poglavlje 8). Uvrštavanjem svh dobvenh velčna u jednadžbu (.2) možemo zračunat temperaturu zasćenja pare T, a putem nje tlak zasćenja p. U modernm parno-turbnskm postrojenjma tlak kondenzaje je p 3.5 do 4 kpa, čemu odgovara temperatura zasćenja T 26 do 29 o C..5 Kombnrana prozvodnja toplne elektrčne energje (kogeneraja) U kondenzajskm parnm turbnama jel protok spušne pare odvod se u kondenzator odvedenu toplnu predaje kao latentnu toplnu kondenzaje. Ova kolčna toplne je velka znos 6 do 65% toplne dovedene u generatoru pare. Svu tu toplnu predajemo okolšu putem rashladne vode čja je temperatura za do 5 o C vša od temperature okolne. Za potrebe grjanja u domaćnstvma l ndustrj korst se nska temperatura od do 5 o C za potrebe grjanja l sušenja materjala. Izvor te toplne može bt para koja je zvršla ekspanzju u turbn do tlaka koj zskuju potrošač pare. U tom je slučaju moguće u potpunost korstt toplnu kondenzaje vodene pare, a kondenzat se može ponovno vratt u proes.

15 5 Slka.5 T-s djagram sa usporedbom dealnh proesa s protutlačnom kondenzajskom turbnom Slka.7 h-s djagram ekspanzje pare u protutlačnoj kondenzajskoj turbn (turbn s oduzmanjem) Pel,I P el,ii P el Slka.6 Prnpjelne sheme termoenergetskh postrojenja za kombnranu (a) odvojenu (b) prozvodnju elektrčne energje toplne Istovremena (kombnrana) prozvodnja elektrčne energje toplne je ekonomsk mnogo splatvja od odvojene prozvodnje. To se lako može vdjet z T-s djagrama dealnoga proesa s kondenzajskom turbnom s protutlačnom turbnom. Kod kondenzajske turbne, toplna koja se predaje rashladnoj vod okolšu, na taj načn gub, je prkazana površnom ae2 (slka.5). Kod proesa s protutlačnom turbnom, koj rad s všm tlakom spušne pare kod koje se prozvod elektrčna energja toplna za potrošače toplne, gotovo se sva toplna spušne pare, koja je prkazana površnom a e 2, može korstt kao toplna predana potrošačma. Kombnrana prozvodnja toplne elektrčne energje je jedna od najznačajnjh metoda za smanjenje spefčne potrošnje gorva u termoelektranama. Danas se u svjetu vše od /3 termoelektrana korst za takvu prozvodnju energje.

16 Za pokrvanje ukupne potrebe za elektrčnom energjom, potrebno je mat dodatne kondenzajske turbne u radu. Dobtak na topln u kombnranoj prozvodnj toplne elektrčne energje (slka.6a) u usporedb s odvojenom prozvodnjom (slka.6b) može se nać na sljedeć načn. Uzmmo da je potrebna snaga elektrčne energje P el, a da je potreba za toplnskom snagom Q bp. Pretpostavmo da su proes ekspanzje pare u kondenzajskoj protutlačnoj turbn prkazan stom lnjom u h-s djagramu (slka.7) da je spefčna entalpja napojne vode h' jednaka u oba postrojenja. Efektvn toplnsk padov će bt (slka.7): I H h h za protutlačnu turbnu H II bp h h za kondenzajsku turbnu Bt će jednostavnje ako nađemo ndranu snagu P za turbne: 6 P Pel m eg Protok pare za kondenzajsku turbnu za prozvodnju elektrčne energje će bt: & II m P H II Potrošnja toplne za odvojenu prozvodnju elektrčne energje toplne će bt: P P & (.22 ) ( h h ) Qbp ( h h + ) + Qbp Qbp II Q sep m + II H Protok pare za protutlačnu turbnu za prozvodnju toplne Q bp za potrošače u proesu za kombnranu prozvodnju toplne elektrčne energje će bt: m& I h bp Q bp h pa je sukladno tome snaga ove turbne: P I m& I ( h h ) bp Q bp h h bp h bp h Nedostatak snage moramo pokrt kondenzajskom turbnom: P II P P I za čj pogon moramo mat dodatn masen protok pare: m& II II P h h P h h Qbp( h hbp) ( h h )( h h ) bp Prema tome, ukupn protok pare pr kombnranoj prozvodnj elektrčne energje toplne je:

17 7 I & om m& + m m& II pa će ukupna potrošnja toplne bt: Q om I II ( m& + m& )( h h ) ( h h ) Qbp h ( h h ) ( ) Q ( h h )( h h ) bp h P Qbp bp h h bp + Q bp hbp h hbp h P h h + h h bp ( h h )( h h ) bp bp (.23 ) Označmo omjer toplne (h - h bp ), koj se pretvor u rad u protutlačnoj turbn, prema topln (h bp - h' ) koju odvodmo potrošačma toplne putem spušne pare, kao χ: h hbp H χ (.24 ) h h h H h bp I I Korsteć taj omjer χ, ukupna potrošnja toplne u proesu s kombnranom prozvodnjom elektrčne energje toplne prema jednadžbama (.23) (.24) će bt: Q om P ( χ+ ) + Q χ P χ Qbp + Qbp bp Kolčna toplne koju smo uštedl u kombnranoj prozvodnj elektrčne energje toplne u usporedb s odvojenom prozvodnjom je: P P Q Q + + sep Qom Qbp Qbp χ Qbp χ (.25 ) Relatvna ušteda toplne, prkazana kao udo toplne predane potrošačma toplne je: Q ξ om χ (.26 ) Qbp Prema tome, kombnrana prozvodnja elektrčne energje toplne je ekonomsk mnogo splatvja (uz veću uštedu toplne) kada se prozvod vše elektrčne energje obzrom na prozvodnju toplne, tj. kada je χ vš kada je ndran stupanj djelovanja turbnskog postrojenja nž. Shema termoelektrane za kombnranu prozvodnju elektrčne energje toplne prkazana je na sl.6a. Ona sadrž kondenzajsku turbnu protutlačnu turbnu. Ovakva se shema korst vrlo rjetko. Občno se prednost daje prmjen kondenzajske turbne s automatskm oduzmanjem pare za potrebe grjanja potrošača toplne (vd poglavlje 7)..6 Međupregrjanje pare U termoelektranama s međupregrjanjem pare (slka.8), para koja je ekspandrala u vsokotlačnoj turbn vraća se na ponovno pregrjanje (međupregrjanje) u generator pare, gdje joj se temperatura povećava s T na T rh. Međupregrjana para se dovod u nskotlačn do turbne u njoj ekspandra do tlaka p u kondenzatoru.

18 8 Slka.8 Shema parno-turbnskog postrojenja s međupregrjanjem pare napojna pumpa, 2 generator pare, 3 pregrjač, 4 vsokotlačna turbna, 5 međupregrjač, 6 nskotlačna turbna, 7 kondenzator Slka.9 T-s djagram dealnoga proesa s međupregrjanjem pare T-s djagram proesa s međupregrjanjem nadkrtčnm početnm tlakom pare prkazan je na sl.9. Ovaj se proes može promatrat kao kombnaja dva proesa, glavnoga proesa a'abde2 dodatnog proesa 2ee fg32. Ako je ekvvalentna temperatura (T eq ) rh dodatnog proesa vša od one T eq za glavn proes, dodatn proes će bt još djelotvornj od glavnoga proesa, a stupanj djelovanja će bt već. U ovome slučaju, vodeć računa o malom sadržaju vlage u spušnoj par u zadnjm stupnjevma turbne, relatvn ndran stupanj djelovanja jele turbne će se povećat. Pored toga, međupregrjanje nam omogućuje da početn tlak značajno podgnemo za stu početnu temperaturu da na kraju ekspanzje mamo relatvno mal sadržaj vlage u spušnoj par. Raspoložv (teorjsk) rad po kg pare u proesu s međupregrjanjem jednak je sum raspoložvh toplnskh padova: w rh tt rh H t ( h h ) + ( h h ) rh t gdje su h h rh spefčne entalpje glavne pare međupregrjane pare, a h t h t su entalpje pare nakon adjabatske ekspanzje u vsokotlačnoj, odnosno nskotlačnoj turbn (slka.2). Kolčna toplne utrošena po kg pare za glavn do generatora pare međupregjač je: ( h h ) + ( h h ) rh q rh t gdje je h' spefčna entalpja kondenzata pare. Stupanj djelovanja ukupnog proesa s međupregrjanjem je: ( h h t) + ( hrh ht) ( h h ) + ( h h ) rh w t (.27 ) q rh tt rh rh t Ako je adjabatska ekspanzja pare završla u području vlažne pare, stupanj djelovanja ukupnog proesa će bt:

19 9 rh t Slka.2 h-s djagram za ekspanzju pare u turbn s međupregrjanjem T( srh s ) ( h h ) + ( h h ) (.28 ) rh t Indran stupanj djelovanja možemo prkazat jednadžbom: rh I ( h h t) r + ( hrh ht) ( h h ) + ( h h ) II r (.29 ) gdje su I r rh II r relatvn ndran stupnjev djelovanja za vsokotlačn nskotlačn do turbne. Pad tlaka p rh u međupregrjaču u dovodnom odvodnom parovodu smanjuje stupanj djelovanja ne smje prjeć % od apsolutnoga tlaka u međupregrjaču (slka.2). Temperatura pare nakon međupregrjanja je občno jednaka l blzu temperature glavne pare, tako da je: T rh T o ( 2 C) ± Međupregrjanje po prrod zskuje posebna rješenja u konstrukj turbne zskuje prmjenu vsokolegranh čelka, zbog čega je jena takvh turbna veća za do 2% obzrom na klasčnu kondenzajsku turbnu. Stupanj djelovanja dealnoga proesa s međupregrjanjem ovs o parametrma pare koju odvodmo na međupregrjanje. Ako pretpostavmo da paru međupregrjemo na temperaturu T glavne pare te da temperaturu oduzete pare T možemo mjenjat, stupanj djelovanja dodatnog proesa (nakon međupregrjanja) će bt vš što je vša temperatura T, al će doprnos dodatnog proesa bt sve manj. To b se posebno dogodlo kada b mal stuaju T T, kada neb mal n potrebu za međupregrjanjem. Snžavanjem T se smanjuje ekvvalentna temperatura (T eq ) rh pa se prema tome stupanj djelovanja proesa smanjuje, umjesto da se povećava. Optmalna temperatura pare T opt koju odvodmo za međupregrjanje može se grubo odredt drugom aproksmajom po sljedećem postupku. Najprje moramo nać ekvvalentnu temperaturu za glavn do proesa:

20 2 T eq T rh t rh dalje se zračunava stupanj djelovanja t za kombnran proes po jednadžb (.27) l (.28) pr T..T eq nakon čega se zračunava optmalna temperatura međupregrjanja po jednadžb: T (.3 ) opt T rh t Občno se korst: (.2. ) T eq opt T 4 Tlak pare spred međupregrjača se občno uzma kao 2 do 3% od tlaka glavne pare..7 Regeneratvno zagrjavanje napojne vode Gub toplne s rashladnom vodom u kondenzatoru turbne su drektno proporonaln kolčn spušne pare koja ulaz u kondenzator. Protok pare u kondenzator može se smanjt za 3 do 4% na načn da oduzmamo paru s razlčth stupnjeva turbne korsteć njenu toplnu za zagrjavanje napojne vode. Temperatura kondenzata spušne pare jednaka je temperatur zasćenja T' koja ovs o tlaku u kondenzatoru: Tlak u kondenzatoru, kpa Temperatura zasćenja, o C Temperatura sparavanja vode u generatoru pare je sto tako jednaka temperatur zasćenja, koja ovs o tlaku glavne pare: Tlak u generatoru pare, MPa Temperatura zasćenja, o C S većm razlkama zmeđu temperature sparavanja u generatoru pare temperature dovedenog kondenzata, napojna voda može se dodatno zagrjat parom koja je oduzeta na raznm stupnjevma turbne, korsteć njenu toplnu kondenzaje. Ova metoda se nazva regeneratvno zagrjavanje napojne vode. U usporedb s uobčajenm Rankneovm proesom, proes s regenerajom ma všu prosječnu temperaturu dovoda toplne pr stoj srednjoj temperatur odvođenja toplne, pa na taj načn mamo vš stupanj djelovanja proesa. Kao kod kombnrane prozvodnje elektrčne energje toplne, povećanje stupnja djelovanja proesa s regenerajom proporonalan je snag koju smo dobl z dovedenog toplnskog toka, tj. o topln koju smo predal napojnoj vod u sustavu regeneraje. Ova kolčna toplne ovs o razl temperature zmeđu napojne vode kondenzata praktčk je neovsna o broju točk oduzmanja pare za regeneraju. Elektrčna snaga turbne koja se dobva uz stu potrošnju toplne za regeneratvno zagrjavanje napojne vode uz st protok pare u glavnom vodu, značajno je ovsna o broju točk oduzmanja razdob toplne za zagrjavanje napojne vode u regeneratvnm zagrjačma. Za stu temperaturu napojne vode, najveću snagu dobvamo za beskonačno velk broj mjesta oduzmanja, a mnmalnu snagu za samo jedno oduzmanje.

