Dr inż. Andrzej Tatarek. Siłownie cieplne

Transkrypt

1 Dr nż. Andrzej Tatarek Słowne ceplne

2 Wykład 2 Podstawowe przemany energetyczne Jednostkowe zużyce cepła energ chemcznej palwa w elektrown parowej 2

3 Podstawowe przemany Proces przetwarzana energ elektrycznej w elektrown parowej konwencjonalnej (trójstopnowy):. Spalane energa chemczna palwa zamenana jest na energęceplnąprzekazywanączynnkow roboczemu 2. Praca wykonana przez czynnk w slnku ceplnym energa ceplna czynnka zamenana jest na energę mechanczną 3. Energa mechanczna zamena jest na energę elektryczną w napędzanej przez turbnę prądncy 3

4 Podstawowe przemany Układ przeman energetycznych elektrown ceplnych (trójstopnowy) Energa palwa Energa ceplna Energa 2 3 mechanczna Energa elektryczna kocoł, 2 slnk ceplny (turbna parowa lub gazowa), 3 prądnca 4

5 Podstawowe przemany Proces technologczny elektrown realzuje sę w czterech najważnejszych układach:. układ palwo powetrze spalny 2. układ parowo wodny (ceplny) odpowadający obegow głównemu czynnka roboczego 3. układ chłodzena skraplaczy 4. układ wyprowadzena mocy (układ elektryczny) 5

6 Podstawowe przemany Rys. Elektrowna Bełchatów katalog reklamowy 6

7 Podstawowe przemany Obeg termodynamczny jest to przemana, w której stan końcowy czynnka jest dentyczny z początkowym. W obegu prawobeżnym średna temperatura czynnka obegowego przy poberanu cepła jest wyższa nż przy oddawanu. Obeg prawobeżny jest obegem slnka. Slnk pobera cepło ze źródła o temperaturze T, wykonuje dodatnąpracę oddaje cepło do źródła o temperaturze T 2, nższej od T (zwykle do otoczena). 7

8 Podstawowe przemany Maksymalna sprawność energetyczna slnka ceplnego wyraża sęzależnoścą, gdze: T śr jest temperaturągórnego źródła cepła, T 2śr jest temperaturą dolnego źródła cepła (zwykle otoczena) to T T 2śr śr 8

9 Podstawowe przemany Najprostszy obeg odwracalny dzałający pomędzy dwoma źródłam cepła o stałych temperaturach składa sęz dwu zoterm dwu adabat. Jest to tzw. obeg Carnota. Rys. Szargut Termodynamka 9

10 Podstawowe przemany Przy techncznej realzacj obegu slnka ceplnego górna temperatura czynnka obegowego jest ogranczona odpornoścąmaterałów konstrukcyjnych (żarowytrzymałość, żaroodporność). Źródłem odberającym cepło jest otoczene. W obegu Carnotanajtrudnej jest zrealzowaćprzemany zotermczne, podczas których przebega równocześne ekspansja lub kompresja czynnka oraz wymana cepła z zewnętrznym źródłam. Przemanęzotermcznąmożna łatwo uzyskać, jeżel czynnkem obegowym jest para nasycona mokra, dla której przemana zotermczna jest równeżzobarą, do której realzacj wystarczy wymennk cepła. Dlatego w słownach ceplnych zazwyczaj stosuję sę parę jako czynnk obegowy. Ze względu na stosunkowo nską cenę wody stosuje sę parę wodną. 0

11 Podstawowe przemany Przemany czynnka przedstawa sę na wykresach: p-v, T-s oraz -s. Rys. Szargut Termodynamka

12 Podstawowe przemany Obeg słown parowej pownen składaćsęz zobarycznego podgrzewana parowana 4-, rozprężana zentropowegopary nasyconej mokrej -2, z zobarycznego skraplana pary mokrej 2-3 oraz sprężana ceczy 3-4. Obeg porównawczy jest obegem wydealzowanym, przebegającym bez tarca. Obeg porównawczy słown parowej nazwano obegem Claususa-Rankne a. W rzeczywstej słown rozprężane adabatyczne przebega neodwracalne, a podczas przepływu czynnka obegowego przez wymennk cepła występują straty cśnena. Rys. Szargut Termodynamka 2

