2

SADRŢAJ

REZIME …………………………………… I

POPIS SLIKA …………………………………… II POPIS DIJAGRAMA

…………………………………… III

1. UVOD

…………………………………… 6

2. HISTORIJSKI RAZVOJ

…………………………………… 7

3. PODJELA TERMOELEKTRANA

…………………………………… 8

3.1 Podjela termoelektrana prema vrsti pogonskih strojeva

…………………………………… 8

3.1.1 Plinsko turbinsko postrojenje …………………………………… 8

3.1.2 Parno – turbinsko postrojenje …………………………………… 10

3.1.3 Kombinirano – turbinsko postrojenje

…………………………………… 10

4. DIJELOVI TERMOENERGETSKOG POSTROJENJA

…………………………………… 12

4.1 Komora izgaranja …………………………………… 14 4.2 Kompresor …………………………………… 14 4.3 Kondenzator …………………………………… 15 4.4 Turbina …………………………………… 16 4.5 Generator pare …………………………………… 17 4.5.1 Pregrijač pare …………………………………… 18 4.5.2 MeĎupregrijač …………………………………… 18 4.5.3 Ekonomajzerske površine …………………………………… 18 4.5.4 Zagrijači zraka …………………………………… 18 4.5.5 Rashladni tornjevi

…………………………………… 19

5. SNAGA BLOKA

…………………………………… 20

6. PARAMETRI PARE

…………………………………… 21

7. PRINCIP RADA TERMOELEKTRANE

…………………………………… 22

8. UTICAJ TERMOELEKTRANA NA OKOLIŠ

…………………………………… 24

9. POTREBA ZA NOVIM IZVORIMA ENERGIJE

…………………………………… 25

10. PRORAČUN ZA TERMOELEKTRANU

…………………………………… 26

11. ZAKLJUČAK

…………………………………… 33

LITERATURA …………………………………… 34

3

I REZIME

Živimo u vremenu kada tehnika nalazi značajnu primjenu u svim oblastima ljudskog života.

Za svu tu tehniku, koju čovjek danas koristi potrebna je električna energija kao pogonsko

sredstvo. Savremeni život čovjeka se ne može zamisliti bez korištenja električne energije.

Ona ima primjenu u industriji , poljoprivredi, rudarstvu, saobraćaju, domaćinstvu i dr.

Električnom energijom se pokreću motori, spajaju metali, osvetljavaju stanovi i ulice, radne

prostorije, pokreću trolejbusi, tramvaji, vozovi, omogučuje prenošenje vijesti i drugih

informacija putem telefona, radija, televizije, Interneta.

Termoelektrane imaju važnu ulogu u proizvodnji električne energije, kao takve

omogučavaju razvoj ljudske i društvene civilizacije.

4

II POPIS SLIKA

Slika 1 Termoelektrana u Tuzli Slika 2 Osnovni plinsko – turbinski proces Slika 3 T-s dijagram osnovnog plinsko – turbinskog procesa Slika 4 Osnovni parno – turbinski proces Slika 5 Kombinirane termoelektrane Slika 6 Termoelektrana na ugalj Slika 7 Temeljni elementi termoelektrane na ugalj Slika 8 Princip rada termoelektrane na ugalj Slika 9 Komora izgaranja Slika 10 Kompresor Slika 11 Kondenzator Slika 12 Turbina Slika 13 Turbine Slika 14 Blok termoelektrane Slika 15 UporeĎivanje tehnologije različitih energenata Slika 16 Usvojena šema termoelektrane Slika 17 Bilans zagrijača I Slika 18 Bilans zagrijača II

5

III POPIS DIJAGRAMA

Dijagram 1 Temperatura entropija za paru Dijagram 2 Gubici u termoelektranama Dijagram 3 Potrošnja električne energije Dijagram 4 Dijagram odnosa T/s za prikazanu šemu termolektrane

6

1. UVOD

Termoelektrane su energetska postrojenja koje energiju dobivaju sagorijevanjem goriva, a glavna primjena i svrha termoenergetskih postrojenja je proizvodnja pare koja će pokretati turbinu, a potom i generator električne energije.

Osnovna namjena im je proizvodnja i transformacija primarnih oblika energije u koristan

rad, koji se kasnije u obliku mehaničke energije dalje iskorištava za proizvodnju električne

energije. Mehanička energija je proizvedena uz pomoć toplinskog stroja koji

transformira toplinsku energiju. Imamo pretvaranje kemijske energije u toplinsku koja se

pak različitim procesima predaje nekom radnom mediju. Radni medij pak služi kao

prenosnik te energije, često izgaranjem goriva, u energiju vrtnje. Slika 1 predstavlja

termoelektranu u Tuzli.

Slika 1– Termoelektrana u Tuzla

7

2. HISTORIJSKI RAZVOJ

Prva ideja o korištenju vodene pare za pokretanje kola s lopaticama javlja se 1629.

Ideju je iznio Giovanni Branca u svojoj knjizi Le machine. Ideja takvog stroja bila je

primitivna, s parom koja je slobodno strujala prema kotaču s lopaticama. Sam stroj

izgledao je kao vodeni mlin, ali bio je pokretan parom.

Revolucija je uslijedila kada je James Watt 1769. izumio parni stroj koji je radio s

pretlakom, u proces je bila uključena i kondenzacija, to su temelji i savremenih

termoenergetskih postrojenja. Para kao medij je izuzetno zahvalna kod prijenosa energije.

Parametri postrojenja su se mijenjali kroz historiju. Pritisak,

posebno temperatura rasli su kroz godine. Količina pare se povećava, a samim time i

snaga postrojenja. Tako se smanjuje i potrošnja goriva i podiže iskoristivost. Javljaju se još

i pregrijači i meĎupregrijači koji još više pridonose povećanju iskoristivosti. Nova revolucija

nastaje razvojem takozvanih blok postrojenja (kotao i turbina su jedan zatvoreni upravljački

krug). Ideje su postojale i postupno se razvijale kroz historiju, ali za termoelektrane kakve

danas poznajemo najvažnija je stvar patentiranje i razvoj parne turbine(1791.). Plinska

turbina dolazi mnogo kasnije, početkom 20. stoljeća.

