Sprawno brutto i netto elektrowni cz. 1

Transkrypt

1 Proces technologiczny w elektrowni cieplnej moc cieplna w paliwie moc cieplna w czynniku roboczym moc mechaniczna moc elektryczna na zaciskach generatora moc elektryczna oddawana do sieci el-en. Kocio parowy Turbina parowa Generator Transformator blokowy straty Potrzeby asne elektrowni Sprawno brutto i netto elektrowni cz Moc cieplna dostarczana. w paliwie, MW: Q B B W u B strumie paliwa, kg/s W u warto opaowa paliwa, MJ/kg 2. Sprawno kota: Q k Dk ik i k Q BW B u wz. Q k moc cieplna kota, MW D k strumie pary (wydajno kota), kg/s i k, i wz - entalpia pary wieej z kota i wody zasilajcej, MJ/kg 3. Sprawno rurocigu czcego kocio z turbin: Q. t Q r t moc cieplna turbiny Q k 1

2 Sprawno brutto i netto elektrowni cz Moc teoretyczna turbiny: Nt Q t t N Q Q Q 4.2. Moc wewntrzna turbiny: w t w t t w t td 4.3. Moc efektywna turbiny: 5.1. Sprawno turbiny: teoretyczna: wewntrzna: i1 i2t i1 i2 t w i i i i t N N e N 5.2. Sprawno termodynamiczna obiegu: i1 i2 td t w i i 1 3 w i m 3 t td 1 2t 2 m s x=1 Sprawno brutto i netto elektrowni cz Moc na zaciskach generatora: P g N e g Q t td 7. Moc netto oddawana do systemu: P P g P pw tr P g traf m 1 gdzie: - wzgldne zuycie na potrzeby wasne: P pw moc potrzeb wasnych bloku traf sprawno transformatora blokowego g P P pw g 2

3 Sprawno brutto i netto elektrowni cz. 4 Sprawno elektrowni: Netto (zaciski transf. blokowego): P Q el n B k r td m g 1 traf Brutto (zaciski generatora): P Q elb g B k r td m g Moce i sprawnoci w elektrowni td k r t w m g Q B Q k Q t N t Nw Ne... Pg traf P brutto el-b P pw netto el-n 3

4 Typowe sprawnoci przetwarzania energii w elektrowni cieplnej Sprawno Oznaczenie Wart. przecitne Wart. maksymalne Koty k 0,7-0,9 0,93 Rurocigi r 0,98-0,99 0,995 Obieg t 0,37-0,44 0,51 Wewntrzna turbiny Mechaniczna turbozespou w 0,7-0,87 0,90 m 0,96-0,985 0,998 Generator g 0,95-0,98 0,995 Ogólna bloku bb 0,34-0,38 0,42 Sprawno przemian energetycznych i bilans energetyczny elektrowni cieplnej na wykresie strumieniowym (Sankeya) 4

5 Elektrownia cieplna charakterystyka ilociowa Moc zainstalowana elektrowni: P = 1200 MW Paliwo - wgiel kamienny: warto opaowa W u = 20MJ/kg, skad: popió p = 10%, siarka s = 0,8%, c = 78%, pozostae: 10,2% Czas wykorzystania mocy zainstalowanej: T pi = 6500 h/a Sprawno netto elektrowni: el-n = 0,36 Zapotrzebowanie na paliwo zapotrzebowanie w cigu 1 s i 1 h: B eln P W u 1200 MW 167 kg/s 600 t/h 0,36 20 MJ/kg roczne zapotrzebowanie: B T B 6500 h/a600 t/h 3,9 10 rok Pi jednostkowe zapotrzebowanie na paliwo: B b P kg/h 0,5 kg/kwh kw 6 t/a 5