21 2 Entalpja oduzete pare Slka.2 Shema turbnskog postrojenja s jednm stupnjem regeneratvnog zagrjavanja napojne vode Entalpja kondenzata Slka.22 Ovsnost entalpje oduzete pare o entalpj kondenzata pare U slučaju regeneratvnog zagrjavanja napojne vode s oduzmanjem pare u samo jednoj točk, dobvamo najnž ekonomsk efekt pr vrlo vsokom l vrlo nskom tlaku oduzete pare, tj. pr tlaku koj je blzu tlaku glavne pare l tlaku u kondenzatoru. Najveć efekt dobvamo pr određenom tlaku oduzmanja zmeđu tlaka na ulazu tlaka na zlazu z turbne. To se može dokazat na sljedeć načn. Pogledajmo proes turbnskog postrojenja s jednm stupnjem regeneratvnog zagrjavanja vode (slka.2). Napojna voda se pumpa kroz jevn sustav zagrjača, a jev se grju zvana, parom oduzetom turbn. U tom je slučaju temperatura napojne vode na zlazu z zagrjača malo spod temperature zasćenja pare za zagrjavanje. Razlka ovh temperatura, koju nazvamo podgrjavanje vode može bt.5 do 6 o C. Osm površnskh zmjenjvača toplne, koje smo upravo opsal, kod pare nžega tlaka mogu se korstt zagrjač s mješanjem pare zravno u napojnu vodu prtom se ne javlja nkakvo podgrjavanje. Shema postrojenja s kondenzajskom turbnom jednm oduzmanjem pare za regeneratvn zagrjač vode površnskog tpa prkazana je na sl.2. Napojna voda se vod kroz zagrjač prtom zagrje tako da joj entalpja poraste s h' na h fw. Entalpja oduzete pare za grjanje se prtom smanj s h b na h' b. Kondenzat pare se pr entalpj h' b vraća u kondenzator turbne. Pretpostavmo da je podgrjavanje vode u zagrjaču jednako: h b h fw δh Ako s α označmo udo oduzete pare kao udo u glavnoj struj koja ulaz u turbnu, možemo napsat jednadžbu za blanu energje na regeneratrvnom zagrjaču napojne vode: α ( h b h b) h fw h h b δh h tako da je udo oduzete pare (bleeder) jednak: h h δh h h b α (.3 ) b b Rad koj b zvršla oduzeta para b bo:

22 w h h δh b ( h h ) ( h h ) α α b b (.32 ) hb h b 22 Ako entalpju h b oduzete pare prkažemo kao ordnatu entalpju kondenzata kao apssu, dobvamo grafčk prkaz I među ovm parametrma (slka.22). Ako podgrjavanje napojne vode označmo s δ h h b h fw paralelnm pomanjem lnje u ljevo za tu vrjednost, dobvamo lnju 2 koja prkazuje entalpju pare za zagrjavanje ovsno o onoj za napojnu vodu. Pošto se razlka entalpja oduzete pare njenoga kondenzata u jednadžb (.32) nalaz u nazvnku pošto ona malo ovs o tlaku oduzmanja, možemo pretpostavt da je rad w α koj je predala oduzeta para proporonalan površn šrafranog pravokutnka sa stranama h' b -h' -δh h -h b (slka.22). Površna ovoga pravokutnka je F pa je pr entalpj oduzete pare h b koja b bla jednaka onoj za glavnu paru (h ) l onoj za stanje u kondenzatoru (h' ) rad oduzete pare w α jednak nul. Maksmaln rad w α u promatranom slučaju regeneratvnog zagrjanja napojne vode u jednom stupnju mat ćemo pr nekoj vrjednost entalpja glavne spušne pare kada zagrjavanje napojne vode u zagrjaču čn prblžno polovu zagrjavanja od temperature kondenzata do temperature vrenja u generatoru pare. Ako regeneratvno zagrjavanje napojne vode u jednom stupnju zamjenmo s onm u tr stupnja, elektrčna energja prozvedena pr stoj potrošnj toplne dovedene generatoru pare će se povećat na vrjednost prkazanu površnom koja je ogrančena konturom AabdefgA. Pr beskonačno velkom broju oduzmanja pare za regeneratvno zagrjavanje napojne vode, prozvedena elektrčna energja mala b najvšu vrjednost koja b bla jednaka površn ACBA. U praks je broj oduzmanja za regeneratvno zagrjavanje napojne vode ogrančen (občno ne vše od 9) tehnčko ekonomskm kompromsom. Točke oduzmanja su raspoređene tako da se entalpja napojne vode povećava u svakom zagrjaču za prblžno jednaku vrjednost, tj. da toplnsk padov pare zmeđu susjednh točk oduzmanja budu jednak. Kako se može vdjet na sl.22 uz takav raspored točk oduzmanja, prozvedena energja za danu potrošnju toplne prema tome ekonomsk doprnos regeneraje su u svom maksmumu. Općento govoreć, regeneratvno zagrjavanje može povećat temperaturu napojne vode do temperature blzu temperature zasćenja pr tlaku u generatoru pare. To b međutm moglo drastčno povećat gubtke toplne s spušnm plnovma z generatora pare. Iz th razloga, Međunarodne norme o vrstama velčnama turbna preporučuju da se temperatura napojne vode na ulazu u generator pare odabere pr 65 do 75% od temperature zasćenja za tlak u generatoru pare. Za termoelektrane s nadkrtčnm parametrma pare početnm tlakom p 23.5 MPa, temperatura napojne vode se uzma od 265 do 275 o C. Stupanj djelovanja dealnoga proesa s regenerajom (uz beskonačn broj točk za oduzmanje pare) može se odredt pomoću T-s djagrama (slka.23) u kojemu je toplna dovedena radnom medju u generatoru pare: q h r h fw jednaka površn a'bd2 topln odvedenoj u kondenzatoru: q 2 r T ( s s ) fw koja je predstavljena plohom ae2. Prema tome će termodnamčk stupanj djelovanja dealnoga proesa s regenerajom bez međupregrjanja pare uz beskonačn broj oduzmanja pare bt: r tr q r ( s s ) q q T 2r fw (.33 ) h h fw

23 23 Slka.23 Idealn proes s regenerajom (s beskonačnm brojem točk oduzmanja) Slka.24 Relatvn dobtak na spefčnoj potrošnj toplne za elektrane (a) bez (b) s međupregrjanjem pare (z - broj regeneratvnh zagrjača) Na st načn, stupanj djelovanja dealnoga proesa s međupregrjanjem pare će bt: rh, tr T( srh s fw) ( h h ) + ( h h ) (.34 ) t rh fw Stupanj djelovanja proesa bez regeneraje bez međupregrjanja pare je: T s s t (.35 ) h h

24 Na st načn, za proes s međupregrjanjem mamo: rh tr T( srh s ) ( h h ) + ( h h ) (.36 ) t rh 24 Povećanje stupnja djelovanja za dealn proes s regenerajom s beskonačnm brojem točk oduzmanja pare u usporedb s proesom bez regeneraje je: (a) za proes bez međupregrjanja: ξ r tr t t (.37 ) (b) za proes s međupregrjanjem: ξ rh, r rh, tr rh t rh t (.38 ) Uz ogrančen broj z zagrjača vode u sustavu s regenerajom zadanom entalpjom h fw napojne vode, povećanje stupnja djelovanja uz odgovarajuće odabrane tlakove pare u točkama oduzmanja mogu se grubo odredt obzrom na slku.24 po jednadžb: ξ rz ξ h ( ) z h γ (.39 ) z 2h h h r fw gdje je h z entalpja pare u gornjem regenerajskom oduzmanju, a γ je koefjent koj uzma u obzr perfektnos sustava regeneraje. Točnj proračun stupnja djelovanja turbnskog postrojenja s određenm sustavom regeneraje može se zradt na sljedeć načn. Pretpostavkom relatvnog ndranog stupnja djelovanja za do turbne, proes ekspanzje pare konstruramo u h-s djagramu (slka.25) na kojemu su označene točke oduzmanja za regeneraju. Tada odredmo blanu toplne za zagrjač vode kako b z njh našl relatvne kolčne oduzete pare zračunal rad kg pare koj je predan turbn. U općentom slučaju, jednadžba za blanu toplne je: β z ex n n ex ( h fw h fw) ( hdr hdr) m+ α m (.4 ) hm h m gdje faktor β predstavlja relatvnu kolčnu napojne vode koja prolaz kroz zadan zagrjač vode, ndex fw označava napojnu vodu (feed water), a dr drenažu kondenzata (ondensate dranage), gdje gornj ndeks n označava ulaz, ex zlaz. Oznake h m h' m označavaju entalpju oduzete pare njenoga kondenzata, a α j je udo drenaže kondenzata u svakom zagrjaču. Rad za kg pare u turbn zračunava se kao suma produkata efektvnh toplnskh padova protoka pare kroz svaku sekju turbne (slka.25): H j z z h h + ( hi hii)( I) + ( hii hiii)( II) + + α α... α j H (.4 )