Danas se oko 80% električne energije u industrijski razvijenim zemljama dobiva iz

termoenergetskih izvora (tu se naravno ubrajaju i plinska, ali i nuklearna postrojenja). U

modernom društvu potreba za električnom energijom raste, a samim time raste i potrošnja

električne energije po stanovniku, što je ujedno i pokazatelj privrednog razvitka pojedine

zemlje. Osim što proizvode električnu energiju termoenergetska postrojenja služe i za

proizvodnju topline koja je takoĎer itekako bitna u krajevima gdje je potrebno grijanje.

Važnost ovakvih postrojenja raste iz dana u dan bez obzira na nove izvore i načine

proizvodnje električne energije. Naravno u svemu tome raste i opterećenje na okoliš što je

pitanje kojim se takoĎer moramo aktivno pozabaviti kad govorimo o termoelektranama. Na

projektiranju, izgradnji, radu i održavanju jedne termoelektrane sudjeluje velika grupa ljudi,

inženjera različitih struka. Svi ti ljudi objedinjuju široki spektar znanja potrebnih da se obave

svi zadaci i osigura nesmetan rad jedne elektrane.

8

3. PODJELA TERMOELEKTRANA

Termoelektrane dijelimo na:

1. Parne termoelektrane (kondenzacijske termoelktrane) 2. Kogeneracijske termoelektrane (termoelktrane – toplane) 3. Plinske termoelektrane 4. Kombinovane termoelektrane 5. Dizelske termoelektrane 6. Geotermičke termoelektrane 7. Nuklearne elektrane

3.1. Podjela termoelektrana prema vrsti pogonskog stroja

Prema vrsti pokretača (stroj koji u slijedu energetske transformacije prvi pretvara bilo

koji oblik energije u mehaničku energiju) dijelimo ih na:

1. plinsko-turbinsko postrojenje (kružna postrojenja), 2. parna turbinska postrojenja 3. kombinirana postrojenja

3.1.1 Plinsko – turbinsko postrojenje

Plinsko-turbinsko postrojenje koristi dinamički pritisak od protoka plinova za direktno

upravljanje turbinom. Sam proces koji se dogaĎa u plinskoj turbini nije toliko različit od

parne turbine. Naravno različit je medij koji ekspandira, postupak dobivanja radnog medija

je takoĎer drugačiji, no sam proces koji se dogaĎa u turbini je vrlo sličan. Razlika je ta što

je pad entalpije u plinskoj turbini mnogo manji te porast volumena veći. Ukoliko želimo

povećati stepen iskoristivosti moramo povećati temperaturu medija koji ulazi u turbinu.Tu

se javlja problem hlaĎenja, pogotovo samih lopatica. Kako bismo ohladili lopatice

koristimo komprimirani zrak iz kondenzatora. Naravno dovoĎenje zraka za hlaĎenje će

smanjiti i snagu postrojenja.

Današnji razvoj materijala nam je omogućio da i izborom materijala

povećamo otpornost na temperaturu. Za izradu lopatica se danas koriste visoko legirani

materijali na bazi nikla koji uspješno podnose više temperature. Naravno bez obzira na ova

dostignuća na području materijala moramo osigurati hlaĎenje lopatica.

U plinskim elektranama se mehanička energija pretvara u električnu

pomoću plinskih motora, koji se najčešće grade kao četverotaktni motori. Ove elektrane su

obično u sistemu metalurgijskih postrojenja radi iskorištenja plinova iz visokih peći ili u

sistemu koksara i postrojenja za dobivanje plinova radi iskorištenja plinova koji nastaju pri

dobivanju koksa, zatim za iskorištavanje zemnog plina itd. Ukoliko želimo povećati stepen

9

iskoristivosti moramo povećati temperaturu medija koji ulazi u turbinu.Svako plinsko-

turbinsko postrojenje sastoji se od kompresora, komore za izgaranje i plinske turbine.

Princip rada (slika 2) : kompresor služi za stlačivanje zraka kojeg usisava

iz okoliša te ga komprimira do nekog zadanog pritiska, komprimirani zrak dovodi se do

komore izgaranja gdje se grije uslijed izgaranja goriva. Smjesa koja nastaje (zagrijani zrak

i plinovi izgaranja) ekspandiraju u plinskoj turbini gdje stvaraju moment koji se iskorištava u

proizvodnji električne energije i pri radu kompresora. Slika 3 prikazuje T-s dijagram

osnovnog plinsko – turbinskog procesa

Slika 2 – Osnovni plinski – turbinski proces

Slika 3 – T-s dijagram osnovnog plinsko – turbinskog procesa

10

3.1.2 Parno – turbinsko postrojenje

Princip rada parnog - turbinskog postrojenja (slika 4): proizvedena para uz

pomoć topline, dobivena izgaranjem goriva, odvodi se u turbinu gdje na razne načine

ekspandira stvarajući moment koji pak služi za proizvodnu električne energije u generatoru.

Koristi dinamički pritisak generatora trošenjem vodene pare za okretanje lopatica turbine.

Najveći broj velikih termoelektrana je s parnim pogonom, kod kojih se uglavnom

koriste parne turbine (oko 80 % električne energije je proizvedeno korištenjem parnih

turbina) neposredno spojene sa generatorom (turbo-generator). U ovim elektranama

toplina dobivena sagorijevanjem goriva predaje se vodenoj pari koja u parnim turbinama

proizvodi mehaničku energiju, a koja se u generatoru pretvara u električnu energiju.