13 Podstawowe przemany Rys. Szargut Termodynamka 3

14 Podstawowe przemany Czynnk obegowy pobera w kotle parowym cepło przekazywane przez gorące spalny uzyskane po spalenu palwa. Do kotła dopływa woda tłoczona przez pompęzaslającą. Wodępodgrzewa sęw kotle, a następne odparowuje. Para z kotła płyne do slnka najczęścej jest to turbna gdze rozpręża sęadabatyczne. Następne para przepływa do skraplacza, gdze oddaje cepło skraplając sęzobaryczno-zotermczne. Cepło w skraplaczu przejmuje woda chłodząca, którąprzetłacza przez skraplacza pompa wody chłodzącej. Woda chłodząca oddaje cepło do otoczena. 4

15 Podstawowe przemany W zwązku z trudnoścąuzyskana zotermcznego rozprężana pary wodnej w temperaturze wyższej od krytycznej, zrezygnowano w słownach parowych ze ścsłego naśladowana obegu Carnota. Tylko częśćcepła dostarcza sępodczas przemany zotermcznej, przy nezbyt wysokej temperaturze. Paręnasyconąo stopnu suchośc zblżonym do x keruje sędo przegrzewacza, w którym temperatura pary podwyższa sędo maksymalnej wartośc, na jakąpozwalająmaterały konstrukcyjne. Sprawność energetyczną obegu Claususa-Rankne a można wyznaczyć z zależnośc Rys. Szargut Termodynamka tcr l q CR d 2 4 5

16 Sprawność elektrown Sprawnośćtermczna jest jednym z podstawowych wskaźnków charakteryzujących gospodarność ceplną elektrown (wyznaczana z blansu wyprodukowanej energ zużyca palwa) ek N el B Q r w 6

17 Sprawność elektrown Sprawnośćbrutto netto podzałten wynka z faktu ż w elektrown oprócz palwa zużywa sę energę elektryczną na potrzeby własne (do napędu urządzeń pomocnczych). ek b E el B Q r w ek n E el B E p wł Q r w Gdze:E E p wł przedstawa lośćenerg elektrycznej oddanej do sec elektrycznej w określonym czase, a E p wł zużytej na potrzeby własne elektrown w tym samym czase. 7

18 Sprawność elektrown Względne zużyce energ elektrycznej na potrzeby własne elektrown: E p wł ε E el N p wł N el b Zależy od rodzaju palwa, cśnena początkowego pary nnych parametrów. Dla wększośc elektrown kondensacyjnych ε 5 9 % wyprodukowanej energ elektrycznej. ek n ek b ( ε) 8

19 Sprawność elektrown Przyczyny zużyca energ na potrzeby własne elektrown: Napęd pomp zaslających (3 5 %) pompkondensatu wynka z wysokch cśneń początkowych pary Napęd pomp wody chłodzącej nnych pomp turbozespołu Napęd urządzeńtransportu przemału palwa (taśmocąg, młyny tp.) Napęd wentylatorów powetrza spaln w nstalacj kotłowej 9

20 20 Sprawność elektrown Na sprawnośćsłown rzeczywstej wywerająwpływ sprawnośc poszczególnych jej elementów: g m r k tcr ek Sprawnośćobegu Claususa-Rankne a Sprawność kotła parowego Sprawność rurocągów Sprawność wewnętrzna turbny Sprawność mechanczna turbozespołu Sprawność generatora elektrycznego 4 2 s tcr ( ) r p k Q B D 4 4 r s 2 2 e m l l e el g N N

21 Wskaźnk Jednostkowe zużyce energ chemcznej palwa w elektrown kondensacyjnej wskaźnk określający jednostkowe zużyce energ chemcznej palwa q na wytworzene energ elektrycznej. B Q r q w ek b E ek b B Q r q w ek n E - E pwł ek n 2

22 Wskaźnk Jednostkowe zużyce palwa umownego (węgel oq wr 30 MJ/kg) w stane ustalonym: Bu ek N el Q r w 22

23 Wskaźnk Jednostkowe zużyce palwa umownego na jednostkę energ elektrycznej: b u b ek b Q r w b u n ek n Q r w 23