Klasické tepelné elektrárne

Transcript

1 Klasické tepelné elektrárne

2 ZÁKLADY TEÓRIE TEPELNEJ ENERGETIKY 4 Tepelný obeh parnej elektrárne 3 (Rankin-Clausiov obeh s úplnou kondenzáciou) K a 1-2 T 5 G napájacia voda v kotli (a) sa ohreje na bod varu (1), b postupne z nej vzniká mokrá (2) a sýta para (3), prívodom tepla v prehrievaku prehriata para (4), ktorá sa privádza do turbíny, kde expanduje a odovzdá časť svojej energie turbínovým lopatkám, z turbíny odchádza para (5) do kondenzátora, v ktorom sa odoberá teplo v takej miere, že para kondenzuje na kvapalný kondenzát (b), kondenzát je odčerpávaný kondenzačným čerpadlom a stláčaný napájacím čerpadlom na vyšší tlak a tvorí tak napájaciu vodu (a).

3 ZÁKLADY TEÓRIE TEPELNEJ ENERGETIKY 4 T G a b a b S S entropia, T teplota a b-a množstvo tepla privedeného vode a pare a-1-5-b-a množstvo tepla, ktoré je potrebné odobrať expandovanej pare užitočná práca, ktorá sa vykoná v turbíne

4 ZÁKLADY TEÓRIE TEPELNEJ ENERGETIKY Účinnosť tohoto cyklu je možné zvyšovať: T zväčšením privedeného tepla plocha (kvalita materiálu turbíny), 1 a b 5 S - zmenšením odvedeného tepla plocha 5-b-a-1-5 (teplota chladiacej vody). a) znížením tlaku v kondenzátore, b) zvyšovaním parametrov vstupnej pary, c) regeneráciou tepla, d) prihrievaním pary.

5 ZÁKLADY TEÓRIE TEPELNEJ ENERGETIKY ZÁKLADY TEÓRIE TEPELNEJ ENERGETIKY G b a 1 b S T a b a 1 S T 6 7 G b a Rankin-Clausiov obeh v T- S diagrame klasický a s prihrievaním

6 ÚČINNOSŤ ELEKTRICKÝCH ZDROJOV Privedená energia Využitá energia Premenená energia Straty účinnosť η = W W v = p využitá energia privedená energia (%)

7 ÚČINNOSŤ ELEKTRICKÝCH ZDROJOV tepelné moderné elektrárne 40 % klasické elektrárne- teplárne s odberovou turbínou 60 % teplo, 26 % el. energia elektrárne s plynovými turbínami pracujúcimi v kombinovanom cykle % jadrové elektrárne 28 % kogeneračné elektrárne % vodné prietočné elektrárne % akumulačné elektrárne 90 % prečerpávacie elektrárne % prílivové elektrárne % veterná elektráreň 30 %, 60 % -teoreticky fotovoltické elektrárne monokryštalické články 15 % polykryštalické články 12 %

8 SCHÉMA ELEKTRÁRNE Zjednodušená schéma kondenzačnej elektrárne 1 - parný kotol, 2 - kondenzačná turbína, 3 - alternátor, 4 - kondenzátor, 5 - kondenzačné čerpadlo, 6 - odplyňovač, 7 - napájacia nádrž, 8 napájačka.

9 TYPY TEPELNÝCH TURBÍN Turbína je hnací rotačný lopatkový stroj, ktorý umožňuje transformáciu tepelnej, tlakovej alebo potenciálnej energie na energiu mechanickú prostredníctvom lopatiek umiestnených na rotujúcom hriadeli a obtekaných pracovným médiom. Použitá pracovná látka - plynové turbíny C, - parné turbíny - na prehriatu paru C, - na sýtu (mokrú) paru C. Tlak výstupnej pary - protitlakové turbíny 0,11 0,6 MPa, - kondenzačné turbíny 0,02 0,08 MPa.

10 TYPY TEPELNÝCH TURBÍN Prúdenie pracovnej látky - axiálna turbína (najpoužívanejšia), - radiálna turbína (už sa temer nepoužíva), - centripetálna turbína (malé turbíny). Počet telies - jednotelesové turbíny, - viacstupňové turbíny.