6 Elektrownia cieplna charakterystyka podsumowanie Dobowa produkcja energii elektrycznej Dobowa warto produkcji (cena 1kWh wynosi 0,05$/kWh) Dobowe zapotrzebowanie na paliwo Jednostkowe zuycie wgla Dobowa ilo popiou i la Jednostkowe zapotrzebowanie na wod chodz Dobowa produkcja CO 2 Dobowa emisja SO 2 A d = Pt = 28, kwh 1,44 mln $ t 0,5 kg/kwh 1440 t 0,144 m 3 /kwh t (1,43 kg/kwh) 221 t Sposoby poprawy sprawnoci obiegu elektrowni cieplnej podwyszenie parametrów (cinienia i temperatury) pary dolotowej (wieej) i obnienie cinienia w skraplaczu regeneracyjne podgrzewanie wody zasilajcej midzystopniowe przegrzewanie pary poczenie podgrzewu regeneracyjnego i midzystopniowego przegrzewu pary optymalizacja ukadu cieplnego 6

7 Sprawno teoretyczna obiegu elektrowni w zalenoci do parametrów pocztkowych pary sprawno 0,47 0,46 0,45 0,44 0,43 0,42 0,41 temp. w o C: ,4 0,39 0, cinienie, MPa Poprawa sprawnoci przez podwyszanie parametrów pary 7

8 Podgrzew regeneracyjny wody zasilajcej Ukad cieplny 1 K T P z 5 S 2 4 P r 3 P k 3 K kocio T turbina S skraplacz Pr podgrzewacz mieszankowy Pz pompa wody zasilajcej Pk pompa kondensatu Podgrzew regeneracyjny wody zasilajcej Wykres i-s i 1 p 1 p 5 p K 5t 2t 5 2 x = 1 Cz upustowa: 1-5 rozpranie w turbinie 5-4 skraplanie w podgrzewaczu Pr 4-4 pompowanie przez Pz 4-1 odparowanie i przegrzanie pary Cz kondensacyjna: rozpranie w turbinie 2-3 skraplanie w skraplaczu 3-3 pompowanie przez Pk 3-4 podgrzanie w podgrzewaczu Pr 4-4 pompowanie przez Pz 4-1 odparowanie i przegrzanie pary s 8

9 Przegrzew midzystopniowy pary Ukad cieplny PM 1 K kocio PM przegrzewacz midzystopniowy TW cz wysokoprna turbiny TN cz niskoprna turbiny S skraplacz Pz pompa wody zasilajcej K TW TN Pz S 5 Przegrzew midzystopniowy pary Wykres i-s i 1 p 1 3 2t 2 K 4t 4 4t 4 x = rozpranie w czci wysokoprnej turbiny 2-3 izobaryczne przegrzanie w PM 3-4 rozpranie w czci niskoprnej turbiny 4-5 skraplanie w skraplaczu 5-1 odparowanie i przegrzanie pary s 9

10 Wpyw wybranych parametrów na sprawno obiegu elektrowni Wg Biuletyn ProNovum 2014 Inne sposoby poprawy sprawnoci Obnienie cinienia w skraplaczu przez optymalizacj chodni kominowych (ok. 1,4%) Odzysk ciepa spalin (ok. 1,3%) Poprawa sprawnoci turbiny (ok. 2,3%) Ograniczenie potrzeb wasnych (ok. 1,5%) 10

11 Schemat procesu technologicznego elektrowni parowej i jego podzia na najwaniejsze ukady I -ukad paliwo-powietrze-spaliny; II -ukad cieplny (parowo-wodny); III - ukad chodzenia; IV- ukad wyprowadzenia mocy; 1-palenisko; 2 - doprowadzenie paliwa; 3 doprowadzenie powietrza do spalania; 4 - odprowadzenie la i popiou; 5 - podgrzewacz wody; 6 - parownik; 7 - przegrzewacz pary; 8 - odprowadzenie spalin; 9 - turbina; 10 - skraplacz; 11 - pompa skroplin; 12 - zbiornik wody zasilajcej; 13 - pompa wody zasilajcej; 14 woda uzupeniajca; 15-podgrzewacz wody zasilajcej; 16 -chodnia kominowa; 17 pompa wody chodzcej; 18 - obfite ródo wody (dla otwartego obiegu chodzenia); 19 - prdnica; 20 - transformator blokowy; 21 - transformator potrzeb wasnych Elementy ukadu technologicznego siowni kondensacyjnej Paliwo Powietrze Ukad przygotowania paliwa i zasilania paleniska Palenisko kotowe Ukad cieplny (str. wodna kota, turbina, skraplacz ) Ukad chodzenia skraplacza Generator i ukady elektryczne Potrzeby wasne En. elektryczna Ukad odpopielenia i odlenia Oczyszczanie spalin Komin Ukad przygotowania wody Woda Wg Chmielniak T., Technologie energetyczne 11