25 25 Slka.25 h-s djagram ekspanzje pare odabr točk oduzmanja pare za regeneraju gdje su h I, h II, h III entalpje pare u oduzmanju, α I, α II,...α z su udjel pare oduzete u., 2. z- tom oduzmanju, a: H z h z h Protok glavne pare računamo po jednadžb: P m H & (.42 ) gdje je P, kw, ndrana snaga turbne, a Stupanj djelovanja postrojenja možemo zračunat po jednadžb: H, kj/kg, je reduran efektvn toplnsk pad. H r (.43 ) h h fw potrošnju toplne, kj/kj po jednadžb: q (.44 ) r Termodnamčk stupanj djelovanja za sustav s kondenzajskom turbnom sa z oduzmanja pare za regeneraju možemo zračunat po jednadžb: H z α d j ( H H ) fw j tr (.45 ) h h

26 26 U generator pare Dovod pare na brtve S vretena ventla Slka.26 Shema turbnskog postrojenja s korštenjem propuštene pare kroz brtve na krajevma turbne na ventlma T - turbna, G - generator, C - kondenzator, CP - pumpa kondenzata, ME - glavn ejektor, MEC - hladnjak glavnoga ejektora, GE - ejektor brtv, GESC - hladnjak pare za ejektor brtv, H-H4 - zagrjač, CC - hladnja kondenzat, D - otplnjavanje, FP - napojna pumpa gdje je H, kj/kg, ukupn adjabatsk (zentropsk) toplnsk pad na turbn, α j je relatvna potrošnja pare u oduzmanjma za regeneraju, H j je zentropsk toplnsk pad od početnog stanja pare do stanja tlaka u danoj točk oduzmanja, h h fw su entalpje pare spred turbne entalpja zagrjane napojne vode, a j je broj mjesta oduzmanja (brojčana oznaka). Regeneraja ma poztvn utjeaj na relatvn ndran stupanj djelovanja na prvm stupnjevma turbne obzrom da povećava protok pare kroz mjesta najvšeg tlaka koja na taj načn mogu mat veću vsnu lopata. Volumn protok kroz zadnje stupnjeve turbne se smanjuje kod proesa s regenerajom, pa se tme smanjuju gub spušnom parom putem njene knetčke energje zbog zlazne brzne na zadnjm stupnjevma turbne..8 Toplnsk proes suvremenh parnoturbnskh postrojenja Suvremena parnoturbnska postrojenja srednjeg velkog kapateta maju vsok stupanj djelovanja zbog prmjene vsoke razne regeneraje s velkm brojem točk oduzmanja korštenja pare z brtv na krajevma turbne, brtv na ventlma drugh brtv. Najjednostavnj toplnsk proes s turbnom u jednom kućštu prkazan je na sl.26. Glavna para s parametrma p, T dovod se z generatora pare do ulaza u turbnu kroz glavn parovod. Nakon ekspanzje pare u turbn do tlaka p ona se usmjerava u kondenzator gdje kondenzra u dodru s hladnm stjenkama. Smjesa pare zraka se pomoću glavnoga ejektora ME stalno odssava z parnoga prostora kondenzatora kako b se održao vsok vakuum (občno na apsolutnom tlaku 3 do 5 kpa). Kondenzat spušne pare struj u sabrnk kondenzata odakle se pumpom kondenzata CP vod kroz hladnjak glavnoga ejektora MEC, hladnjak ejektora za paru z brtv GESC, zagrjač pare brtv GSH nskotlačne regeneratvne zagrjače vode H H2 u otplnjač D. Otplnjač je namjenjen za odvajanje otopljenh agresvnh plnova (O 2 CO 2 ) z kondenzata, koj mogu zazvat korozju na metalnm površnama. Ksk slobodn ugljčn doksd dospjevaju u kondenzat zbog prodora zraka u vakuumrane prostore kroz razna mjesta propuštanja putem prpreme vode za dodavanje u sustav (za