11 KLASICKÉ (TEPELNÉ) ELEKTRÁRNE A. Kondenzačné elektrárne (parné elektrárne) - výroba elektrickej energie, - max. účinnosť 45 %, typická 33 %, u nás 28 % pre 110 MW bloky. Účinnosť tepelnej elektrárne 0,88 0,51 0,88 Výpočet účinnosti K T G Teplota pary na vstupe do turbíny T 1 = 500 C = ,15 = 773,15 K Teplota pary na výstupe z turbíny T 2 = 40 C = ,15 = 313,15 K T1 T2 773, , 15 Termická účinnosť turbíny ηth = = = 0,6 T1 773, 15 Mechanická účinnosť turbíny ηm = 0,85 Celková účinnosť turbíny ηt =ηth. ηm = 0,6. 0,85 = 0,51 Výsledná účinnosť tepelnej elektrárne η = ηk. ηt. ηg = 0,88. 0,51. 0,88 = 0,4 (40 %)

12 KONDENZAČNÁ ELEKTRÁREŇ Pre výstavbu elektrárne sú dôležité otázky paliva a vody. Predpokladá sa: 1 kg paliva na 1 kw.h, 4 kg pary na 1 kw.h, 60 kg chladiacej vody na 1 kg pary. Rozhoduje sa medzi umiestnením pri zdroji palív alebo v mieste spotreby elektrickej energie

13 KLASICKÉ (TEPELNÉ) ELEKTRÁRNE B. Teplárne - výroba technologickej pary, - výroba elektrickej energie, - max. účinnosť 86 % (69 % teplo, 17 % elektrická energia). Používajú sa protitlakové turbíny, prípadne kombinácia s kondenzačnými odberovými turbínami. C. Elektrárne so spaľovacími turbínami - letecké motory, -špičkové zdroje elektrickej energie, - max. účinnosť 55 %. D. Paroplynové elektrárne - kombinovaná výroba s tepelne previazanými tepelnými obehmi spaľovacej plynovej a klasickej parnej turbíny, - výroba elektrickej energie, (tepla), - max. účinnosť 43 %.

14 TECHNOLOGICKÉ OKRUHY ELEKTRÁRNE 1. OKRUH PALIVA, TROSKY A POPOLČEKA 2. OKRUH VZDUCHU A SPALÍN 3. OKRUH NAPÁJACEJ VODY A PARY 4. OKRUH CHLADIACEJ A TECHNICKEJ VODY 5. OKRUH ELEKTRICKEJ ENERGIE

15 1. 1. OKRUH PALIVA Základné znaky akosti paliva sú: obsah vody (%), obsah popola (%), výhrevnosť (J.kg -1 ) A. Uhlie výhrevnosť (kj.kg -1 ) obsah vody (%) antracit čierne uhlie až hnedé uhlie až B. Ropa Výhrevnosť: až kj.kg-1, Zloženie ropy: uhlík 85 %, vodík 13 %, síra 1 %, kyslík 0,8 %, ostatné 0,2 % C. Zemný plyn Výhrevnosť: kj.kg-1 Zloženie plynu: metán 84 %, etán 7 %, dusík 8 %, oxid uhličitý 1 %

16 1. 1. OKRUH TROSKY A POPOLČEKA Pri spaľovaní tuhých palív vzniká tuhý odpad vo forme: - škvary v granulačných a roštových ohništiach, - trosky v práškových výtavných ohništiach, - popola ako tuhá časť zbytkov horenia, - popolčeka ako tuhá časť dymových plynov. Pred rozptýlením cez komín sa z dymových plynov odlučuje v odprašovacích zariadeniach popolček (cca 90 %): - mechanicky na sucho v cyklónoch, - mechanicky na mokro vpráčkach, - elektricky ionizáciou plynu v elektrofiltroch. Tuhý odpad spolu s popolčekom sa dopravujú mechanicky alebo hydraulicky na zložisko.

17 A. VZDUCH OKRUH VZDUCHU A SPALIN Vzduchové ventilátory dodávajú do kotla: - primárny vzduch regulácia množstva paliva, - sekundárny vzduch regulácia dokonalosti horenia. Dodávaný vzduch sa ohrieva v ohrievačoch (LJUNGSTRÖM). B. SPALINY Pri spaľovaní paliva sú vynášané z kotla spaliny - dymové plyny. Spaliny obsahujú odpad vo forme tuhej a plynnej. Tento odpad má najväčší vplyv na životné prostredie.

