termo elektrane

28
148 3. TERMOELEKTRANE 3. TERMOELEKTRANE 3.1. Općenito o termoelektranama 3.2. Parne termoelektrane 3.3. Kondenzacijske (parne) termoelektrane 3.4. Plinske termoelektrane 3.5. Osnovna energetska karakteristika termoelektrana Elektrotehnički fakultet Osijek 149 3.1. Općenito o termoelektranama Elektrotehnički fakultet Osijek 150 Termoelektranama se nazivaju postrojenja u kojima se toplina pretvara u mehaničku energiju, a ova u električnu, bez obzira na to da li se koristi toplina dobivena izgaranjem fosilnih i drugih goriva, toplina geotermičkih izvora ili toplina dobivena nuklearnom fisijom. Termoelektrane mogu se podijeliti: - prema vrsti pogonskih strojeva, - prema načinu korištenja pare, - prema upotrijebljenom gorivu i - prema načinu hlađenja kondenzatora. Prema vrsti upotrijebljenih strojeva, razlikujemo: 1. Parne termoelektrane u kojima gorivo izgara u parnim kotlovima, a pogonski je stroj parna turbina; 2.Termoelektrane s plinskim turbinama u kojima je pogonski stroj plinska turbina; Elektrotehnički fakultet Osijek 151 3. Dizelske termoelektrane s dizelskim motorom kao pogonskim strojem; 4. Nuklearne termoelektrane u kojima nuklearni reaktor (s izmjenjivačem topline ili bez njega preuzima ulogu parnog kotla, a pogonski je stroj također parna turbina; 5. Geotermičke termoelektrane u njima se para iz zemlje neposredno ili posredno (preko izmjenjivača topline) upotrebljava za pogon parne turbine. Prema načinu korištenja pare, termoelektrane u kojima se kao pogonski stroj upotrebljavaju parne turbine, možemo podijeliti na: 1. Kondenzacijske termoelektrane za proizvodnju samo ž električne energije i 2. Toplane i industrijske termoelektrane za kombiniranu proizvodnju električne energije i pare koja se upotrebljava za tehnološke procese i grijanje (kombinirana proizvodnja el. energije i pare može se ostvariti i s plinskim turbinama). Elektrotehnički fakultet Osijek

Upload: muharem-horiic

Post on 16-Apr-2015

159 views

Category:

Documents


11 download

DESCRIPTION

TErmo lektrane

TRANSCRIPT

Page 1: Termo elektrane

148

3. TERMOELEKTRANE3. TERMOELEKTRANE

3.1. Općenito o termoelektranama

3.2. Parne termoelektrane

3.3. Kondenzacijske (parne) termoelektrane

3.4. Plinske termoelektrane

3.5. Osnovna energetska karakteristika termoelektrana

Elektrotehnički fakultet Osijek 149

3.1. Općenito o termoelektranama

Elektrotehnički fakultet Osijek

150

Termoelektranama se nazivaju postrojenja u kojima se toplina pretvara u mehaničku energiju, a ova u električnu, bez obzira na to da li se koristi toplina dobivena izgaranjem fosilnih i drugih goriva, toplina geotermičkih izvora ili toplina dobivenanuklearnom fisijom.

Termoelektrane mogu se podijeliti:- prema vrsti pogonskih strojeva, - prema načinu korištenja pare, - prema upotrijebljenom gorivu i - prema načinu hlađenja kondenzatora.

Prema vrsti upotrijebljenih strojeva, razlikujemo: 1. Parne termoelektrane u kojima gorivo izgara u parnim

kotlovima, a pogonski je stroj parna turbina; 2.Termoelektrane s plinskim turbinama u kojima je pogonski

stroj plinska turbina;

Elektrotehnički fakultet Osijek 151

3. Dizelske termoelektrane s dizelskim motorom kao pogonskim strojem;

4. Nuklearne termoelektrane u kojima nuklearni reaktor (s izmjenjivačem topline ili bez njega preuzima ulogu parnog kotla, a pogonski je stroj također parna turbina;

5. Geotermičke termoelektrane u njima se para iz zemlje neposredno ili posredno (preko izmjenjivača topline)upotrebljava za pogon parne turbine.

Prema načinu korištenja pare, termoelektrane u kojima se kao pogonski stroj upotrebljavaju parne turbine, možemo podijeliti na: 1. Kondenzacijske termoelektrane za proizvodnju samo ž

električne energije i 2. Toplane i industrijske termoelektrane za kombiniranu

proizvodnju električne energije i pare koja se upotrebljava za tehnološke procese i grijanje (kombinirana proizvodnja el. energije i pare može se ostvariti i s plinskim turbinama).

Elektrotehnički fakultet Osijek

Page 2: Termo elektrane

152

• Što se vrste goriva tiče:- u parnim TE mogu se koristiti čvrsta, tekuća i plinovita goriva, - u TE s plinskim turbinama tekuća i plinovita, - u dizelskim TE samo tekuća goriva.

• S obzirom na hlađenje (u kondenzatoru parne turbine, u hladionicima postrojenja s plinskim turbinama i dizelskim motorima) razlikuju se:- TE s protočnim hlađenjem i - TE s povratnim hlađenjem.

Elektrotehnički fakultet Osijek 153

3.2. Parne termoelektrane

Elektrotehnički fakultet Osijek

154

Svi glavni dijelovi parne termoelektrane smješteni su u glavnoj pogonskoj zgradi:1. Bunkeri ugljena, 2. Kotlovi, turboagregati, 3. Priprema vode (zagrijači, isparivači, otplinjači rezervoari pojne

vode) i pumpe za napajanje,4. Rasklopno postrojenje vlastitog potroška i 5. Toplinska i električna komanda.

U neposrednoj blizini glavne pogonske zgrade smješteni su 1. Uređaji za transport goriva i pepela i 2. Deponij pepela.

Način istovara i transporta, te izvedba uređaja ovisni su:- o vrsti goriva, - o načinu dopreme goriva i - o svojstvima goriva.

Elektrotehnički fakultet Osijek 155

U postrojenja termoelektrane spadaju i - postrojenja za dobavu vode (pumpne stanice), te - dovod i odvod vode.

Ako je predviđeno povratno hlađenje, uz glavnu pogonsku zgradu smješteni su hladnjaci (tornjevi za hlađenje).

Rasklopno postrojenje može se smjestiti:1. U glavnu pogonsku zgradu ako se radi o TE manje snage iz

koje se energija može razvesti vodovima napona do 35 kV, 2. Na otvorenom, obično tik uz glavnu pogonsku zgradu ako je

za prijenos potreban napon110 kV ili viši.

Uz glavnu pogonsku zgradu postoje također:- radionice za održavanje i sitnije popravke, - upravna zgrada.

