Laboratorij za termoenergetiko

Odjemni diagram odjemno kondenzacijske turbine

Kogeneracija

Industrijsko kogeneracijsko postrojenje

Odjemni diagram kogeneracijskega postrojenja

Termoenergetska postrojenja

Termoenergetsko postrojenje je sistem energetskih strojev in naprav, ki so namenjenipretvorbi primarne energije fosilnega ali druge vrste goriva v uporabnejšo oblikoenergije – toploto in/ali električno energijo. Glede na produkt ločimo tri vrstepostrojenj:

• elektrarna proizvaja samo električno energijo,

• kotlarna proizvaja samo toploto,

• toplarna pa sočasno proizvaja električno energijo in toploto (soproizvodnja alikogeneracija)

Raba energije 2

3

Termoenergetska postrojenja - elektrarna

kotel

turbina

ventilator

črpalka

generator

kondenzatorgorivo

električna

energija

4

Termoenergetska postrojenja - kotlarna

kotel

toplotna

postaja

ventilator

črpalka

koristna

toplota

gorivo

5

Termoenergetska postrojenja - toplarna

kotel

turbina

ventilator

črpalka

generator

kondenzatorgorivo

toplotna

postaja

električna

energija

koristna

toplota

Industrijsko kogeneracijsko postrojenje

V industrijskem parnem postrojenju z odjemno-kondenzacijsko turbino sočasno pridobivamoelektrično energijo in toplotni tok za tehnološke procese. Napajalna voda vstopa v kotel zizkoristkom 85 % s temperaturo 170 °C in tlakom 50 bar. Sveža para, ki ima tlak 40 bar,temperaturo pa 480 °C, v visokotlačnem delu ekspandira do 8 bar in 280 °C, v nizkotlačnem pado 0,06 bar in suhosti 0,91. Iz odjema med obema deloma turbine gre 1,7 kg/s pare zaregenerativno gretje napajalne vode, ki ima za kondenzatno črpalko temperaturo 36 °C. Pravtako gre iz odjema še dodatnih 4 kg/s pare še za tehnološki proces. Masni tok sveže pare je 8,55kg/s. Toploto odjemne pare v toplotni postaji izkoristimo do stanja vrele vode.

a) Izračunaj moč turbine, toplotni tok za tehnološki proces in toplotno moč goriva. Določi šeenergijski izkoristek postrojenja.

b) Kakšen je energijski izkoristek pri povsem elektrarniškem obratovanju?

c) Izračunaj eksergijski izkoristek za oba primera.

d) Za primer kotlarne, kjer pridobivamo 4 kg/s tehnološke pare s tlakom 8 bar in temperaturo280 °C, izračunaj eksergijski izkoristek. Kotel ima izkoristek 85 %, temperatura napajalnevoda pa je 20 °C.

e) Analiziraj vpliv toplarniškega razmernika na proizvedeno moč, koristen toplotni tok terenergijski in eksergijski izkoristek kogeneracijskega postrojenja

Raba energije 6

Industrijsko kogeneracijsko postrojenje

Raba energije 7

Industrijsko kogeneracijsko postrojenje

Raba energije 8

sveža para: 8,55 kg/s

regenerativno gretje: 1,7 kg/s

toplotna postaja: 4 kg/s

izkoristek kotla: 85 %

okolica: 1 bar, 20 °C

T p x

°C bar

nv 170 50

sp 480 40

od 280 8

od' 8 0

iz 0,06 0,91

ok 20,0 1

Industrijsko kogeneracijsko postrojenje

Raba energije 9

T p x s h e

°C bar kJ/kgK kJ/kg kJ/kg

nv 170 50 2,037 721,5 127,4

sp 480 40 7,032 3400,0 1341,5

od 280 8 7,159 3014,6 918,7

od' 8 0 2,046 721,0 124,1

iz 0,06 0,91 7,626 2349,3 116,5

ok 20,0 1 0,296 84,0 0,0

Toplarniški razmernik

Raba energije 10

t

TP

P

Qχ

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0

4

8

12

16

20

24

28

32

0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,6

izko

rist

ek

/ %

mo

č /

MW

toplarniški razmernik

moč turbine toplotna moč energijski izkoristek eksergijski izkoristek

Soproizvodnja in ločena proizvodnja

Raba energije 11

toplarna elektrarna kotlarna el. + kot.