Prema drugom zakonu termodinamike sva toplotna energija ne može biti

pretvorena u mehaničku energiju, zato je toplina uvijek izgubljena u okolini. Ako je ovaj

gubitak primijenjen kao korisna toplina, za industrijske procese ili grijanje okoline, parno

postrojenje se odnosi na kogeneraciju parnog postrojenja. Klasično parno-turbinsko

postrojenje zasniva se na Rankinovom procesu poznatom iz termodinamike.

Slika 4 – Osnovni parno – turbinski proces

3.1.3 Kombinirano – turbinsko postrojenje

Kombinirano postrojenje ima oboje (slika 5) : plinske turbine ložene prirodnim

plinom, parni kotao te parnu turbinu koja koristi iscrpljeni plin iz plinske turbine kako bi se

proizveo elektricitet, tj. to je cikluskoji se sastoji od plinsko-turbinskog i parno-turbinskog

dijela. Glavne sastavnice su naravno plinska i parna turbina. Osnovna namjena ovakvih

postrojenja je da se iskoristi toplina nastala na izlazu iz plinske turbine. Pošto ispušni

plinovi koji izlaze iz plinske turbine imaju izuzetno visoke temperature, oko 600 °C mogu se

iskoristiti kao sredstvo koje će grijati vodu i proizvoditi vodenu paru za parnu turbinu.

11

Time povećavamo iskoristivost samog procesa pošto je toplina koju bi inače izgubili

iskorištena za daljnju proizvodnju pare. Iskoristivost takvog postrojenja doseže i do 60%. U

kombiniranom postrojenju kompresor komprimira zrak i šalje ga u komoru izgaranja gdje se

istovremeno dovodi gorivo za izgaranje.

Plinovi izgaranja vrlo visoke temperature vode se iz komore izgaranja u plinsku

turbinu, gdje ekspandiraju dajući koristan rad na vratilu spojenom na rotor plinske turbine.

Vratilo pokreće generator električne struje i proizvodi električnu energiju koja se šalje

u mrežu. Nakon ekspanzije, ispušni se plinovi iz plinske turbine vode u utilizator (generator

pare na otpadnu toplinu). Jedna od vrlo dobrih karakteristika plinske turbine je ta što je kod

nje prisutan vrlo visok omjer zrak/gorivo budući se dodaje nekoliko puta više zraka zbog

hlaĎenja lopatica plinske turbine. Zbog toga na izlazu iz plinske turbine ostaje još dosta

neiskorištenog zraka te se taj višak zraka koristi za izgaranje dodatnog goriva u utilizatoru.

U utilizatoru se napojna voda zagrijava do isparavanja i pregrijava na zadane parametre.

Pregrijana para odlazi iz generatora pare u parnu turbinu gdje ekspandira i predaje

mehanički rad generatoru električne struje. Nakon toga para, sada već niskih parametara,

odlazi u kondenzator gdje kondenzira. Nakon kondenzacije, voda se napojnom

pumpom vraća u utilizator na ponovno zagrijavanje. Već je napomenuto da ovim principom

povećavamo iskoristivost čitavog procesa. Razlog pronalazimo u osnovama

termodinamike. Temelje možemo vidjeti u temeljnom Carnotovom procesu (izentropsko-

izotermnom).

Princip je sljedeći: ukoliko su temperaturne razlike manje, manji je i prijenos topline.

Dakle nama je od izuzetne važnosti da je ta razlika temperatura „ spremnika“ što veća.

Naravno idealni slučaj bi bio ukoliko bi temperatura radne tvari kod dovoĎenja topline bila

jednaka temperaturi ogrjevnog spremnika, a temperatura radne tvari kod odvoĎenja

postane jednaka temperaturi rashladnog spremnika. Tada govorimo o idealnom

Carnotovom procesu. Znamo da kod Carnotovog procesa iskoristivost ovisi samo o

temperaturi, odnosno temperaturi toplinskih spremnika te se nikakvim drugim varijablama

ta iskoristivost ne može promijeniti.

Slika 5– Kombinirana termoelektrana

12

4. DIJELOVI TERMOENERGETSKOG POSTROJENJA

Dijelovi termoenergetskog postrojenja:

- generator pare,

- turbina,

- generator električne energije,

- kondenzator,

- kondenzatorska pumpa,

- napojna pumpa,

- rashladni toranj,

- spremnik napojne vode,

- pregrijači pare,

- meĎupregrijači,

- ekonomajzeri i sl. (kao sastavni dio generatora pare)

Na slici 6 prikazana je termoelektrana na ugalj.

Slika 6 – Termoelektrana na ugalj

13

Slika 7 pokazuje temeljne elemente termoelektrane na ugalj:

Slika 7– Temeljni elementi termoelektrane na ugalj

Na slici 8 prikazan je princip rada termoelektrane na ugalj.

Slika 8 – Princip rada termoelektrane na ugalj

14

4.1 Komora izgaranja

Komora izgaranja (slika 9) sastoji se od dva cilindra. U prvom se odvija izgaranje

prilikom čega se razvijaju visoke temperature te se tako štiti vanjski cilindar od djelovanja

zračenja topline. Cilindri su meĎusobno povezani te se izmeĎu njih odvija prostrujavanje

zraka. Za izgaranje se dovodi 3-6 puta više zraka od teoretski potrebnog zbog sniženja

maksimalnih temperatura. Komore izgaranja trebaju osigurati: stabilno izgaranje u širokim

granicama opterećenja, jednoličnu raspodjelu temperatura dimnih plinova na izlazu iz

komore izgaranja, da gubitak pritiska u komori izgaranja bude što manji. U klasičnom

plinsko-turbinskom postrojenju možemo imati više komora izgaranja koje se slažu

uzdužno, po obodu. Takvo slaganje koristimo kao bismo smanjili dimenzije.