Elektrotehnički fakultet Osijek

Page 3: Termo elektrane

156

Shematski prikaz procesa u parnoj termoelektrani. (Oznake A, A’, D, E odgovaraju oznakama na hs - dijagramima koji slijede)

• U parnoj termoelektrani ista se voda isparava u kotlu, nakon ekspanzije u turbini kondenzira u kondenzatoru i vraća u kotao gdje se ponovo ispari voda, dakle, prolazi kroz zatvoreni proces.

Elektrotehnički fakultet Osijek 157

• Proces se može smatrati zatvorenim i kada se kondenzirana voda ne vraća u kotao, ili se ne vraća sva, jer se izgubljena voda

ohlađuje na temperaturu okoline, a tu istu temperaturu ima i voda kojom se nadoknađuje gubitak.

Elektrotehnički fakultet Osijek

158

3.2.1. Parni kotao

Parni kotao (generator pare) dio je energetskog, industrijskog ili toplinskog postrojenja u kojemu se toplina oslobođena izgaranjem goriva predaje vodi, te je pretvara u vodenu parukoja na izlazu iz parnog kotla ima određeni tlak i temperaturu.

Riječ je, dakle, o izmjenjivaču topline koji je u početku razvitka bio grijana posuda djelomično napunjena vodom, pa odatle potječe naziv parni kotao. Danas se sve više upotrebljavaispravniji naziv: generator pare.

Osnovne karakteristike parnog kotla dane su s tri glavna parametra koji se pokušavaju normirati, odnosno uklopiti u

određene granice:.1. Učin (kapacitet) D parnog kotla u (kg/s ili kg/h),2. Tlak p parnog kotla u (Pa ili bar) i 3. Temperatura pregrijane pare tpr u (°C ili K).Osim tih veličina bitna je značajka korisnost parnog kotla ŋgp.

Elektrotehnički fakultet Osijek 159

Osnovni sklopovi parnoga kotlaPrincipijelna shema parnog kotla prikazana je na slici:

Osnovna shema parnog kotla

Elektrotehnički fakultet Osijek

Page 4: Termo elektrane

160

Para proizvedena u kotlu odvodi se do potrošača preko odvodnog ventila.

Dovodni uređaj na turbini tako se podesi da kroz njega struji potrebna količina pare koja je primjerena snazi što je razvija parna turbina.

Tlak pare održat će se na konstantnoj vrijednosti samo ako je proizvodnja pare u kotlu upravo jednaka količini pare koja iz njega izlazi.

Da bi tlak porastao, treba povećati isparavanje u kotlu, a to je moguće samo ako se poveća dovođenje topline, odnosno dovod goriva.

Isparavanjem i odvođenjem pare smanjuje se količina vode u kotlu, pa se mora povremeno ili konstantno kotao napajati novom vodom. Napajanje se regulira tako da se razina vode ukotlu održava u određenim granicama, a nadzire se pomoću vodokaznog stakla koje djeluje na principu spojenih posuda.

Elektrotehnički fakultet Osijek 161

Cijev za napajanje dovodi vodu u kotao ili u razini ili iznad razine vode, da bi se spriječilo njezino otjecanje iz kotla ako zakaže sustav za napajanje.

Ako bi kotao ostao bez vode, oštetile bi se njegove stjenke zbog njihova porasta temperature, jer ih voda više ne hladi. S istom svrhom u dovod za napajanje kotla ugrađuje se povratni ventilkoji sprečava istjecanje vode iz kotla.

Sigurnosni ventil služi za ispuštanje pare iz kotla u okoliš ako tlak premaši određenu granicu, te mora biti tako dimenzioniran da može propustiti i maksimalnu količinu pare što ju možeproizvesti kotao.

Na dnu kotla postavlja se ventil za odmuljivanje, jer voda u kotao donosi nečistoće, najčešće soli otopljene u vodi, koje se skupljaju na dnu jer ih para ne nosi sa sobom. Taj se ventil povremenootvara da se ispusti sakupljeni mulj kako bi gustoća vode u kotlu ostala u dopuštenim granicama.

Elektrotehnički fakultet Osijek

162

U parnim se kotlovima razlikuju četiri vrste ogrjevnih površina: 1. Ogrjevna površina isparavanja, 2. Pregrijač pare, 3. Zagrijač vode i 4. Zagrijač zraka.

Ogrjevna površina isparavanja nalazi se u području najviših temperatura plinova izgaranja.

Pregrijač pare smješten je neposredno uz ogrjevne površine isparivanja, pa se para pregrijava plinovima izgaranja koji su većdio topline predali vodi preko ogrjevne površine isparivanja.

Već djelomično ohlađeni plinovi dodiruju se s ogrjevnim površinama zagrijača vode u kojemu se voda zagrijava prije ulaska u prostor isparivanja.

Konačno, plinovi izgaranja prolaze kroz zagrijač zraka u kojemu se prije ulaska u ložište zagrijava zrak potreban za izgaranje goriva.

Elektrotehnički fakultet Osijek 163

Parni se kotao sastoji od slijedećih triju osnovnih skupina dijelova i opreme:

a)ložišta, tj. prostora za izgaranje goriva s potrebnom opremom za pretvorbu kemijske energije goriva u unutarnju energiju dimnih plinova;

b) sklopova izmjenjivača topline, odnosno ogrjevnih površina na kojima se unutarnja energija dimnih plinova prenosi na vodu i vodenu paru (zagrijači vode, isparivači vode, pregrijači pare i zagrijači zraka );

c) pomoćnih uređaja koji čine sklop strojeva i opreme potrebnih za proizvodnju vodene pare, odnosno potrebnih za rad parnog kotla kao pogonske cjeline.

Osnovni dijelovi parnog kotla su:1. Prostor za izgaranje goriva (ložišna komora) parnog kotla sa

svim uređajima za dovod goriva i zraka i odvod dimnih plinova;

Elektrotehnički fakultet Osijek

Page 5: Termo elektrane

164

2. Sustav izmjenjivača topline (tlačni dio parnog kotla i zagrijačzraka): isparivač;pregrijač pare; zagrijač vode (predisparivač); zagrijač zraka;

3. Pomoćni uređaji u parnom kotlu;armatura parnog kotla (fina i gruba), nosiva čelična konstrukcija;ozid i izolacija;

4. Postrojenja ili uređaji izvan parnog kotla; - postrojenje ili uređaji za dovod goriva do parnog kotla; - postrojenje ili uređaji za pripremu vode; - postrojenje ili uređaji za napajanje vodom;

- postrojenje ili uređaji za opskrbu zrakom; - postrojenje ili uređaji za odvod i čišćenje dimnih plinova;

- postrojenje ili uređaji za odvod pepela i troske; - postrojenje ili uređaji instrumentacije, regulacije i automatike

Elektrotehnički fakultet Osijek 165

Izvedbe parnih kotlova

• Osnovna razlika u izvedbi parnih kotlova sastoji se u načinu prolaza plinova izgaranja kroz kotao, tj. da li plinovi prolaze kroz cijevi okružene vodom ili oko cijevi u kojima je voda.