masni tokovi

sveža para ṁsp kg/s 8,55 5,65

regenerativno gretje ṁnr kg/s 1,70 1,12

toplotna postaja ṁtp kg/s 4,00 0,00 4

kondenzator ṁiz kg/s 2,85 4,53 0

energijski tokovi

turbina Pt kW 5191 5191 0 5191

toplotna postaja Q̇tp kW 9174 0 9174 9174

kotel Q̇k kW 22901 15140 9172 24312

gorivo Q̇g kW 26942 17811 10791 28602

eksergijski tokovi

turbina Pt kW 5191 5191 0 5191

toplotna postaja Ėtp kW 3178 0 3178 3178

gorivo Ėg kW 26942 17811 10791 28602

izkoristek

energijski η 0,533 0,291 0,850 0,502

eksergijski ξ 0,311 0,291 0,295 0,293

toplarniški razmernik χ 1,767 0,000 1,767

Omejitve obratovanja energetskega sistema

Raba energije 12

Parni kotel:proizvodnja pare – navzgor omejena s konstrukcijo, navzdol omejena z nestabilnostjo obratovanja in slabim izkoristkom

Omejitve obratovanja energetskega sistema

Raba energije 13

Električni generator:proizvedena električna moč – navzgor omejena s konstrukcijo (zmogljivostjo)

Omejitve obratovanja energetskega sistema

Raba energije 14

Nizkotlačni del turbine:pretok pare – navzgor omejen z goltnostjo (konstrukcija), navzdol omejen s pregrevanjem turbine (hladilna para)

Omejitve obratovanja energetskega sistema

Raba energije 15

Toplotna postaja:pretok pare – navzgor omejen z goltnostjo (konstrukcija)

Odjemni diagram

Za kogeneracijsko postrojenje iz naloge A konstruiraj odjemni diagram, pri čemer upoštevajnaslednje omejitve:

največja zmogljivost parnega kotla je 13,9 kg/s

najmanjša zmogljivost parnega kotla je 6,3 kg/s

goltnost nizkotlačne turbine je 7 kg/s

potrebni pretok pare skozi nizkotlačno turbino je vsaj 0,8 kg/s.

največja moč električnega generatorja je 9 MW

goltnost toplotne postaje je 8,7 kg/s

Upoštevaj, da je masni tok pare za regenerativno gretje odvisen od masnega toka vode, ki jo jepotrebno segrevati. Pri konstantnih parametrih pare in vode je razmerje masnih tokovkonstantno in enako kot v primeru A.

Raba energije 16

sp

nrnr

m

mμ

Odjemni diagram

Raba energije 17

A največja zmogljivost parnega kotlaB najmanjša obremenitev kotlaC največja obremenitev generatorja

Odjemni diagram

Raba energije 18

A največja zmogljivost parnega kotlaB najmanjša obremenitev kotlaC največja obremenitev generatorjaČ elektrarniško obratovanje

Odjemni diagram

Raba energije 19

A največja zmogljivost parnega kotlaB najmanjša obremenitev kotlaC največja obremenitev generatorjaČ elektrarniško obratovanjeD obratovanje brez NT turbineE obratovanje z največjim odjemom

Odjemni diagram

Raba energije 20

A največja zmogljivost parnega kotlaB najmanjša obremenitev kotlaC največja obremenitev generatorjaČ elektrarniško obratovanjeD obratovanje brez NT turbineE obratovanje z največjim odjemomF največja goltnost kondenzatorja

Odjemni diagram

Raba energije 21

A največja zmogljivost parnega kotlaB najmanjša obremenitev kotlaC največja obremenitev generatorjaČ elektrarniško obratovanjeD obratovanje brez NT turbineE obratovanje z največjim odjemomF največja goltnost kondenzatorjaG največja goltnost toplotne postaje

Odjemni diagram

Raba energije 22

A največja zmogljivost parnega kotlaB najmanjša obremenitev kotlaC največja obremenitev generatorjaČ elektrarniško obratovanjeD obratovanje brez NT turbineE obratovanje z največjim odjemomF največja goltnost kondenzatorjaG največja goltnost toplotne postaje

Odjemni diagram

Raba energije 23

A največja zmogljivost parnega kotlaB najmanjša obremenitev kotlaC največja obremenitev generatorjaČ elektrarniško obratovanjeD obratovanje brez NT turbineE obratovanje z največjim odjemomF največja goltnost kondenzatorjaG največja goltnost toplotne postaje

Odjemni diagram

Raba energije 24

moč turbine (splošno):

nttpnrspvtspg hmμmhmP Δ1Δ

masni pretok sveže pare (splošno):

ntnrvtnttpg

sphμh

hmPm

Δ1Δ

Δ

Odjemni diagram

Raba energije 25