Slika 9 – Komora izgaranja

4.2 Kompresori

Kompresori (slika 10) služe kod plinsko-turbinskih postrojenja, mlaznim motorima i

sl. Kompresori mogu biti radijalni ili aksijalni. Kod aksijalnih strujanje zraka vrši se u smjeru

vratila, dok kod radijalnih kompresora imamo radijalno strujanje na rotorsko kolo. Radijalni

kompresori lakši su i mnogo efikasniji nego aksijalni kompresori za manje kompresijske

omjere. Kod većih postrojenja koriste se aksijalni kompresori obzirom da su efikasniji (za

veće kompresijske omjere). Isto tako u zrakoplovstvu se koriste aksijalni kompresori zbog

viših kompresijskih omjera. Kompresor za rad koristi energiju nastalu zbog rada turbine

obzirom da su turbina i kompresor najčešće na istom vratilu. Komprimirani zrak s plinovima

izgaranja tvori radni medij koji ekspandira kasnije u turbini.

15

Slika 10 – Kompresor

4.3 Kondenzator

Kondenzator (slika 11) je klasični izmjenjivač topline koji „vraća“ paru natrag

u tekuće stanje, nakon što ekspandira u turbini. Kondenzat se pumpama vraća natrag u

proces. Pritisak u klasičnom kondenzatoru je izuzetno mali (podtlak – oko 0,045 bara).

Pošto je kondenzator izmjenjivač topline potrebno je osigurati i medij kojem će se ta toplina

predati kako bi se para ohladila do temperature kondenzata. Upravo zbog toga su

termoelektrane smještene na rijekama, moru..., kako bi se osigurao medij koji će

preuzimati svu tu toplinu. Naravno postoji mogućnost da termoelektrana radi dvofazno,

odnosno kao i toplana. Tada se ta para može odvoditi vrelovodima i služiti kao grijanje

Slika 11- Kondenzator

16

4.4 Turbina

Turbina (slika 12) je rotacijski motor koji izdvaja

energiju iz tekućine ili protoka zraka i pretvara u koristan

rad. Najjednostavnije turbine imaju jedan pomični dio,

rotor, a to je vratilo ili bubanj, sa lopaticama. Protok

tekućine djeluje na lopatice tako da se okreću i daju

energiju rotacije na rotor. Rani primjeri turbina su

vjetrenjače i vodeni mlinovi. Plinske, parne i vodne turbine

obično imaju kućište oko lopatica koje sadrži i kontrolira

radnu tvar. Za izum parne turbine zaslužan je britanski

inženjer Sir Charles Parsons (1854-1931), za pronalazak

reakcije u turbini, i švedski inženjer Gustav de Laval

(1845-1913), za izum pogonske turbine.

Slika 12 - Turbina

Moderne parne turbine često upotrebljavaju reakciju i impuls u istoj jedinici, obično

različiti stepeni reakcije i impulsa iz korijena lopatica svoje periferije. UreĎaj sličan turbini,

ali u obrnutom procesu, je kompresor ili pumpa. Osovinski kompresor u mnogim plinskim

turbinama dobar je primjer. Ovdje ponovno, i reakcija i impuls su iskorišteni i opet, u

modernim osovinskim kompresorima, stepen reakcije i impulsa obično će se razlikovati od

korijena lopatica periferije. Claude Burdin 1828 je upotrijebio termin turbo iz latinskog što

označava vrtlog, tokom inženjerskog natjecanja. Benoit Fourneyron, student Claude

Burdin-a, izgradio je prvu praktičnu vodenu turbin.

Turbine (slika 13) se dijele na:

Radijalne

Aksijalne

Slika 13 – Turbine

17

4.5 Generator pare

Za generator pare mogli bismo reći da čini središnji dio svake termoelektrane.

Ukratko generator pare, što mu i samo ime kaže, služi za proizvodnju pare s odreĎenim

parametrima (temperature i pritiska) koja će se kasnije u turbini iskoristiti za proizvodnju

električne energije. Generatore pare dijelimo na: čelične generatore pare, lijevane te

generatore pare posebne namjene. U našem razmatranju osvrnuti ćemo se samo

na čelične generatore pare s obzirom da su oni najzastupljeniji i najčešći u primjeni.

Čelične generatore pare dijelimo na par podvrsta: vatrocjevne, vodocjevne i cilindrične.

Vatrocijevni generatori pare funkcioniraju tako da plamen struji kroz cijevi i tako grije vodu

koja te cijevi okružuje. Vodocijevni generatori pare su najčešći i najbrojniji te najzanimljiviji

s aspekta termoelektrana. Kao što i samo ime kaže kod vodocjevnih generatora pare voda

ili para nalaze se u samim cijevima.

Na taj način moguće je postići znatno veće tlakove i temperature nego kod

vatrocjevnih generatora pare. Vodocjevne generatore pare opet možemo podijeliti na:

horizontalne s ravnim cijevima i vertikalne sa savijenim cijevima (prirodna ili prisilna

cirkulacija). Vertikalni generatori pare sa savinutim cijevima predstavljaju najveću i nama

najvažniju skupinu. Ovakvi tipovi generatora pare se nalaze u velikim termoenergetskim

postrojenjima za proizvodnju električne energije. Za izgaranje mogu koristiti sve vrste

goriva: kruto gorivo na rešetci (ravnoj ili kosoj), kruto gorivo u fluidiziranom sloju te

izgaranje u prostoru (ugljena prašina, tekuće i plinsko gorivo). Prirodna cirkulacija u

generatoru pare ostvaruje se zbog razlike u gustoćama vode i vodene pare. Silazne cijevi

upravo zbog toga nisu grijane tako da se lakše uspostavi cirkulacija. Temelji hidrodinamike,

toplija voda će strujati prema gore dok će se hladna voda kretati prema dolje. Kada ne

možemo osigurati uslove za prirodnu cirkulaciju koristimo različite pumpe kako bismo

osigurali nesmetanu cirkulaciju.