• Osnovne konstrukcije parnih kotlova:

1. Plamenocijevni kotlovi, gdje plinovi izgaranja struje kroz cijevi oko kojih je voda,

2. Vodocijevni kotlovi, gdje plinovi izgaranja struje oko cijevi u kojima je voda, i

3. Kombinirani kotlovi, gdje plinovi prolaze dijelom kroz plamene cijevi, a dijelom oko cijevi ispunjenih vodom.

Elektrotehnički fakultet Osijek

166

Gorivo za parne kotloveZa parne kotlove upotrebljavaju se prirodna, oplemenjena ili umjetna gorivakoja pri normalnoj temperaturi mogu biti u čvrstom, tekućem ili plinovitom stanju.

Prirodna goriva dobivaju se neposredno iz prirodnih nalazišta, kao npr. različite vrste ugljena, lignit, sirova nafta, zemni plin...

Različitim postupcima mogu se iz prirodnih goriva odstraniti štetni sastojci i primjese, pa se tako dobiju oplemenjena goriva.

Umjetna goriva su bilo primarni proizvod, bilo nusproizvod određenih tehnoloških procesa, kao npr. koks, sintetska tekuća

goriva, generatorski plin, itd.

Elektrotehnički fakultet Osijek 167

Sva se ta 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 uvjetima. Za čvrsta i tekuća goriva izražava se u J/kg, a za plinovita goriva u J/m3 i ovisi o sastavu goriva i uvjetima izgaranja, pa za istu vrstu goriva može varirati u širokim granicama.

U parnom kotlu sva voda i vlaga sadržana u gorivu ispari i nekondenzirana odlazi s dimnim plinovima u atmosferu. Zato se za goriva parnih kotlova uvijek računa s donjom ogrjevnom moći goriva Hd, za razliku od gornje ogrjevne moći Hg, koja je nešto veća jer uključuje i toplinu oslobođenu kondenzacijom vodene pare.

Elektrotehnički fakultet Osijek

Page 6: Termo elektrane

168

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

Čvrsta gorivaNajvažnija 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.

Elektrotehnički fakultet Osijek 169

Podjela čvrstih fosilnih goriva:1. Kameni ugljen: sadrži malo vlage, sadržaj pepela mu je različit u

širokim granicama, a potječe iz starijih geoloških formacija. Prema plinovitom sadržaju razlikuju se podskupine kamenog ugljena:a) plinski ugljen s plinovitim sadržajem od 35 – 50 %;b) masni ili koksni ugljen s 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: najmlađe fosilno gorivo i ne može se smatrati ugljenom. Sastoji se od ostataka biljaka, a nastao je od tresišta (uz potpunu izolaciju od zraka).

Elektrotehnički fakultet Osijek

170

Podjela ugljena

Podvrste kamenog ugljena (ovisno o sadržaju hlapljivih sastojaka): antracit 10%, mršavi ugljen 11-14%, kovački ugljen 15-19%, masni ugljen 20 – 28 %, plinski ugljen 29-35 % i plameni ugljen > 35 % hlapljivih sastojaka.

Elektrotehnički fakultet Osijek

81 – 984 – 45do 1024 – 37,7Kameni ugljen

71 – 8046 – 5011 – 3012,7 – 23, 9Mrki ugljen

65 – 7051 – 6031 – 60do 12,6Lignit

Sadržaj ugljika [%]

Hlapljivi sast. [%]

Sadržaj vlage [%]

Ogrjevna moć[MJ/kg]

Vrsta ugljena

171

Podjela ugljena po nastankuPodjela ugljena po nastanku

Elektrotehnički fakultet Osijek

Page 7: Termo elektrane

172

LignitLignit

Elektrotehnički fakultet Osijek 173

BituminozniBituminozni ugljen (mrki i kameni)ugljen (mrki i kameni)

Elektrotehnički fakultet Osijek

174

AntracitAntracit

Elektrotehnički fakultet Osijek 175

TresetTreset

Elektrotehnički fakultet Osijek

Page 8: Termo elektrane

176

Tekuća gorivaTekuća prirodna goriva dobivaju se frakcijskim destilacijama zemnog ulja (nafte) i iz uljnih škriljavaca, a tekuća umjetna goriva preradbom ugljena.Teške frakcije dobivene destilacijom nafte, tj. ulja za loženje ili mazuti, upotrebljavaju se danas kao osnovno gorivo u parnim kotlovima.Za inicijalno (početno) loženje parnog kotla upotrebljavaju se

dizelska goriva i ostala laka goriva.

Plinovita gorivaPlin je idealno gorivo za parne kotlove, jer:

- vrlo lako se dovede plinovodom do parnog kotla, - plinovito gorivo ima visoku ogrjevnu moć, - lako se stvara dobra mješavina plina i zraka za izgaranje uz gotovo teorijski pretičak zraka

- uređaji za izgaranje (plinski gorionici) vrlo su jednostavni, izgaranje je potpuno, a temperature izgaranja su visoke,

- plinovito gorivo ne sadrži suvišnih tvari.

Elektrotehnički fakultet Osijek 177

Zemni plin ima 85 – 98 % metana (CH4), ~ 5 % teških ugljikovodika CxHy i donju ogrjevnu moć ~ 36.000 kJ/m3.Plin iz naftonosnih izvora ima visoku ogrjevnu moć od ~ 55.000

kJ/m3, jer sadrži veći udio teških ugljikovodika.Postoji mnogo umjetnih plinovitih goriva, npr. plin visokih peći,

koksni plin, generatorski plin, vodeni plin i različite vrste plinova dobivenih rasplinjavanjem ugljena.

Nafta i plin uglavnom se sastoje od tisuća parafinskih (alkalnih), naftenskih (cikloparafinskih) i aromatskih ugljikovodika. Međusobno se

razlikuju po broju ugljikovih atoma, načinu vezivanja i zasićenosti vodikom.