12 Widok przekroju bloku energetycznego Bechatów 2 o mocy 858 MW Urzdzenia i elementy ukadu cieplnego siowni kondensacyjnej Kocio Turbina Skraplacz wraz z ukadem chodzenia Pompa wody zasilajcej Wymienniki ciepa w podgrzewie regeneracyjnym Ukad przygotowania wody Odgazowywacz Stacje rozruchowo-zrzutowe i redukcyjno-schadzajce 12

13 Koty w elektrowniach cieplnych Kocio energetyczny Kocio energetyczny urzdzenie sce do przetwarzania cieczy zasilajcej w par lub ciecz o innych parametrach, s do celów energetycznych, za pomoc ciepa wydzielanego w trakcie spalania paliwa Podzia konstrukcji kotów Rodzaj paleniska Z paleniskiem warstwowym rusztowym Z paleniskiem komorowym: Pyowe Olejowe Gazowe Fluidalne 13

14 Podzia konstrukcji kotów energetycznych Koty energetyczne Walczakowe Bezwalczakowe Z wodorozdzielaczem (Sultzera) Naturalny Wspomagany Wymuszony Wymuszony w caym zakresie obcienia Wymuszony w niepenym zakresie obcienia Czystoprzepywowy (Bensona) Cinienie wody zasilajcej < 17MPa < 19MPa < 20MPa < 21MPa Pod- i nadrytyczne >10MPa Koty wodnorurkowe opromieniowane W warunkach duego zapotrzebowania na par konieczne jest stosowanie kotów o odpowiednio duej powierzchni ogrzewalnej Najczciej stosowane s koty wodnorurkowe, opromieniowane, z paleniskiem pyowym lub fluidalnym Pomienie i spaliny o wysokiej temperaturze przekazuj ciepo mieszaninie pary i wody yncej rurkach poprzez promieniowanie cieplne (okrelenie opromieniowany) 14

15 Naturalny obieg wody w kotle wodnorurkowym Ciepo 1 pompa wody zasilajcej 2 podgrzewacz wody 3 - walczak 4 rury opadowe 5 - rury wznoszce 6 przegrzewacz pary Naturalny obieg wody w kotle wodnorurkowym Wg Babcock, Wilcox 15

16 Budowa kota pyowego: 1 dopyw wody zasilajcej 2 podgrzewacz wody 3 walczak 4 rury opadowe 5 kolektory 6 rury ekranowe 7 przegrzewacz pary 8 podgrzewacz wody 9 para do turbiny 10 podgrzewacz powietrza 11 wentylator 12 powietrze pierwotne 13 powietrze wtórne 14 myn wglowy 15 wgiel 16 przewody pyowe 17 palniki 18 lej lowy Cechy palenisk pyowych Niski wymagany nadmiar powietrzna (niska strata kominowa) atwa i szybka regulacja wydajnoci dziki maej bezwadnoci paleniska Moliwo stosowania rónych gatunków paliw Wysokie temperatury w komorze paleniskowej (powstawanie zwizków siarki i azotu) Skomplikowany i drogi proces przygotowania pyu (instalacja mynowa) Trudnoci w pracy przy maym obcieniu Moliwo wybuchu mieszanki pyowo-powietrznej 16

17 Wntrze komory paleniskowej kota Kocio z paleniskiem fluidalnym 1 powierzchnia parownika zanurzona w zu fluidalnym 2 - pozostaa cz parownika 3 - przegrzewacz pary 4 podgrzewacz wody 5 - zasobnik wgla 6 zasobnik kamienia wapiennego 7 podajnik limakowy 8 wentylator powietrza 9 odprowadzenie popiou 10 separator popiou lotnego 11- nawrót popiou lotnego 12 lej odpadów staych 13 odpyw spalin 17