Takvi generatori se nazivaju La Mont generatori pare. Posebni generatori pare iz

ove skupine su protočni generatori pare s prisilnom cirkulacijom. Ovakvi generatori grade

se za najveća postrojenja sa najvećim protocima, nadkritičnim pritiscima i nad kritičnim

temperaturama. Ovakvi generatori mogu proizvoditi oko 2500 t/h pare, temperature od oko

600 ˚C. Ovakav generator možemo zamisliti kao cijev u kojoj se voda zagrijeva, isparava te

ta vodena para pregrijava.

Veliki nedostatak kod protočnih generatora pare je nemogućnost rada pri malim

opterećenjima jer se javlja mogućnost pregaranja cijevi. Postoje postupci i dijelovi, koji se

ugraĎuju u generator pare kako bismo osigurali veću iskoristivost i povećanje snage, a to

su pregrijač pare, meĎupregrijači, ekonomajzerske površine, zagrijači zraka, kondenzator,

rashladni toranj i itd.

18

4.5.1 Pregrijač pare

Kako bismo povećali stepen iskoristivosti čitavog procesa koristimo pregrijač pare. To ima

uticaj i na samu tehnologiju izrade s obzirom da para nema kapljica vode u sebi pa je

manje korozivna i erozivna. Kod današnjih termoelektrana pregrijana para je imperativ

zbog strogo odreĎenih zahtjeva za parametre pare na ulazu u turbinu. Prelaz topline može

biti konventivan ili putem zračenja. U praksi se uvijek koristi mješavina ova dva navedena.

4.5.2 MeĎupregrijač

Kod ugradnje meĎupregrijača moramo imati na raspolaganju i turbinu podijeljenu na

visokotlačni i niskotlačni dio. Para ekspandira u visokotlačnom dijelu turbine do pritiska

meĎupregrijanja te se nakon toga vraća u generator pare. U generatoru pare se još jednom

zagrijava, najčešće ponovno na temperaturu svježe pare, te se odvodi u niskotlačni dio

turbine. Tu para ponovno ekspandira stvarajući koristan rad. Kao i kod pregrijača, kod

ugradnje meĎupregrijača povećava se ukupan stupanj iskoristivosti postrojenja.

Smanjujemo vlažnost pare što je izuzetno bitno za dugovječnost turbine. Smanjujemo

veličinu kondenzatora, gorionika i samog generatora pare. Negativna strana je povećanje

cijene turbine, ali i povećanje ukupnih investicijskih troškova.

4.5.3 Ekonomajzerske površine

Ekonomajzerske površine smještaju se u stražnji dio generatora pare tako da se

iskorištava dio topline koja bi se inače ispustila u okoliš. Time ujedno i smanjujemo

temperaturu dimnih plinova. Na ekonomajzerskim površinama zagrijavamo napojnu vodu i

zrak. U zagrijačima napojne vode se voda u pravilu zagrijava ispod temperature

zasićenja jer u suprotnom nastaje vodena para što može izazvati oštećenja u

obliku kavitacije. Za svoj rad zagrijači vode troše relativno malo energije te zauzimaju malo

prostora. Ukoliko imamo zagrijače vode brže ćemo pustiti generator pare u pogon te ćemo

smanjiti opterećenje ogrjevnih površina.

4.5.4 Zagrijači zraka

Posljednji u generatoru pare su zagrijači zraka koji su ujedno smješteni iza zagrijača

napojne vode. Pošto rade na manjim pritiscima, za razliku od zagrijača vode, manji su

svojom konstrukcijom. Zrak zagrijavamo zbog podizanja stepena iskoristivosti, sušenja

goriva i poboljšanja izgaranja. Preko 70% svih zagrijača zraka su rotacioni

zagrijači sastavljani od limenih saća koje se griju dimnim plinovima a hlade zrakom.

19

4.5.5 Rashladni tornjevi

U nekim velikim termoelektranama postoje veliki hiperbolički dimnjaci poput struktura, koji

oslobaĎaju otpadnu toplinu u ambijent atmosfere isparavanjem vode, a nazivaju se

rashladni tornjevi . Rafinerije petroleja, petrokemijska postrojenja, geotermalna

postrojenja koriste ventilatore kako bi omogućila kretanje zraka prema gore kroz vodu koja

se dolazi u smjeru prema dolje i nemaju hiperboličnu konstrukciju nalik dimnjacima.

Inducirani ili tlačni rashladni tornjevi su pravokutne konstrukcije nalik kutiji, ispunjene s

materijalima koji pojačavaju dodirivanje zraka koji struji u vis i vodu koja teče prema dolje.

U pustinjskim područjima rashladni toranj mogao bi biti neizbježan od kada će trošak

ureĎivanja vode za hladno isparavanje biti zabranjen. Ovi imaju nižu efikasnost i višu

energetsku potrošnju u ventilatorima od mokrih i isparavajućih rashladnih tornjeva. Tvrtke

za elektriku preferiraju upotrebljavanje rashladne vode iz oceana, rijeka, jezera, rashladnih

umjetnih jezera u zamjenu za rashladni toranj, na području gdje je ekonomičnije i

ambijentalno moguće. Ovaj tip rashlaĎivanja može sačuvati trošak rashladnog tornja i

može imati nižu energetsku cijenu za pumpanje rashladne vode kroz izmjenjivač topline

postrojenja. Uglavnom, otpadna toplina može uzrokovati da temperatura vode primjetno

poraste. Pogonska postrojenja koja upotrebljavaju prirodne sastojke vode za rashlaĎivanje,

moraju biti konstruirana da preduhitre ulazak organizama u rashladni krug, inače će se

stvoriti organizmi koji se prilagoĎavaju toplijim vodenim postrojenjima i utječu tako da

nanesu štetu ako se postrojenje ugasi za hladna vremena.