CnH2n+2 parafinski ugljikovodici (lančane veze atoma ugljika)

CnH2n-2k naftenski ugljikovodici (prstenaste veze)

CnH2n-6k aromatski ugljikovodici (prstenaste veze)

Gdje je: n prirodan broj; k+1 broj prstenova ugljika

Elektrotehnički fakultet Osijek

178

Nafta Nafta -- ““CrnoCrno zlatozlato””

Elektrotehnički fakultet Osijek 179

FizikalniFizikalni uvjeti uvjeti izgaranjaizgaranja u lou ložžiišštutu●● Za vrijeme izgaranja u loZa vrijeme izgaranja u ložžiišštu parnog kotla gorivo prolazi kroz tu parnog kotla gorivo prolazi kroz ččetirietirifaze: faze: 1. S1. Suuššenjeenje, , 2. I2. Isplinjavanjesplinjavanje, , 3. R3. Rasplinjavanjeasplinjavanje i i 4. I4. Izgaranjezgaranje ččvrstog ugljika i plinovitih vrstog ugljika i plinovitih sastojaka.sastojaka.

●● KadKad gorivo sadrgorivo sadržži visok postotak vlage, za i visok postotak vlage, za susuššenjeenje je potreban je potreban velikvelik volumenvolumen loložžiiššta. Zato ta. Zato sese lignit i ostala otpadna biljna goriva lignit i ostala otpadna biljna goriva susuššee ili prije ili prije unounoššenjaenja u kotao ili u kotlu u kotao ili u kotlu zrazraččenjemenjem toplinetopline u komori u komori izgaranjaizgaranja..

●● Nakon suNakon suššenja gorivo enja gorivo isplinjujeisplinjuje i pri tom djelovanjem topline i pri tom djelovanjem topline lakohlapljivilakohlapljivi ugljikovodiciugljikovodici prelazeprelaze u plinovito stanje. Da se u u plinovito stanje. Da se u ššto to krakraććemem vremenu vremenu osiguraosigura potpuno potpuno rasplinjavanjerasplinjavanje i i izgaranjeizgaranje ččvrstih vrstih dijelovadijelova goriva, treba goriva, treba postipostiććii veliku razliku između brzine strujanja veliku razliku između brzine strujanja zrakazraka i i ččesticaestica goriva.goriva.

Elektrotehnički fakultet Osijek

Page 9: Termo elektrane

180

●● U zavrU završšnoj, noj, ččetvrtoj fazi, etvrtoj fazi, izgarajuizgaraju plinovi nastali isplinjavanjem i plinovi nastali isplinjavanjem i rasplinjavanjem. To je posljedica snarasplinjavanjem. To je posljedica snažžnog vrtlonog vrtložženja smjese enja smjese plinova i zraka, pobplinova i zraka, pobuđenog plamenomuđenog plamenom..Da bi se pojaDa bi se pojaččalo vrtloalo vrtložženje, izvode se posebne konstrukcije ili se enje, izvode se posebne konstrukcije ili se na poseban nana poseban naččin dodaje zrak. Ako gorivo sadrin dodaje zrak. Ako gorivo sadržži vei većću koliu količčinu inu hlapljivih sastojaka, korisno je dovoditi u lohlapljivih sastojaka, korisno je dovoditi u ložžiiššte dodatne kolite dodatne količčineinezraka (sekundarni zrak).zraka (sekundarni zrak). SadrSadržžaj pepela moaj pepela možže znatnoe znatno ometati ometati kemijske reakcije pa su potrebni uređaji za odvođenja pepela i kemijske reakcije pa su potrebni uređaji za odvođenja pepela i troske iz lotroske iz ložžiiššta.ta.

Tip loTip ložžiišštata ovisi o karakteristikama gorivaovisi o karakteristikama goriva koje koje ćće se upotrebljavati za e se upotrebljavati za loložženje parnog kotla.Te su karakteristike: enje parnog kotla.Te su karakteristike: -- ogrjevna moogrjevna moćć goriva, goriva, -- veliveliččina ina ččestica (zrnatost) estica (zrnatost) ččvrstog goriva, vrstog goriva, -- udio vlage u gorivu, udio vlage u gorivu, -- kolikoliččina plinovitih sastojaka, ina plinovitih sastojaka, -- kolikoliččina i sastav pepela i suviina i sastav pepela i suviššnih tvari i nih tvari i -- temperatura paljenja i sposobnost brze ili spore reakcije pri itemperatura paljenja i sposobnost brze ili spore reakcije pri izgaranju.zgaranju.

Elektrotehnički fakultet Osijek 181

Tipovi ložišta i načini izgaranja goriva u ložištu 1. Ložišta za čvrsta goriva.• U ložištu parnog kotla čvrsto gorivo može izgarati na dva načina: - u sloju na rešetki ili - raspršeno u prostoru (ugljena prašina).

• Parni kotlovi s ložištem u kojemu na rešetki izgara čvrsto gorivo u slojuimaju maksimalni učin ograničen na 100 t/h, ali im je minimalni učinpraktički neograničen, tj. mogu raditi i u praznom hodu.

• Parni kotlovi s ložištem u kojemu raspršena ugljena prašina izgara uprostoru, grade se za velike učine, nikad manje od 30 t/h. U takvu seložištu ne može postići sigurno paljenje ugljene prašine ako opterećenjekotla padne ispod neke donje granice koja se zove tehnički minimumkotla, a ovisi o svojstvima ugljena.

• Ložišta za izgaranje čvrstog goriva u sloju imaju rešetku koja može biti nepomična ili je pokretana mehanički (najjednostavnija je ravna nepomična rešetka sastavljena od nepomičnih šipki između kojih su uži ili širi razmaci za dovod zraka)

Elektrotehnički fakultet Osijek

182

• Postoje različite konstrukcije mehaničkih rešetki, a najčešći je tip lančana rešetka koja radi kao transportna traka.

Lančana rešetka. a – dovod ugljena, b – smjer kretanja rešetke, c – odvod pepela, d – dovod zraka

Elektrotehnički fakultet Osijek 183

• Ložišta za izgaranje čvrstog goriva u prostoru.Smjesa sitno samljevene ugljene prašine i zagrijanog zraka ubacuje se u komoru izgaranja gdje se zapali zračenjem plamena i dimnih plinova koji zagriju zrak za izgaranje na visoku temperaturu (do 450 °C).Ako gorivo sadrži mnogo vlage i pepela (niska ogrjevna moć), dimni plinovi recirkuliraju. Ugljeni se prah mora zadržati u ložištu bar tako dugo koliko je potrebno da izgori njegova osnovna masa.

Ugljena se prašina može ubrizgavati u komoru izgaranja posredno ili neposredno.

• Pri neposrednom se ubrizgavanju ugljena prašina dovodi u komoru izgaranja izravno iz mlinova. To je konstrukcijski i pogonski najjednostavnije rješenje, a ujedno je i najjeftinije, ako sadržaj vlage u ugljenu nije visok i ako se troska odvodi u suhom stanju. U toku mljevenja, ugljen se istodobno suši. Zrak iz zagrijača zraka ili smjesa zraka i plinova izgaranja dovode se u mlin, odakle sa sobom odnose ugljenu prašinu kroz plamenike u komoru izgaranja. Potrebni pretlak za taj transport proizvode mlinovi ili posebni ventilatori.