18 Plynný odpad sa pred rozptýlením cez komín obmedzuje: CO X - separácia, SO X - odsírovanie, NO X denitrifikácia. Malá časť sa dostáva cez komín do ovzdušia ako emisie popolčeka a plynov. Teplota dymových plynov v komíne je u moderných kotlov okolo 200 C a preto sa veľmi neuplatňuje statický podtlak OKRUH VZDUCHU A SPALIN Podtlak musí byť podporovaný dymovými ventilátormi. Výška komína je od 50 do 200 m.

19 3. 3. OKRUH NAPÁJACEJ VODY A PARY A. Napájacia voda - dopravuje sa zo zásobníkov napájacej vody cez nízkotlakové ohrievače do napájacej nádrže, kde sa zároveň odplynuje, - napájacie čerpadlo berie vodu z napájacej nádrže a tlačí ju cez vysokotlakový ohrievač do kotla a prekonáva kotlový tlak a hydraulické odpory potrubia.

20 B. Prídavná voda - vzniknuté straty pary sa dopĺňajú zo surovej mechanicky a chemicky upravenej (DEMI) vody, - para expanduje v turbíne a zráža sa v kondenzátore opäť na vodu. Táto voda sa kondenzačným čerpadlom dopravuje do zásobníkov napájacej vody, OKRUH NAPÁJACEJ VODY A PARY - vratné kondenzáty pri teplárenskej prevádzke sa po úprave privádzajú do zásobníkov napájacej vody.

21 C. Para OKRUH NAPÁJACEJ VODY A PARY - para vznikajúca v parnom bubne sa vedie do parojemu, - para v parojeme je mokrá (sýta para, obsahuje kvapôčky strhnutej vody), - mokrá para sa privádza do prehrievačov, kde sa vysúša. - do turbíny ide suchá (ostrá para) s teplotou C, s tlakom 9 15 MPa. Z hornej hladiny bubna sa odoberajú koncentrované soli - odluh. Zo spodnej časti kotla sa odvádzajú kaly - odkalovanie.

22 4. 4. CHLADIACA A TECHNICKÁ VODA Okruh chladiacej vody môže byť: otvorený - prietočný, Chladiaca voda je potrebná pre: uzavretý - cirkulačný. - odvedenie kondenzačného tepla odoberaného výstupnej pare do okolia. Kondenzácia pary nastáva pri teplotách blízkych okolitej teplote. - pre chladenie oleja a ďalších zariadení.

23 4. 4. OKRUH CHLADIACEJ A TECHNICKEJ VODY Chladenie a) prietočné - najúčinnejšie, najjednoduchšie a najlacnejšie, - kondenzačné teplo sa odvádza riečnou vodou, - voda je len mechanicky zbavená nečistôt, - nevýhodou sú - vysoké poplatky za použitie vody, - teplotné limity ohriatia vody v rieke. b) cirkulačné - voda cirkuluje pomocou obehového čerpadla, - kondenzačné teplo sa odvádza chladiacou vežou. c) vzduchové - výstupná para je priamo chladená v sústave radiátorov, v ktorých kondenzuje. - radiátory sú pomocou ventilátorov ofukované vzduchom, - nevýhodou sú veľké rozmery chladiča.

24 4. 4. OKRUH CHLADIACEJ A TECHNICKEJ VODY Chladiace veže a) suché - teplo sa odovzdáva do vzduchu, - rebrovaný trubkový výmenník, - nevzniká mokrá hmla, - straty vody sú obmedzené na minimum, - nedosahujú sa tak nízke teploty ako v mokrých vežiach. b) mokré - voda s teplotou okolo 30 C sa rozstrekuje, - časť vody sa odparí a tým sa zvyšok ochladí na cca C, - vzniknuté vodné pary sa prirodzeným alebo umelým vzdušným ťahom strhávajú hore a vychádzajú vo forme mokrej hmly vrchom chladiacich veží, - straty vody (cca 3 %) sa dopĺňajú z umelých nádrží so zásobami chladiacej vody. c) hybridné

25 4. 4. OKRUH CHLADIACEJ A TECHNICKEJ VODY Chladiace veže

26 4. 4. OKRUH CHLADIACEJ A TECHNICKEJ VODY Technická voda - hydraulická doprava trosky a popolčeka na vzdialené zložisko, - chemicky sa neupravuje, - filtruje sa len od mechanických prímesí. Sieť - protipožiarnej vody, - úžitkovej vody, - pitnej vody.

27 5. 5. OKRUH ELEKTRICKEJ ENERGIE alternátor, budič, blokový transformátor, pohony, čerpadlá, ventilátory, rozvodňa vlastnej spotreby, výstupná rozvodňa.