20

5. SNAGA BLOKA

Snaga termoenergetskog bloka (slika 14) obično raste kao bismo smanjili specifične

investicijske troškove (Eur/kW). Investicija ipak predstavlja važnu stavku u cijeni električne

energije. Kroz zadnjih 40-tak godina proizvodnja pare je ocrtavala veličinu i snagu

postrojenja. 1960-ih imali smo oko 500 t/h te 1980-ih preko 2000 t/h. Ovakav razvoj

omogućen je razvojem tehnologije i materijala. U SAD-u smo imali i probne generatore koji

su mogli proizvoditi i 4500 t/h pare, no pokazali su se relativno nestabilni pa su se

parametri pare vratili na niže vrijednosti. Za više od 2500t/h pare specifični investicijski

troškovi dolaze u zasićenje. Upravo zbog toga snage većine termoenergetskih blokova se

kreću od oko 500 do 800 MW.

Slika 14 – Blok termoelektrane

21

6. PARAMETRI PARE

Specifična potrošnja energije u MJ/kWh opisuje ekonomičnost termoenergetskog

bloka, što je zapravo recipročna vrijednost stepena iskoristivost. Potrošnja energije bitno

ovisi o parametrima pare: pritisku i temperaturi (Dijagram 1). Današnje temperature svježe

pare kreću se oko 540 °C na pritiscima od oko 190 bara. Danas imamo i elektrane koje

mogu raditi s nadkritičkim pritiscima od 250-260 bara i temperaturama od oko 600 °C.

Dijagram 1 – Temperatura entropija za paru

22

7. PRINCIP RADA TERMOELEKTRANE

Dobivanje električne energije u termoelektranama odvija se pretvaranjem energije fosilnih

goriva, kao što su ugljen, plin i nafta, u električnu energiju (slika 15).

Pri izgaranju goriva u kotlu nastaje toplina koja pretvara vodu u paru. Para se odvodi na

turbinu, ona pokreće generator, koji pretvara mehaničku energiju u električnu.

Iz turbine para putuje u kondenzator, gdje se pretvara u tekućinu i vraća se u kotao.

Kondenzator se hladi rashladnim tornjevima ili protočno, vodom iz rijeke.

Ugljen

Plin Nuklearna

Prednosti: - Snabdjevanje

gorivom - Stabilna i konkuretna

cijena goriva - Razvoj CLean Cool

tehnologija (η>45%) - Jedinične snage 400

– 1000 MW - Mogučnost korištenja

šljake i pepela u cementnoj industriji

- Životni vijek (35+15 godina)

Prednosti: - Ekološka prihvatljivost - Tehnologija u razvoju - Investicijska ulaganja - Rok izgradnje - Stepen iskorištenja

goriva do 60% - Relativno brz povrat

uloženih sredstava

Prednosti: - Konkurentna, stabilna

i predvidljiva cijena električne energije

- Nema emisije CO2 - Smanjenje ovisnosti o

uvozu energenata (skladištenje goriva)

- Pozitivan uticaj na zapošljavanje i ekonomiju

- Razvoj naprednih tehnologija

Nedostaci: - Investicijski troškovi - Relativno velike

emisije CO2 - Skladištenje goriva

Nedostaci: - Rizik snabdjevanja

gorivom - Cijene plina u

budućnosti - Životni vijek - Fleksibilnost pogona - Back-up goriva

Nedostaci: - Investicijski troškovi - Dugoročno odlaganje

radioaktivnog otpada - Neproliferacija - Mogući problemi s

dekomisijom

Slika 15 – Upoređivanje tehnologija različitih energenata

23

I na kraju svaka termoelektrana ima svoj stepen iskorištenja pri čemu se računaju gubici u

procesu što je i pokazano na dijagramu 2:

Dijagram 2 – Gubici u termoelektranama

24

8. UTICAJ TERMOELEKTRANA NA OKOLIŠ

Danas je sve manje termoelektrana budući da su veliki onečišćivači prirode. Kod

termoelektrana dva su osnovna učinka koji utiču na onečišćenje okoliša. Prvi i osnovni je

učinak koji nastaje zbog izgaranja fosilnih goriva. Drugi i manje bitni jest toplinsko

onečišćenje rijeka ili jezera. Mi ćemo se o ovom poglavlju baviti samo ovim prvim, odnosno

onečišćenjem zbog izgaranja fosilnog goriva. Izgaranje je proces u kojem se hemijska

energija sadržana u gorivu transformira u unutrašnju energiju koja se opet dalje iskorištava

u raznim procesima. Kod izgaranja u atmosferu se ispuštaju plinovi kao što su CO, voda,

NOx, različiti ugljikovodici,... Od svih navedenih ugljik dioksid i voda nisu direktno otrovni za

ljude. No oni izravno utiču svojom koncentracijom na zagrijavanje atmosfere (apsorpcija

toplinskog zračenja u atmosferi). Vrsta i sastav plinova nastalih uslijed izgaranja zavisi o

sastavu goriva koje izgara u procesu.

Elementi koji čine većinu fosilnih goriva su ugljik, vodik i sumpor. Ugljik može

izgarati potpuno i djelimično. U potpunom izgaranju imamo CO2 kao produkt dok kod

djelimičnog izgaranja kao produkt imamo CO. Upravo zbog toga veći udio CO imamo u

termoelektranama na ugljen jer je teže osigurati kvalitetno miješanje goriva i zraka.

Izgaranjem vodika dobivamo vodu, a izgaranjem sumpora SO2. Kod izgaranja težimo što

potpunijem izgaranju. Da bismo to ostvarili cilj je imati što bolje miješanje zraka i goriva.