Elektrotehnički fakultet Osijek

Page 10: Termo elektrane

184

• Ugljenu prašinu treba uvijek posredno ubrizgavati želi li se odvoditi troska u tekućem stanju, a ugljen sadrži više od 15 % vlage. Pri posrednom ubrizgavanju samljeveni ugljen sakuplja se u bunkerima ugljene prašine i iz njih se odvodi u kotao. To omogućuje da mlinovi rade samo povremeno, i to s punim opterećenjem, pa se smanjuje energija potrebna za mljevenje.

Elektrotehnički fakultet Osijek 185

2. Ložišta za tekuća goriva• Ložišta za tekuća goriva mogu biti konstruirana za:- laka ulja, teška ulja, otpadna ulja,- vrlo teška ulja (mazut, C-ulje) i različite vrste lužina.

• Kao tekuće gorivo parnih kotlova velikog učina danas dolazi u obzir samo teško ili vrlo teško loživo ulje. Ta su ulja pri temperaturi okoliša toliko gusta da ih prije loženja treba ugrijati.

• Iz glavnog se spremnika pumpa dnevna potrebna količina loživog ulja u dnevni spremnik sposoban da primi goriva za 12 do 24 sata pogona.

• Loživo ulje u dnevnom spremniku grije se zasićenom vodenom parom na ~ 50 °C. Dnevni je spremnik obično postavljen dovoljno visoko da loživo ulje može gravitacijski proticati kroz filtre i dotjecati pumpama.

• Nakon što se pumpama povisi tlak, loživo se ulje zagrijava do ~ 150 °C, da bi se u plamenicima moglo fino raspršiti, ali i da bi isparili lako hlapljivi sastojci. Raspršivanjem se uljni mlaz pretvara u uljne kapljice.

Elektrotehnički fakultet Osijek

186

• Prema načinu raspršivanja loživog ulja razlikuju se:- plamenici za tlačno raspršivanje i - plamenici za centrifugalno raspršivanje.

• Za tlačno raspršivanje loživo se ulje dovodi u plamenik pod tlakom 14 do 30 bara, pa se pomoću tangencijalnog ili spiralnog strujanja raspršuje i u fi-nim kapljicama ubrizgava u ložište.

• U plameniku za centrifugalno raspršivanje(rotacijski plamenik) ulje se gravitacijom dovodi kroz šuplju osovinu u prošireni dio gdje se zbog visokog broja okretaja (6000 – 7000 o/min) raspršuje.

1 – dovod ulja, 2 – razdjeljivač ulja, 3 – ventilator zraka za izgaranje, 4 – zaklopka za regulaciju zraka, 5 – rotirajući konus, 6 – zaštitni plašt plamenika

Elektrotehnički fakultet Osijek 187

3. Ložišta za plinovita goriva• Kao plinovita goriva služe:- prirodni (zemni) plin ili - umjetni gorivi plinovi (gradski plin, koksni plin, plin iz visokih peći, itd.).

• Za kotlove velikog učina dolazi u obzir samo zemni plin.• Kad se postrojenju parnog kotla dovodi plin pod visokim tlakom ili u te-kućem stanju, potrebna je redukcijska stanica za sniženje tlaka plina.

• Zemni plin pod visokim tlakom i s niskim temperaturama treba zagrijati da bi se spriječilo kondenziranje ugljikovodika s niskom temperaturomisparivanja.

• Plin i zrak miješaju se izvan plamenika, a skretnikom se može usmjeravati mješavina plina i zraka, te skratiti plamen.

• Plin izlazi velikom brzinom kroz sapnice koje su ugrađene u sapnici za zrak, pa se tako postiže vrlo intenzivno miješanje i kratak plamen vrlo visoke temperature.

• Zbog izvanredno brze reakcije izgaranja zrak i gorivi plin čine vrlo eksplozivnu smjesu, pa su potrebni sigurnosni uređaji koji sprečavaju eksploziju mješavine zraka i gorivog plina.

Page 11: Termo elektrane

188

Plamenik za plin visoke ogrjevne moći. 1 – ulaz plina, 2 – ulaz zraka, 3 - razdjelna komora plina, 4 – razdjelna komora zraka, 5 – sapnice plina, 6 – izbušena glava sapnice, 7 – Venturijeve sapnice zraka, 8 – usmjerivač gorive smjese, 9 – prostor za miješanje plina i zraka, 10 – otvor za paljenje i nadzor

189

Voda za parne kotlove

Sirova prirodna voda nikad se ne upotrebljava izravno u parnim kotlovima jer sadrži mehaničke nečistoće, otopljene soli i plinove.

Napojna voda, koja se dovodi u kotao, i kotlovska voda, koja se nalazi u kotlu, moraju imati takva svojstva da bude sigurna i ekonomična proizvodnja tehnički čiste vodene pare, da se na ogrjevnim površinama u dodiru s vodom ili parom ne taloži kotlovski kamenac i da se ne pojavljuje korozija u sustavu voda – para.

Svojstva napojne vode

Opći je zahtjev da napojna voda mora biti bistra i bezbojna, dakle bez plutajućih tvari i muteži, a to se lako kontrolira.

Korozija željeznih stijenki sprečava se održavanjem koncentracije kisika ispod dopuštene granice. Dosad nije zapažena korozija pri koncentraciji od 0,02 mg O2 po litri vode, a tu je granicu tehnički relativno lako ostvariti.

190

O tvrdoći vode ovisi stvaranje kotlovskog kamenca koji se taloži na unutrašnje stijenke cijevi u kotlu. Kotlovac nastaje zagrijavanjem vode s otopljenim solima, različitih minerala. Taloženje kamenca, koji je vrlo dobar toplinski izolator, smanjuje prijelaz topline i povisuje temperaturu ogrjevnih površina, pa zbog toga popušta materijal i pucaju cijevi.Koncentraciju željeza i bakra u napojnoj vodi treba održati ispod dopuštene granice da bi se osigurala čistoća pare. Napojna voda mora biti kemijski neutralna ili slabo lužnata da se spriječi korozija koja bi nastala kad bi voda bila imalo kisela. Električna vodljivost je također jedan od pokazatelja čistoće napojne vode. Ovisi o koncentraciji iona, pa za kemijski čistu vodu ona iznosi 0,05 S/cm.Permanganatski broj je mjera za udio organskih tvari u napojnoj vodi. Zbog

većeg udjela organskih tvari voda se u kotlu pjeni i tada para sa sobom nosi čestice pjene i vode u pregrijač i turbinu. Udio ulja u napojnoj vodi mora biti u dopuštenim granicama, jer ulje u kotlu može na stijenkama stvarati tanke slojeve na koje se lijepe izlučne soli.

