Klasické tepelné elektrárneKlasické tepelné elektrárne

ZÁKLADY TEÓRIE TEPELNEJ ENERGETIKYZÁKLADY TEÓRIE TEPELNEJ ENERGETIKY

• napájacia voda v kotli (a) sa ohreje na bod varu (1),

G

5

3

4

1 - 2

b

a

K T

•kondenzát je odčerpávaný kondenzačným čerpadlom a stláčaný napájacím čerpadlom na vyšší tlak a tvorí tak napájaciu vodu (a).

Tepelný obeh parnej elektrárne (Rankin-Clausiov obeh s úplnou kondenzáciou)

• 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),

ZÁKLADY TEÓRIE TEPELNEJ ENERGETIKYZÁKLADY TEÓRIE TEPELNEJ ENERGETIKY

S – entropia, T – teplotaa-1-2-3-4-5-b-a množstvo tepla privedeného vode a pare a-1-5-b-a množstvo tepla, ktoré je potrebné odobrať

expandovanej pare1-2-3-4-5-1 užitočná práca, ktorá sa vykoná v turbíne

G

55

3 3

44

2 1 - 2

ba

1

S

T

b

a

ZÁKLADY TEÓRIE TEPELNEJ ENERGETIKYZÁKLADY TEÓRIE TEPELNEJ ENERGETIKY

Účinnosť tohoto cyklu je možné zvyšovať:

- zväčšením privedeného teplaplocha 1-2-3-4-5-1(kvalita materiálu turbíny),

- zmenšením odvedeného teplaplocha 5-b-a-1-5(teplota chladiacej vody).

5

3

4

2

b a

1

S

T

a) znížením tlaku v kondenzátore,b) zvyšovaním parametrov vstupnej pary,c) regeneráciou tepla,d) prihrievaním pary.

ZÁKLADY TEÓRIE TEPELNEJ ENERGETIKYZÁKLADY TEÓRIE TEPELNEJ ENERGETIKY

G

55

3

44

21-2

ba

1

b S

T

a

3

5

3

4

2

ba

1

S

T6

7

G5

4

1-2

ba

3

6 7

Rankin-Clausiov obeh v T- S diagrame klasický a s prihrievaním

Premenená energia

Privedená energia Využitá energia

Straty

(%) energia privedená

energia využitáηp

v ==WW

účinnosť

ÚČINNOSŤ ELEKTRICKÝCH ZDROJOVÚČINNOSŤ ELEKTRICKÝCH ZDROJOV

ÚČINNOSŤ ELEKTRICKÝCH ZDROJOVÚČINNOSŤ ELEKTRICKÝCH ZDROJOV

tepelné moderné elektrárne 40 %klasické elektrárne- teplárne s odberovou turbínou 60 % teplo, 26 % el. energiaelektrárne s plynovými turbínami pracujúcimi v kombinovanom cykle 75 - 90 %jadrové elektrárne 28 %kogeneračné elektrárne 85 - 90 %vodné prietočné elektrárne 80 - 85 %akumulačné elektrárne 90 %

prečerpávacie elektrárne 70 - 76 %prílivové elektrárne 60 - 75 %

veterná elektráreň 30 %, 60 % -teoretickyfotovoltické elektrárne

monokryštalické články 15 %polykryštalické články 12 %

Zjednodušená schéma kondenzačnej elektrárne1 - parný kotol, 2 - kondenzačná turbína, 3 - alternátor, 4 - kondenzátor,5 - kondenzačné čerpadlo, 6 - odplyňovač, 7 - napájacia nádrž, 8 – napájačka.

SCHÉMA ELEKTRÁRNESCHÉMA ELEKTRÁRNE

TYPY TEPELNÝCH TURBÍNTYPY 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 900 – 1400 °C,- parné turbíny - na prehriatu paru 400 – 650 °C,

- na sýtu (mokrú) paru 240 – 270 °C.

Tlak výstupnej pary - protitlakové turbíny 0,11 – 0,6 MPa,- kondenzačné turbíny 0,02 – 0,08 MPa.

TYPY TEPELNÝCH TURBÍNTYPY TEPELNÝCH TURBÍN

Počet telies

- jednotelesovéturbíny,

- viacstupňovéturbíny.

Prúdenie pracovnej látky - axiálna turbína (najpoužívanejšia),- radiálna turbína (už sa temer nepoužíva),- centripetálna turbína (malé turbíny).

KLASICKÉ (TEPELNÉ) ELEKTRÁRNEKLASICKÉ (TEPELNÉ) ELEKTRÁRNE

Účinnosť tepelnej elektrárne0,88 0,51 0,88

A. Kondenzačné elektrárne (parné elektrárne)- výroba elektrickej energie, - max. účinnosť 45 %, typická 33 %, u nás 28 % pre 110 MW bloky.