Naravno da je to najjednostavnije ostvariti kod plinskih goriva, a najteže kod krutog. Za

izgaranje potrebno je osigurati minimalnu količinu zraka. O

količini sumpora u produktima izgaranja najviše zavisi udio sumpora u samom gorivu.

Dakle težimo ugljenu i nafti sa što manje sumpora.

Kod dušika i njegovih oksida gorivo ne utiče toliko na produkciju NOx-a. Isto tako

treba spomenuti i izuzetno veliku količinu pepela kojeg jedna prosječna termoelektrana

izbaci u okoliš. U svrhu zaštite okoliša u posljednjih desetak godina donijelo se mnoštvo

zakona i odredaba koje bi trebale pridonijeti smanjenju zagaĎenja okoliša iz

termoelektrana. Jedan od glavnih parametara je kontrola i smanjenje sumpornih oksida.

Postupak odsumporavanja može se vršiti tako da se odvaja već iz goriva ili iz produkata

izgaranja. Veći efekt se postiže ukoliko sumporove okside uklanjamo iz produkata

izgaranja. Ovakvi postupci zahtijevaju dodatna ulaganja koja poskupljuju i krajnju cijenu

električne energije. Dušikove spojeve je najjednostavnije reducirati stepenovanim

izgaranjem. Na taj način možemo smanjiti emisiju dušičnih oksida za oko 50%.

Protokolom iz Kyota termoelektrane bi se do kraja 2020. trebale izbaciti iz upotrebe.

25

9. POTREBA ZA NOVIM IZVORIMA ENERGIJE

Dijagram 3 pokazuje na stalni porast potrošnje el. energije. Postavlja se pitanje da li

treba graditi nove elektrane ili nekim drugim zahvatima riješiti ovaj problem?

Dijagram 3 – Potrošnja električne energije

Kako je gradnja novih termoelektrana ali i drugih elektrana jako skup pothvat pitanje porasta potrošnje el. energije pokušava se riješiti na druge načine i to: 1. Bolje korištenje postojeće instalirane snage elektroenergetskog sistema 2. Smanjenje gubitaka u prijenosu električne energije 3. Supstitucija gradnje novih elektrana uvozom električne energije

26

10. PRORAČUN ZA TERMOELEKTRANU

Usvojiti tehnološku šemu (šemu termoelektrane) I izvršiti toplotni proračun

šeme, kondenzacione termoelektrane čiji su parametri:

mp=200 t/h – produkcija pare iz kotla

p= 120 bar – pritisak ispred turbine

p1= 30 bar – pritisak prvog oduzimanja

p2= 10 bar – pritisak drugog oduzimanja

t= 550 º C – temperature ispred turbine

pk= 0,03 bar – pritisak u kondenzatoru

Izvršiti izbor i opis opreme za usvojenu tehnološku šemu termoelektrane

Slika 16 – Usvojena šema termoelektrane

27

Usvojena šema termoelektrane prikazana na Slici 16. a prema unaprijed datim

parametrima sastoji se od:

1. Turbine

2. Generatora električne enrgije

3. Kondenzatora

4. Kondenzacione pumpe

5. Zagrijača I

6. Zagrijača II

7. Niskotlačne pumpe

8. Kotla

9. Pregrijača pare

Prema usvojenoj šemi termoelektrane izvršen je proračun koji je u proračunatim veličinama

upisan na odgovarajućim mjestima u šemi i na slici 16.

Dijagram koji pokazuje T/ s odnos i prikaz veličina u pjedinim karakterističnim

tačkama prikazane šeme, prikazan je na sljedećem dijagramu

Dijagram 4– dijagram odnosa T/s za prikazanu šemu termolektrane

28

Izvršen je sljedeći proračun energetskog bilansa ZAGRIJAČA I prikazan na slici 17.

Slika 17– Bilans zagrijača I

Prema prikazanoj slici 17. i odnosu dovedene i odvedne količine toplote , a za

prikazanu formu koja slijedi iz tog proracuna vrijedi sljedeće:

Za pritisak p= 120 bar i t= 550 ºC na ulazu u turbine iz tablica za pregrijanu paru se došlo:

Za t1=540ºC i1= 3452 [kJ7kg] a za t2=560ºC i2=3480[kJ/kg] ; temperatura na na ulazu u

turbinu je prema datim paramertima t= 550ºC pa je proračunom dobivena entalpija za tu

vrijednost temperature i= 3480 [kJ/kg]

MeĎutim uvidom u Mollijerov dijgram da podatke temperature i pritiska na ulazu u turbinu dolazimo do tačnijeg odreĎenja entalpije koja iznosi i= 3474[kJ/kg] čija je vrijednost dalje korištena u proračunu.

Uvidom u Mollijerov dijagram prikazane utvrĎene su i sljedeće vrijednosti potrebne za proračun energetskog bilansa zagrijača I .

29

p1=30 bar => t1= 320ºC => h2=3038 [kJ/kg]

p2=10 bar => t2= 180º C => h3=2778[kJ/kg]

pk=0,03 bar => i'= 101,04 (h4t) iz tablica a iz Mollijerovog dijagrama t=24,097ºC i

h4=2540[kJ/kg]

p1= 30 bar iz tablica dobijamo i'= 1008,3[kJ/kg] (h2t)

p2=10 bar iz tablica dobijamo i'=762,7[kJ/kg] (h3t)

pošto imamo:

uvrštavajući utvrĎene vrijednosti dobijemo:

762,7(1-m1)+3038m1=1008,3m

2275,3m1=1008,3m-762,7m

m1=0,108m

m1=21,6 t/h

masa pare koja se na prvom oduzimanju odvaja na prvi zagrijač iznosi 21,6 t/h što je

podatak koji je upisan u usvojenu šemu termoelektrane.