191

3.2.2. Parne turbine

U parnim turbinama pojavljuje se dvostruka energetska transformacija:

a) unutarnje energije pare u kinetičku energiju ib) kinetičke energije pare u mehaničku energiju.

Prva je transformacija posljedica ekspanzije pare visokog tlaka i temperature u nepomičnim kanalima ili sapnicama, odnosno u privodnom kolu ili statoru.

Druga se transformacija obavlja u rotoru. Ponekad se tu provode obje transformacije - i u kinetičku i u mehaničku energ.

Parne se turbine dijele prema:- smjeru strujanja pare, - djelovanju rotora s obzirom na ekspanziju pare, - sredstvima kojima se smanjuje broj okretaja i - visini tlaka na kraju ekspanzije.

Elektrotehnički fakultet Osijek

Page 12: Termo elektrane

192

S obzirom na smjer strujanja pare razlikujemo:1. Aksijalne turbine (para struji paralelno s osovinom) i 2. Radijalne turbine (okomito na osovinu).

Kad su snage male, radijalne imaju određenu prednost pred aksijalnim turbinama. Za veće snage izvode se samo aksijalne turbine (stoga su one danas najčešće).

Prema djelovanju rotora s obzirom na ekspanziju pare, razlikuju se:1. Akcijske parne turbine (turbine jednakog tlaka) u kojima para

ekspandira samo u privodnom kolu, odnosno među lopaticama statora, pa je na objema stranama okretnog kola tlak jednak, i

2. Reakcijske parne turbine u kojima para ekspandira i među lopaticama statora i među lopaticama rotora. Zbog ekspanzije među lopaticama rotora, vladat će pred njim veći tlak nego iza njega. Taj pretlak, nazvan pretlakom raspora, uzrokuje potisak u smjeru strujanja pare, što valja kompenzirati pogodnom konstrukcijom.

Elektrotehnički fakultet Osijek 193

S obzirom na sredstva s kojima se smanjuje broj okretaja može se reći slijedeće:

Stupanj djelovanja pri transformaciji kinetičke energije u mehaničku ovisi o omjeru brzine vrtnje i brzine pare nakon ekspanzije. Danas se za pogon turbina upotrebljava para visokog tlaka i temperature, što omogućuje velike brzine nakon ekspanzije. Zato su potrebne velike brzine vrtnje. S obzirom na čvrstoću materijala i dopušteni broj okretaja, kad su turbina i generator neposredno spojeni, obodna brzina mora biti smanjena na neku dopustivu vrijednost. Da se to postigne, izvode se turbine sa:

- stupnjevanjem tlaka, - stupnjevanjem brzine, te - stupnjevanjem i brzine i tlaka.

Elektrotehnički fakultet Osijek

194

Pri stupnjevanju tlaka ukupna njegova promjena podijeli se u više dijelova, a svakom dijelu pada tlaka pripada po jedno statorsko i rotorsko kolo, koja se zajedno nazivaju stupnjem turbine.

Ona, prema tome, ima onoliko stupnjeva na koliko je podijeljen ukupni pad tlaka, to su višestupanjske turbine. Svaki stupanj radi kao jednostupanjska turbina, pa je brzina na kraju ekspanzije znatno manja, što omogućuje da se postigne povoljan stupanj djelovanja uz znatno manju brzinu vrtnje.

Stupnjevanje tlaka može se ostvariti i u akcijskim i reakcijskimturbinama.

Elektrotehnički fakultet Osijek 195

Kad se želi postići stupnjevanje brzine, para ekspandira do konačnog tlaka u privodnom kolu, a kinetička se energija iskorištava u dva ili više stupnjeva. U prvome rotorskom kolu transformira se samo dio kinetičke energije, pa ga para napušta relativno velikom brzinom.

Da se omogući iskorištavanje preostale kinetičke energije, para se dovodi među statorske lopatice drugog stupnja, koje skreću mlaz pare i dovode ga u određenom smjeru drugome lopatičnom vijencu rotora.Tajse postupak ponavlja sve dok se dovoljno ne iskoristi kinetička energija pare.

U praksi se izvode najviše četiri stupnja brzine (samo u akcijskim turb.).

Akcijske turbine mogu se izvesti sa stupnjevanjem brzine i tlaka. Tad se ukupna razlika tlaka podijeli na više dijelova, a u svakome se provodi stupnjevanje brzine.

Elektrotehnički fakultet Osijek

Page 13: Termo elektrane

196

• S obzirom na visinu tlaka na kraju ekspanzije, razlikujemo:

1. Kondenzacijske (iskorištava se para do kondenzatorskog tlaka, koji je određen temperaturom rashladne vode)

2. Protutlačne parne turbine (para ekspandira do tlaka znatno višegod kondenzatorskoga, jer se para koja je djelomično ekspandirala u parnoj turbini upotrebljava ili za grijanje ili za industrijske tehnološke procese. Protutlak na kraju ekspanzije u turbini ovisi o potrebnoj temperaturi pare.

• Treba spomenuti i turbine s reguliranim oduzimanjem. One su kondenzacijske i protutlačne. U turbinama s oduzimanjem dio pare koji je djelomično ekspandirao odvodi se iz turbine između dva stupnja i najčešće se upotrebljava za tehnološke procese, a preostala paraekspandira do protutlaka ili do tlaka kondenzatora. Izvode se i turbine i s dva regulirana oduzimanja, a rijetko s više njih.

Elektrotehnički fakultet Osijek 197Elektrotehnički fakultet Osijek

Jednostupanjska akcijska turbinaSastoji se od jedne sapnice ili grupe njih i od jednogokretnog lopatičnog kola.Pad entalpije pretvara se u sapnicama u kinetičkuenergiju, pa para velikom brzinom struji među lopa-ticama okretnog kola. Zato se izvodi za iskorištava-nje malih padova entalpije, jer bi za veće padove biopotreban vrlo visok broj okretaja.Takva turbina naziva se Lavalova turbina. Izvodi sedo brzine na izlazu iz sapnice c1 = 1000 m/s, ta brzi-na odgovara padu entalpije od oko 500 kJ/kg.Imaju visok broj okretaj i mali promjer okretnog kola i

grade se do snage 500 kW.Služe kao protutlačne turbine za pogon pojnih i kondenzatorskih pumpa u elektranama.Jednostupanjska je turbina malih dimenzija i jedno-stavne konstrukcije.