27 nadoknadu gubtaka pare napojne vode). Agresvn plnov se odvajaju u otplnjaču putem zagrjavanja kondenzata vode za dodavanje drektnm dovodom pare koja kao kondenzat ostaje u njma. Temperatura vode u spremnku otplnjača je blzu temperatur zasćenja pare koju dovodmo za zagrjavanje. Suvremena parnoturbnska postrojenja, u kojma se napojna voda dovod u generator pare pr vsokom tlaku, opremljena su otplnjačma koj su projektran za vsoke tlakove od.6 do.7 MPa temperaturu zasćenja od 58 do 65 o C. Kondenzrana spušna para koja dotječe u do proesa zmeđu kondenzatora otplnjača u kojemu se po dogovoru nalaz kondenzat, dok se u djelu od otplnjača do generatora pare nalaz napojna voda. Napojna voda se z otplnjača odvod napojnom pumpom FP pr vsokom tlaku (do 35 MPa) dobavlja u monoblok jedne za regulaju parametara pregrjane pare kroz vsokotlačne zagrjače vode H3 H4 dalje u generator pare. Kako b čm bolje korstl toplnu pregrjane pare z točk oduzmanja na vsokome tlaku, vsokotlačn zagrjač napojne vode maju tr područja grjanja: glavno područje gdje se toplna predaje napojnoj vod kondenzajom grjaće pare, područje u kojemu se pregrjana para hlad do stanja zasćenja što se dešava u gornjem djelu zagrjača nazva se hlađenje pare područje za hlađenje kondenzata grjaće pare koj je smješten u donjem djelu zagrjača. Para z brtv na krajevma turbne uzma se z komora krajnjh brtv u kojma se održava tlak od 95 do 97 kpa pomoću ejektora odvod se u hladnjak pare ejektora brtv kroz koj se provod glavn kondenzat. Do pare povšenog tlaka z krajnjh labrntnh brtv dovod se u paru koju oduzmamo u. 2. točk oduzmanja pare za regeneraju. Da b sprječl possavanje zraka u vakuumsk sustav kroz krajnje brtve, svaka sljedeća do zadnje komore krajnjh brtv drž se na malom pretlaku ( do 2 kpa) pomoću regulatora postavljenog na dovod pare z otplnjača u komoru brtve. Rad prmjera, navodmo toplnske proese na monoblok parnoturbnskm postrojenjma na dvje turbne. Toplnsk proes prvog parnoturbnskog postrojenja sa snagom od 2 MW projektran je za početne parametre pare p 2.75 MPa, T 565 o C, a nakon međupregrjanja p rh 2.45 MPa, T rh 565 o C. Pr nazvnom opterećenju turbne temperatur rashladne vode na ulazu u kondenzator T w o C, tlak pare u kondenzatoru je p 3.33 kpa. Protok glavne pare pr nazvnom opterećenju turbne je 6 t/h, a protok pare kroz kondenzator je 45 t/h. Projektrana spefčna potrošnja toplne je q 8 kj/kwh. Turbna ma sedam oduzmanja pare za regeneraju putem zagrjavanja kondenzata napojne vode na 239 o C (slka.27). Kondenzat se zagrjava u tr nskotlačna zagrjača, zagrjaču na paru z brtv, zagrjač sparvača otplnjača te daljnjeg zagrjavanja napojne vode u tr vsokotlačna zagrjača. Kondenzat grjaće pare u 4., oduzmanju se odvod pomoću drenažnh pump u glavnu lnju kondenzata. Tlakov proto pare u lnjama oduzmanja su sljedeć: Oduzmanje (H7) 2 (H6) 3 (H5 otplnjač) p, MPa /.59 m&, t/h Oduzmanje 4 (H4) 5 (H3) 6 (H2) 7 (H) p, MPa m&, t/h