18 Zalety kotów z paleniskami fluidalnymi Ograniczenie emisyjnoci tlenków siarki i azotu Zmniejszenie wymiarów i kosztów budowy Moliwo wykorzystania paliw niszej jakoci Kocio fluidalny opalany wglem brunatnym w elektrowni Turów budowa 18

19 Widok instalacji kotowej elektrowni agisza Koty energetyczne Oznaczenia f-my RAFAKO Pierwsza litera rodzaj kota Znaczenie O A C B W Druga litera rodzaj paliwa P B O G Warto liczbowa obieg wody naturalny obieg wody wspomagany obieg wody wymuszony kocio przepywowy kocio wodny Znaczenie giel kamienny giel brunatny olej opaowy gaz wydajno kota: iloci pary w tonach na godzin (koty wodne moc cieplna Gcal/h) 19

20 Podstawowe parametry kotów wydajno produkcji pary (t/h, kg/s) cinienie pary wieej i wtórnie przegrzanej (MPa/MPa) temperatura pary wieej i wtórnie przegrzanej ( o C/ o C) sprawno (%, bezwymiarowa) stosunek mocy cieplnej kota do mocy cieplnej paliwa rodzaj paliwa rodzaj obiegu wody (naturalny, wspomagany, wymuszony, koty przepywowe) temperatura wody zasilajcej ( o C) Koty energetyczne Przykadowe parametry Ozn. Wydajno/ moc bloku, MW Cinienie pary, MPa/MPa Temp. pary, o C/ o C Sprawno, % OP /120 13,6/2,7 540/ OB /200 15,6/2,7 540/ Temp. wody zasilajcej, o C 20

21 Turbiny parowe Turbina parowa maszyna (silnik cieplny przepywowy, wirnikowy), w której nastpuje zamiana ciepa pary wodnej na energi mechaniczn odbieran z wau w formie energii ruchu obrotowego Etapy zamiany energii cieplej na mechaniczn: zmiana ciepa na energi kinetyczn strumienia pary (rozpranie) przekazywanie energii kinetycznej strumienia elementom wirujcym turbiny Cechy turbin: moliwo uzyskania równomiernego momentu obrotowego na wale turbiny w celu napdzania generatora szybkobieno moliwo uzyskania duych mocy przy stosunkowo niewielkich gabarytach Moc i praca turbiny parowej Moc pary w stopniu turbiny: P Dt i l t 0 2 c 0 i i i c c c 2 2 D t strumie pary przepywajcej przez stopie turbiny (kg/s) i 0, i 2 entalpia pary doprowadzonej i odprowadzonej ze stopnia turbiny (kj/kg) c 0 prdko strumienia pary przed stopniem turbiny (m/s) c 2 prdko strumienia pary za stopniem turbiny (m/s) Praca wykonana przez jednostkowy strumie pary: 2 21

22 Podzia turbin Liczba stopni: jedno i wielostopniowe Moc: maej mocy (do 2,5 MW), redniej mocy (2,5 50 MW), duej mocy ( MW), wielkiej mocy (pow. 400 MW) Cinienie: niskiego cinienia (do 0,2 MPa), redniego cinienia (do 6,5 MPa), wysokiego cinienia (6,5 14 MPa), o cinieniu nadkrytycznym (pow. 14 MPa) Liczba strumieni: jedno- i wielostrumieniowe Podzia turbin parowych c.d. Rodzaje stopni turbin Turbiny akcyjne rozpranie pary nastpuje w nieruchomych dyszach przed wlotem na opatki wirnika turbiny ze stopniowaniem cinienia (Zoelly ego) cakowity spadek entalpii rozony równomiernie na kilka stopni turbiny ze stopniowaniem prdkoci (Curtis a) energi kinetyczn strumienia pary wykorzystuje si w kilku stopniach turbiny Turbiny reakcyjne (Parsons a) rozpranie pary nastpuje w nieruchomych dyszach i kierownicach oraz na opatkach wirnika Mieszane: Curtisa- Zoelly ego, Curtisa-Parsons a 22