Skica i dijagram promjene tlaka (p) i brzine strujanja (c)

198

Akcijska turbina sa stupnjevanjem brzineKoristi se da se smanji broj okretaja i iskoriste veći padovi entalpije.Takva se turbina naziva Curtisovstupanj ili Curtisovo kolo.Para ekspandira do konačnog tlaka u sapnici ili sap-nicama i velikom brzinom struji među lopatice prvogokretnog kola.U njemu se, zbog transformacije u mehaničku en.brzina smanjuje na otprilike polovicu ulazne.Uz tu smanjenu brzinu para struji kroz statorsko lo-patično kolo gdje joj se mlaz skreće (uz gubitke) da bi se doveo među lopatice drugog okretnog polja.Tamo se preostala kin. en. pretvara u mehaničku.Akcijskim turbinama iskorištava se pad entalpije od oko 630 kJ/kg, a izvode se kao protutlačne turbine snage od 100 do 2000 kW.Služe kao pogonski strojevi za pojne pumpe i pumpeza rashladnu vodu, te pogon generatora u elek-tranama i toplanama malih snaga.

Skica i dijagram promjene tlaka (p) i brzine strujanja (c)

Elektrotehnički fakultet Osijek 199

Skica i dijagram promjene tlaka (p) i brzine strujanja (c)

Elektrotehnički fakultet Osijek

Akcijska turbina sa stupnjevanjem tlaka

Obodnu je brzinu moguće smanjiti i stupnjevanjemtlaka.

Takva se turbina sastoji od više jednostupanjskihakcijskih turbina u kojima je ulazni tlak jednak izlaznome iz prethodne turbine.

Naziva se i Zoellyeva turbina.

Zbog razlike u tlakovima koji vladaju između ulaza i izlaza statorskog kola, moraju između statora i oso-vine biti labirintne brtvenice. To je izvedba s

komorama.

Broj stupnjeva turbine određen je padovima entalpije u pojedinim stupnjevima i ukupnim padom entalpije.

Page 14: Termo elektrane

200

Skica i dijagram promjene tlaka (p) i brzine strujanja (c)

Jednostupanjska reakcijska turbinaU reakcijskoj turbini para ekspandira i u prividnom i u

okretnom kolu.To se postiže prikladnim oblikom lopatica okretnog

kola, jer se lopatice na rotoru akcijske turbine izvodes jednakom slobodnom površinom za prolazak pare

na cijelome njezinu putu među lopaticama.Slobodna se površina među lopaticama na rotoru re-

akcijske turbine smanjuje u smjeru strujanja pare jer je ono sve brže.Slika odgovara i jednostupanjskoj reakcijskoj turbini,

ali ona se sastoji od samo jednoga privodnog i samo jednoga okretnog lopatičnog kola.Ovakva se turbina naziva i Parsonsova turbina.

Reakcijska turbina sa stupnjevanjem tlakaPrilike u takvoj turbini odgovaraju onima u višestu-

panjskoj akcijskoj turbini, ne izostavljajući ekspanzijui u prividnom i okretnom kotlu.

Elektrotehnički fakultet Osijek 201

Mješovite izvedbeDanas se turbine većih snaga uglavnom izvode s prvim stupnjem kao akcijskim,

sa stupnjevanjem brzine ili bez njega. To vrijedi i kad su ostali stupnjevi akcijski.

Skica višestupanjske akcijske turbine s dvostupanjskim stupnjevanjem brzine i dijagram promjene tlaka (p) i brzine strujanja (c)

Skica višestupanjske reakcijske turbine s trostupanjskim stupnjevanjem brzine i dijagram promjene tlaka (p) i brzine strujanja (c)

Elektrotehnički fakultet Osijek

202

Radijalne parne turbineU radijalnoj turbini para struji okomito na osovinu.Prva takva turbina bila je Ljungströmova turbina.Njegova radijalna parna turbin ima dva rotora koji

se okreću u suprotnim smjerovima i vezana su za dvije mehanički neovisne osovine.

Para struji od osovine prema obodu.Lopatično kolo jednog rotora djeluje istodobno i

kao okretno kolo prethodnoga i kao prividno kolo idućega rotora.

Svaki od rotora tjera vlastiti generator koji suelektrički paralelno spojeni.Para ekspandira u svakom lopatičnom kolu (reakcijska turbina).

Radijalna turbina može se izvesti i kao Siemensova turbina koja se sastoji od statorskih i rotorskih lopatičnih kola. Da se poništi aksijalni potisak rotora, turbina ima dva rotorska kola. Prvije stupanj radijalni akcijski stupanj.

Zbog konstrukcijskih razloga ograničena je snaga radijalnih turbina (oko 10MW).

Skica radijalne pt; tip Siemens

Skica radijalne pt; tip Ljungström

Elektrotehnički fakultet Osijek 203

Kondenzacijske parne turbine

Da se postigne što veći pad entalpijeizmeđu stanja na ulazu u turbinu i stanja na kraju ekspanzije, para se dovodi u kondenzator, u kojem se kondenzira djelovanjem rashladne vode.

Zbog toga u kondenzatoru vlada vrlo mali tlak (i do 0,02 bara), koji ovisi o temperaturi rashladne vode, a koja djeluje kao i hladni spremnik, odnosno kao okolina.

U takvoj turbini iskorištava se najveći mogući pad entalpije polazeći od zadanogstanja pare na ulazu u turbinu.

Shema kondenzacijske parne turbine

Elektrotehnički fakultet Osijek

Page 15: Termo elektrane

204

Shema protutlačne parne turbine

Protutlačne parne turbinePara ekspandira do tlaka znatno višega od

onoga u kondenzatoru.Tada se para koja je smao djelomično eks-

pandirala u turbini iskorištava za tehnološ-ke procese (grijanje, isparavanje, kuhanje, sušenje i sl.) ili za grijanje prostorija.Upotreba je opravdana samo ako ima potro-

šača koji mogu iskoristiti djelomično eks-pandiranu paru.Najčešće se takva para dovodi u izmjenjiva-če topline kod potrošača ili toplani, koji dje-luju kao kondenzatori, ali s tim da se ental-pija isparivanja iskorištava ili za tehnološkeprocese ili za grijanje prostorija.Nasuprot tome, u kondenzacijskoj se turbi-

ni entalpija isparavanja odvodi beskorisno uokolinu.

Elektrotehnički fakultet Osijek 205

Turbine s reguliranim oduzimanjem pareGrade se da se ukloni čvrsta ovisnost meha-

ničke energije na osovini turbine o unutar-njoj termičkoj energiji pare na izlazu iz

turbine.Sastoji se od visokotlačnog (VT) i

niskotlačnog (NT) dijela, smještenih u odvojena kućišta, na zajedničkoj osovini.

U VT dijelu ekspandira sva para koja se dovodi iz kotla, a nakon ekspanzije dio nje se odvodi potrošačima, a dio u NT dio turbine.

