UNIVERZITET U TUZLI – MAŠINSKI FAKULTET

S E M I N A R S K I R A D

Tema: MONITORING ELEKTRANA NA ČVRSTO GORIVOPredmet: Mehatronika u Energetici

Ime i prezime: Selimović SenadBroj indeksa: III-148/07Odsjek: MehatronikaDatum: 18.05.2011

1

1. UVOD

U elektrane na čvrsto gorivo spadaju Termoelektrane i Nuklearne elektrane, međutim kako je princip rada isti samo što se u Nuklearnim elektranama za zagrijavanje vode koristi nuklerano gorivo pa u ovom dijelu nece biti razmatrana.

Svi glavni dijelovi parne termoelektrane smješteni su u glavnoj pogonskoj zgradi:

1. Bunkeri ugljena,2. Kotlovi, turboagregati,3. Priprema vode (zagrijači, isparivači, otplinjači rezervoari napojne vode) i pumpe za napajanje,4. Rasklopno postrojenje vlastitog potroška i5. Toplinska i električna komanda.

U neposrednoj blizini glavne pogonske zgrade smješteni su:

1. Uređaji za transport goriva i pepela i2. Deponij pepela.

2

2. PODJELA UGLJENA

Podjela čvrstih fosilnih goriva:

1.Kameni ugljen: sadrži malo vlage, sadržaj pepela mu je različit u širokim granicama, potiče iz starijih geoloških formacija. Prema plinovitom sadržaju razlikuju se podskupine kamenog ugljena: a) plinski ugljen sa plinovitim sadržajem od 35 – 50 %; b) masni ili koksni ugljen sa plinovitim sadržajem od 19 – 35 %; c) mršavi ugljen s plinovitim sadržajem od 10 – 19 %.

2. Mrki ugljen: ima različit sadržaj vlage i pepela, a potječe iz novijih tercijarnih geoloških formacija, Plinoviti mu je sadržaj 50 – 60 %,mrke je strukture i sjajne površine loma.

3. Lignit. Ima veliki sadržaj vlage i pepela, najmlađa je vrsta ugljena s 50 – 70 % plinovita sadržaja i s vlaknastom drvenom strukturom.

4. Treset: najmlade fosilno gorivo i ne može se smatrati ugljenom. Sastoji se od ostataka biljaka, a nastao je od tresišta (uz potpunu izolaciju od zraka).

Slika1. Sastav ugljena i ogrijevna moć

Slika2. Pojedine vrste uglejna

3

Sva se goriva međusobno razlikuju prema ogrjevnoj moći i prema karakteristikama izgaranja. Ogrjevna moć goriva je količina topline koju odaje jedinica mase ili volumena goriva potpunim izgaranjem pod normalnim uslovima.

Najvažnije karakteristike izgaranja goriva su: zapaljivost, brzina izgaranja, temperatura i svjetlosna jakost plamena.

Najvažnija čvrsta goriva za parne kotlove su ugljen i lignit, ali se ponegdje kao gorivo upotrebljava i treset, a u posljednje vrijeme industrijski i gradski otpad. Osnovni sastav svih vrsta ugljena je čista goriva tvar (prvenstveno ugljik) i suvišne tvari. Iz rudnika se dobiva ugljen koji sadrži vlagu i pepeo kao balastne tvari. Sušenjem ugljena na normalnoj temperaturi od 15 – 25 °C i grijanjem na temperaturi od 106 ±2 °C dobiva se suhi ugljen. Za parne se kotlove u svakodnevnoj primjeni ugljen potpuno ne suši, nego samo do nekog određenog postotka vlage. Otklone li se iz ugljena pepeo i voda, ostane čista goriva tvar.

Slika3. Potrošnja i proizvodnja ugljena u svijetu

Najveći proizvodjač i potrošač ugljena u svijetu je Kina a zatim Amerika a najmanji Francusk

3.PRINCIP RADA JEDNE TERMOELKTRANE

Slika4. Princip rada termoelktrane

4

Ugljen se priprema na separaciji gdje se melje u ugljenu prašinu i suši u mlinovima. Postoje razne vrste mlinova u zavisnosti od njihove namjene, zatim se ugljena prašina uduvava u ložižte kotla.Izgaranjem nastaju dimni plinovi koji se preko odgovarajućih filtera preko dimnih tornjeva odvode u atmosferu a dobijena toplota se koristi za zagrijavanje vode iz koje nastaje para koja se pregrijava u pregrijačima. Takva para se preko parovoda odvodi na turbine.Na turbinama se toplotna energija pretvara u mehaničku, koja zatim preko vratila prenosi rad na generator koji proizvodi električnu energiju. Tako dobijena električna energija preko distributivnih transformatora se prenosi do kranjeg korisnika odnsono kupca. Iskorištena para se hladi u kondenzatorima i proces se ponovo nastavlja.