23 Porównanie dziaania stopnia akcyjnego (a) oraz reakcyjnego (b) turbiny parowej a) b) Brak rozprania na p 0 c 1 opatkach wirnika p 0 c 1 Rozpranie na opatkach wirnika c 0 p 1 c 2 p 2 c 0 p 1 p 2 c 2 c 2 c 2 Koo kierownicze u w 2 w 2u Koo kierownicze w 2 w 2u w 1u w 1 wirnik w 1 wirnik c 1u c 1 u c 1u c 1 u Typowe ukady turbin duej i wielkiej mocy Turbina w ukadzie trójkadubowym Turbina w ukadzie czterokadubowym Turbina w ukadzie piciokadubowym 23

24 Turbina parowa czterokadubowa przekrój NP NP SP WP Mat. firmy Siemens Przekrój turbiny 13K215 24

25 Przekrój turbiny 13K215 Rozpranie pary w turbinie 13K ,3 25

26 Ukad schadzania i skraplania pary Rola ukadu: obnienie kocowej temperatury i cinienia przy rozpraniu pary w turbinie kondensacyjnej (zwikszenie spadku entalpii pary w turbinie) Ukad schadzania i skraplania pary 1 T 1 turbina 2 skraplacz 3 pompa wody chodz. 4 pompa skroplin 5 smoczek parowy 6 podgrzewacz skroplin 7 poczenie skraplacza ze smoczkiem parowym 8 odprowadzenie gazów do atmosfery

27 Ukad skraplacza 1 kadub, 2 komora wodna, 3 pokrywa, 4 rurki, 5 dno sitowe, 6 przepona, 7 zbiornik kondensatu, 8 kompensator, 9 podpora sprysta Ukad schadzania i skraplania pary Ekonomiczne cinienie w skraplaczu: 6,5 7,5 kpa w ukadzie zamknitym 1 m 2 powierzchni rurek skroplenie pary kg/h Zapotrzebowanie na wod chodz w bloku 200 MW ok m 3 /h Bilans cieplny skraplacza: D k i i G c t t 2 sk w w w2 w1 Przekadnia chodzenia: G m D w k D k strumie masy pary wylotowej G w strumie masy wody chodzcej i 2 entalpia pary na wlocie skraplacza i sk entalpia skroplin na wylocie skraplacza t w1, t w2 temperatura wody chodzcej na wlocie i wylocie skraplacza c w ciepo wciwe wody ( 4,186 kj/(kg K) 27

28 Rodzaje obiegów chodzenia skraplaczy obieg otwarty woda chodzca pobierana jest ze zbiorników wodnych (naturalnych lub sztucznych) i ponownie oddawana do otoczenia obieg zamknity woda kry w obiegu midzy skraplaczem a specjalnymi urzdzeniami, tzw. chodniami. Rodzaje chodni: chodnie kominowe chodnie wentylatorowe Rodzaje chodni Chodnia kominowa Chodnia wentylatorowa Wg Marley Tower Company, Trane Company 28

29 Inne ukady i urzdzenia elektrowni cieplnej instalacja przygotowania wody zasilajcej koty ukad nawglania i ukady rozruchu ukad chodzenia pary u wylotu turbiny instalacje odsiarczania, odpylania i odazotowiania spalin rozpracze i stacje redukcyjno-schadzajce pary pompy wody zasilajcej, skroplin i wody chodzcej ukady automatyki i sterowania elektrowni ukad elektryczny (generator i transformator blokowy, rozdzielnia elektrowniana) Uproszczony schemat ukadu cieplnego rzeczywistego bloku o mocy 360 MW p,mpa D, t/h T, o C 29

30 Rozwój elektrowni cieplnych ówne kierunki wzrost parametrów pary wieej ograniczony m. in. barier materiaow: obecnie (2010 r.) 25-28,5 MPa (600/610 o C) rozwój tzw. czystych technologii wglowych: suszenie wgla spalanie post-combustion i pre-combustion technologie CCS (wychwyt i skadowanie CO 2 ) spalanie tlenowe stosowane i perspektywiczne technologie: klasyczne bloki parowe z kotem pyowym bloki z kotami fluidalnymi kombinowane ukady gazowo-parowe dwupaliwowe technologie wglowe w ukadach z turbinami gazowymi 30