K T G

Výpočet účinnostiTeplota pary na vstupe do turbíny T1 = 500 °C = 500 +273,15 = 773,15 K

Teplota pary na výstupe z turbíny T2 = 40 °C = 40 +273,15 = 313,15 K

Termická účinnosť turbíny ηth = = = 0,6

Mechanická účinnosť turbíny ηm = 0,85

Celková účinnosť turbíny ηT =ηth . ηm = 0,6 . 0,85 = 0,51Výsledná účinnosť tepelnej elektrárne

η = ηK . ηT . ηG = 0,88 . 0,51 . 0,88 = 0,4 (40 %)

1

21

TTT −

157731531315773

,,, −

KONDENZAČNÁ ELEKTRÁREŇKONDENZAČNÁ 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 spotrebyelektrickej energie.

http://www.seas.sk/encyklopedia/elektrina-sposob-vyroby/tepelna-elektraren/

http://www.seas.sk/_cms_/_files/822/schema_tepelna.htm

http://aladin.elf.stuba.sk/Katedry/KMECH/slovakversion/Predmety/ELEKTRARNE_I/prednasky/

KLASICKÉ (TEPELNÉ) ELEKTRÁRNEKLASICKÉ (TEPELNÉ) ELEKTRÁRNE

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 %.

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.

TECHNOLOGICKÉ OKRUHY ELEKTRÁRNETECHNOLOGICKÉ OKRUHY ELEKTRÁRNE

1. OKRUH PALIVA, TROSKY A POPOLČEKA2. OKRUH VZDUCHU A SPALÍN3. OKRUH NAPÁJACEJ VODY A PARY4. OKRUH CHLADIACEJ A TECHNICKEJ VODY5. OKRUH ELEKTRICKEJ ENERGIE

1. OKRUH PALIVA1. OKRUH PALIVAZákladné znaky akosti paliva sú:obsah vody (%), obsah popola (%), výhrevnosť (J.kg-1)

výhrevnosť (kJ.kg-1) obsah vody (%)antracit 33 500 1 ÷ 3čierne uhlie 25 00 až 29 000 2 ÷ 6

hnedé uhlie 11 000 až 17 000 10 ÷ 30

A. Uhlie

B. RopaVýhrevnosť: 41 000 až 46 000 kJ.kg-1,Zloženie ropy: uhlík 85 %, vodík 13 %, síra 1 %, kyslík 0,8 %, ostatné 0,2 %

C. Zemný plynVýhrevnosť: 33 500 kJ.kg-1Zloženie plynu: metán 84 %, etán 7 %, dusík 8 %, oxid uhličitý 1 %

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.

1. OKRUH TROSKY A POPOLČEKA1. OKRUH TROSKY A POPOLČEKA

Pred rozptýlením cez komín sa z dymových plynov odlučuje v odprašovacích zariadeniach popolček (cca 90 %):- mechanicky na sucho v cyklónoch,- mechanicky na mokro v práčkach,- elektricky ionizáciou plynu v elektrofiltroch.

Tuhý odpad spolu s popolčekom sa dopravujú mechanicky alebo hydraulickyna zložisko.

A. VZDUCHVzduchové ventilátory dodávajú do kotla:

- primárny vzduch – regulácia množstva paliva,

- sekundárny vzduch – regulácia dokonalosti horenia.

2. OKRUH VZDUCHU A SPALIN2. OKRUH VZDUCHU A SPALIN

Dodávaný vzduch sa ohrieva v ohrievačoch (LJUNGSTRÖM).

B. SPALINYPri 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.

Plynný odpad sa pred rozptýlením cez komín obmedzuje:COX - separácia, SOX - odsírovanie, NOX – 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.

Podtlak musí byť podporovaný dymovými ventilátormi.

Výška komína je od 50 do 200 m.

2. OKRUH VZDUCHU A SPALIN2. OKRUH VZDUCHU A SPALIN

3. OKRUH NAPÁJACEJ VODY A PARY3. OKRUH NAPÁJACEJ VODY A PARYA. 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 hydraulickéodpory potrubia.

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,

- vratné kondenzáty pri teplárenskej prevádzke sa po úprave privádzajúdo zásobníkov napájacej vody.

3. OKRUH NAPÁJACEJ VODY A PARY3. OKRUH NAPÁJACEJ VODY A PARY

C. Para- 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 500 – 560 °C,

s tlakom 9 – 15 MPa.

Z hornej hladiny bubna sa odoberajú koncentrované soli - odluh.

Zo spodnej časti kotla sa odvádzajú kaly - odkalovanie.

3. OKRUH NAPÁJACEJ VODY A PARY3. OKRUH NAPÁJACEJ VODY A PARY

4. CHLADIACA A TECHNICKÁ VODA 4. CHLADIACA A TECHNICKÁ VODA

Okruh chladiacej vody môže byť: otvorený - prietočný,

uzavretý - cirkulačný.

Chladiaca voda je potrebná pre:

- odvedenie kondenzačného tepla odoberaného výstupnej pare do

okolia. Kondenzácia pary nastáva pri teplotách blízkych okolitej

teplote.

- pre chladenie oleja a ďalších zariadení.

Chladeniea) 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.

4. OKRUH CHLADIACEJ A TECHNICKEJ VODY 4. OKRUH CHLADIACEJ A TECHNICKEJ VODY

Chladiace vežea) 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 10 - 15 °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

4. OKRUH CHLADIACEJ A TECHNICKEJ VODY 4. OKRUH CHLADIACEJ A TECHNICKEJ VODY

Chladiace veže

4. OKRUH CHLADIACEJ A TECHNICKEJ VODY 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.

4. OKRUH CHLADIACEJ A TECHNICKEJ VODY 4. OKRUH CHLADIACEJ A TECHNICKEJ VODY

alternátor, budič, blokový transformátor, pohony, čerpadlá, ventilátory, rozvodňa vlastnej spotreby, výstupná rozvodňa.

5. OKRUH ELEKTRICKEJ ENERGIE 5. OKRUH ELEKTRICKEJ ENERGIE