30

Na sljedećoj slici 18. je prikazan energetski bilans zagrijača II i sa odgovarajućim

proračunom:

Slika 18– Bilans zagrijača II

Prema utvrĎenom odnosu dovedene i odvedene količine toplote uslijedila je formula po

kojoj je izvršen proračun energetskog bilansa zagrijača II koji je dobio sljedeći oblik za gore

utvrĎene vrijednosti do kojih se došlo uvidom u tablice i u Mollijerov dijagram:

101,04 m-10,91m-101,04m2++2778m2=762.7m-82,37m

90,13m+2676,96m2=680,33m

2676,96m2=680,33m-90,13m

m2=0,22m

m2=44 t/h

masa pare koja se na drugom oduzimanju odvaja na drugi zagrijač iznosi 44 t/h što je

podatak koji je upisan u usvojenu šemu termoelektrane.

31

Rad na turbine je dobijen iz sljedećeg izraza:

LTUR=(h1-h4)-m1 /m(h2-h4)-m2/m(h3-h4)

LTUR=(3474-2540)-0,108m/m(3038-2540)-0,22m/m(2778-2540)

LTUR=934-o,108*498-0,22*238

LTUR=934-53,78-52,36

LTUR=827,86 kJ

Dakle , dobijamo da je izvršeni rad na turbini je 827,86 kJ

VT turbina :

- Pritisak svježe pare na ulazu u VT turbinu je p=120 bar

- Temperatura na ulazu u VT turbinu je t=550ºC

- Pritisak na izlazu iz VT turbinu je p=20 bar

- Temperatura na izlazu iz VT turbine je t= 260ºC

(vrijednost dobijena iz Mollijerovog dijagrama za pritisak od 20 bar)

- Broj akcionih kola N=5

- Broj reakcionih kola N=13

- Pad po jednom radnom kolu turbine je 20 bar

Prema utvrĎenim podacima za izabranu opremu koja bi se koristila za ovakve podatke radi

se o akciono-reakcionoj turbi sa usvojenim stepenom iskorištenja ɳ=0,9

Dovedena količina toplote:

qDOV= h1-h2t

qDOV=3474-1008,3

qDOV=2465 [kJ/kg]

stepen iskorištenja procesa:

ɳtreg= LTUR/ qDOV => ɳtreg=827,86/2465,7= 0,335 => 33,5%

32

u slučaju da nema regerativnog zagrijavanja:

ɳt=(h1-h4)/(h1-h4t)= (3474-2540)/3474-101,4)=934/3372,6 => ɳt=0,276

Specifična potrošnja pare u turbine je:

m= 3600 / LTUR *ɳ=3600/827,86*0,9= 3,91 [kg/kWh]

33

11. ZAKLJUČAK

Termoelktrane imaju veliku ulogu u proizvodnji električne energije. Kao takve koriste

različite sagorive energente, u cilju proizvodnje električne energije. Obzirom na

zastupljenost odreĎenog energenta shodno tome se i prave različite termoelektrane. Kod

nas u Tuzli kao sagorivi energenti se koristi ugalj iz rudnika, jer je Tuzla kao grad poznata

po rudnicima (rudarsko mjesto).

Do sada su se najviše koristile plinske termoelektrane, parne termoelektrane,

hidroelektrane itd. Razvojem tehnolgije i svijesti kod ljudi i ove termoelektrane danas

proizvode električnu energiju sa malim stepenom zagaĎivanja okoline u odnosu na prije.

Danas su sve više razmišljanja o izvedbi solarnih elektrana, vjetrenjačama, primjena

obnovljivih izvora energije za proizvodnju električne energije. U Kalesiji postoji solarna

elektrana koju je čovjek izgradio za svoje potrebe.

Termoelektrane se sastoje od različitih postrojenja, gdje svaki dio ima svoju ulogu, a to su

najčešče, pumpe, turbine, kondenzator, spremnik/kotao, generator pare, generator

električne energije itd.

Tokom rada termoelktrana stepen iskorištenja je od 28 - 30%, što je malo u odnosu na ono

koliko se uloži.

Termoelktrane su imale dosta uticaja na zagaĎenje okoline u prijašnjim vremenima, a ali

danas su omogučile pripajanje stanovnika na centralno grijanje putem parovoda (para koja

se koristi od termoelktrane) te su omogučile ukidanje manjih ložišnih stanica I samim time

zagaĎenje okoline je dosta smanjeno.

34

LITERATURA

[1.] Termodinamika i termotehnika; Muhamed Bijedić, Sead Delalić, Tuzla 2003

[2.] Parni kotlovi, Sveska 1, Feoriske osnove, V.Đurić, Beograd 1969

[3.] Riješeni zadaci sa izvodima iz teorije, D.Voronjec, R.ĐorĎević, B.Vasiljević, D.Kozić,V.Bekalac; Mašinski fakultet Beograd 1985. [4.] Priručnik za termodinamiku u jedinicama SI; ĐorĎe Kozić, Bogosav Vasiljević, Vladimir Bekavac; Mašinski fakultet Beograd 2008. [5.] www.nek.si/hr/elektricna_energija/izvori/termoelektrane/

[6.] rgn.hr/~dkuhinek/nids.../08%20Termoelektrana%20toplana.ppt

[7.] www.slideshare.net/tanjastarcevic/uticaj-termoelektrane

[8.] www.ham.hr/index.php?option=com

[9.] 1745-Energetika-Elektrane-SRB-16str... - Srbija

[10.] www.vtsnis.edu.rs/.../Energije%20i%20okolina%20-.

[11.] gn.hr/~dkuhinek/nids.../08%20Termoelektrana%20toplana.ppt

[12.] http://hr.wikipedia.org/wiki/Termoelektri%C4%8Dne_centrale

[13.] http://www.hatz.hr/hrv/glasnik/Raspravom%20do%20razumijevanja%201.htm

[14.] http://apold.hr/projekt/termoelektrane.htm

[15.] Mollierov dijagram