4. ZAGAĐIVANJE OKOLIŠA

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. 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. Vrsta i sastav plinova nastalih uslijed izgaranja ovisi o sastavu goriva koje izgara u procesu. Elementi koji čine većinu fosilnih goriva su ugljik, vodik i sumpor. Ugljik može izgarati potpuno i djelomično. U potpunom izgaranju imamo CO2 kao produkt dok kod djelomičnog 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. U svrhu zaštite okoliša u posljednjih desetak godina donijelo se mnoštvo zakona i odredaba koje bi trebale pridonijeti smanjenju zagađenja 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 stepenima izgaranjem. Na taj način možemo smanjiti emisiju dušičnih oksida za oko 50%.

Slika5.Izlazni plinovi iz ođžaka termoelktrane

5

5. PRINCIP NADZPRA I PODJELA

Parametri koji se mjere su: Hemiska mjerenja produkata Akustička mjerenja Električna mjerenja

Razlikujemo:- Online monitoring i- Ofline monitoring

Najviše je u primejni Online monitoring

Sistem za on line monitoring ugrađuje se na energetska i procesna postrojenja u svrhu kontinuiranog praćenja eksploatacijskog stanja, pravovremene identifikacije i dijagnostike kvarova na postrojenju, te zaštite postrojenja od havarijskih uslova rada. Savremeni sistem za on-line monitoring uključuju monitoring vibracija, električkih parametara i važnih procesnih parametara (tempereture, termika istezanja, pritisci, protok i sl.). Uz kontinuiran proces mjerenja sistem mora osigurati i kontinuiran zapis trendova svih veličina koje se monitoriraju, te osigurati pregled snimljene baze podataka. Ova funkcije sistema osigurava planiranje remontnih radova prema eksploatacijskom stanju postrojenja čime se višestruko smanjuju troškovi održavanja. Moderni sustavi za on line monitoring zasnivaju se na računarskom umreženju sa drugim sistemima u postrojenju u svrhu automatizirane izmjene podataka, te mogućnost pregleda podataka sa udaljenih računarskih sistema.

Fizičke veličine koje se najviše prate na turbini i generatoru :

Na generatoru:

- Magnetna idukcija - Vibracije statorskog namotaja- Temperatura statorske jezgre- Temperatura ležaja- Vibracije osovine- Aksijalna pozicija rotora- Brzina vrtnje- Ugao opterećenja i fazne smetnje- Radna jalova snaga- Napon i struja- Temperatura rotorskih polova- Otpor namotaja, strujne i naponske

uzbude

Na turbini

- Kavitacija- Opterećenje- Pad pritiska- Temperatura pare- Pritisci

U kotlu najvise mjerene veličine

- Temperatura - Pritisak- Temperatura vazduha za sagorijevanje- Temperatura vode za isparavanje

Način alarmiranja: Analogno i Digitalno

6

5.1 Primjer aplikacije sistema upravljanja i nadzora za postrojenje hemijske pripreme vode

Proces započinje dekarbonizacijom riječne vode korištenjem reaktora i pješčanih filtera. Dekarbonizovana voda se koristi kao rashladna, a dio dekarbonizovane vode demineralizuje se ionskim izmenjivačima i koristi se za napojnu vodu za kotlove. Priprema vode započinje pumpanjem vode iz bazena riječne vode, a završava napanjem sistema dekarbonizovanom i demiralizovanom vodom.

Primenjen je PLC tipa SIMATIC S7-400 i SIMATIC S7-300 i nadzorno-upravljačka stanica na PC platformi, međusobno povezani industrijskom MPI mrežom. Nadzorno-upravljačka stanica bazirana je na PC računaru industrijske klase sa dva monitora. Aplikativni softver realizovan je pomoću SCADA paketa WinCC SIEMENS.

Slika6. Shema konfiguracije sistema

Kompletan sistem upravljanja i nadzora obuhvata: - 480 digitalnih ulaznih signala, - 86 analognih ulaznih signala-mjerenja, - 198 digitalnih izlaznih signala i - 4 analogna izlazna signala.

Sistemom upravljanja i nadzora su, generalno, realizovane sledeće funkcije: • vizuelizacija tehnološkog procesa, sa interaktivnim odnosom čovjek-sistem, • upravljanje tehnološkim procesom:

- pojedinačno upravljanje pogonima i dijelovima procesa, - grupno upravljanje, - automatski rad

• 9 regulacionih krugova • sistem alarmiranja i poruka • arhiviranje mjerenih veličina, alarma i događaja • kreiranje izveštaja • administriranje sistema, sa regulisanjem prava i nivoa pristupa.

7

Slika7. Nadzornoupravljačka stanica

Slika8. Kontrolna tabla

Sistem se sastoji od dvije paralelne pumpne stanice.Pri aktiviranom sistemu radi jedna pumpna stanica koja sndabijeva sistem vodom,u slučaju otkaza ili remonta automaski se uključuje druga pupna stanica a blokira prva.A cjelokupni proces kao i njegovo upravljanje obavlja se pomocu racunara.

8

6. LITERATURA

1. http://hr.wikipedia.org/wiki/Termoelektrane2. http://www.apold.hr/projekt/termoelektrane.htm3. www. rgn.hr/~dkuhinek/nids.../08%20Termoelektrana%20toplana.ppt4. http://www.energija.com.mk/doc/sadrzaj.pdf

9

7. SADRŽAJ

10