Pred ulazom u NT dio nalazi se protočniventil, kojim se regulira količina pare zaekspanziju do kondenzatorskog tlaka.

Budući da tlak pare na izlazu iz VT dijela ovisi o količini pare koja struji kroz taj dio turbine, promijeni li se količina pare kroz NTdio, mijenjat će se i količina kroz VT dio, a time i tlak pare za potrošače.Tako se možeodržati konstantni tlak pare oduzimanja.

Shema parne turbine s reguliranim oduzimanjem

Elektrotehnički fakultet Osijek

206

Turbine s nereguliranim oduzimanjem pareDanas se uglavnom sve turbine izvode s ne-

reguliranim oduzimanjem.

Broj nereguliranih oduzimanja ovisi u prvomredu o tlaku pare na ulazu u turbinu (s njego-vim povećanjem raste i broj nereguliranih odu-zimanja). Izvode se turbine i sa deset neregu-liranih oduzimanja pare.

Tako oduzetom parom zagrijava se kondenzatjer se time povećava termički stupanj djelova-nja procesa, zato što se dio pare ne dovodi u kondenzator.

Para kojom se zagrijava kondenzat obavlja protutlačni proces pa sva energija tako oduze-te pare ostaje u procesu.

Količina pare iskoristiva za zagrijavanje kon-denzata vrlo je ograničena jer je i toplina koju on može preuzeti ograničena. Shema parne turbine s dva

neregulirana oduzimanja pare

Elektrotehnički fakultet Osijek 207

Turbine s međupregrijavanjem pare

Izvodi se kad su tlakovi pare vrlo visoki (viši od 80 bara).

Para koja je djelomično ekspandirala u VTturbini vraća se natrag u kotao, gdje se uposebnom pregrijaču ponovno pregrije(obično do temperature svježe pare) i tako se pregrijana dovodi u NT turbinu.

Nekada se izvode i dva međupregrijav.

Pomoću međupregrijavanja postiže se nešto bolji termički stupanj djelovanja (poboljšanje 2-4%), ali je smanjenje postotka vlage u posljednjim stupnjevima turbine glavni razlog za uvođenjemeđupregrijavanja.

Shema parne turbine s međupregrijavanjem pare

Elektrotehnički fakultet Osijek

Page 16: Termo elektrane

208

3.2.3. Kondenzator parne turbine

Para što je ekspandirala u kondenzacijskoj parnoj turbini dovodi se u kondenzator, u kojem se ona kondenzira uz što je moguć niži tlak.

Kondenzacija se obavlja u izmjenjivaču topline, kojemu se s jedne strane dovodi para, a s druge rashladna voda, koja od pare preuzima toliko topline koliko je dovoljno da se ona potpuno kondenzira.

Izvedbe: 1. Para i kondenzat odijeljeni su

od rashladne vode. To je površinski kondenzator. On se danas redovito upotrebljava.

2. Moguće je izvesti i kondenzator s miješanjem, u kojem se para miješa s hladnom vodom.

Elektrotehnički fakultet Osijek

Skica površinskog kondenzatora

209

3.2.4. Čimbenici koji ograničavaju instaliranu snagu parne TEInstalirana snaga termoelektrana normalno je određena potrebama konzuma, odnosno potrebama snage za dopunu proizvodnje iz hidroelektrana.Porast potrošnje električne energije traži izgradnju sve većih TE, pa se događa da prirodni uvjeti ograničavaju instaliranu snagu TE.Do tog ograničenja može doći zbog:-ograničenja količine goriva, - ograničenja količine vode, - ograničenog prostora za izgradnju termoelektrane.

Pri određivanju raspoloživih količina goriva treba uvažiti činjenicu da TE treba biti osigurano gorivo bar za 20-25 godina, ukoliko se želi isplativost izgradnje postrojenja.Najveća količina vode u termoelektrani potrebna je za hlađenje kondenzatora što se može provesti:- protočnim hlađenjem (pri čemu se upotrebljava uvijek svježa voda) - povratnim hlađenjem (kada stalno kruži ista voda, koja se hladi u

rashladnom tornju).

Elektrotehnički fakultet Osijek

210

Najveća količina vode u termoelektrani potrebna je za hlađenje kondenzatora što se može provesti:- protočnim hlađenjem (pri čemu se upotrebljava uvijek svježa voda) - povratnim hlađenjem (kada stalno kruži ista voda, koja se hladi u

rashladnom tornju).

Protočno hlađenje je i energetski i ekonomski povoljnije jer je pri njemu temperatura rashladne vode niža, što omogučuje održavanje nižeg tlaka u kondenzatoru, a potrebne su i manje investicije za izgradnju postrojenja. Ali tada se računa da je za 1kg pare potrebno 60 kg vode za hlađenje.

Količine vode potrebne za povratno hlađenje znatno su manje, pa je moguće s istom količinom vode opskrbiti termoelektranu veće snage.

Ograničenje zbog nemogućnosti smještaja samog postrojenja može doći u obzir samo u rijetkim slučajevima (npr. zbog raspoložive površine za uskladištenje ugljena.

Elektrotehnički fakultet Osijek 211

3.3. Kondenzacijske (parne) termoelektrane

Elektrotehnički fakultet Osijek

Page 17: Termo elektrane

212

Kondenzacijske termoelektrane predstavlaju najčešći tip termoelektrana i služe isključivo za proizvodnju električne energije.

Pogonski stroj je kondenzacijska parna turbina, u kojemu se para ekspandira do tlakova 0,04 ... 0,07 bara, koji vladaju u kondenzatoru.

Stupanj djelovanja razmjeno je nizak (do 41%) jer je maksimalna temperatura razmjerno niska (do 600 OC), a u najvećoj mjeri ovisi o parametrima svježe pare.

Kad se razmatra lokacija kondenzacijske termoelektrane, potrebno je razlikovati makrolokaciju od mikrolokacije.

Makrolokacija ovisi o tri faktora: o gorivu, vodi i potrošačima el. energije.

Kada se radi o gorivima niske kalorične moći (lignitu, slabijim vrstama mrkog ugljena) i o TE velike snage, odlučan utjecaj imaju gorivo i voda. Ako u TE izgaraju visokokalorična goriva (kameni ugljen, derivati nafte, zemni plin), transport goriva nema utjecaja na lokaciju, pa je važniji utjecaj vode i potrošača.

Elektrotehnički fakultet Osijek 213

Danas, kad se grade TE sve većih snaga, kad se iskorištavaju sve lošije vrste čvrstih goriva i kad je omogućen prijenos električne energije na velike daljine, najčešće se TE grade neposredno na ugljenim rudnicima.

Na mikrolokaciju utječu:- potrebna površina (skladište goriva, deponij pepela) i nosivost

zemljišta, - mogućnost priključka na željezničku (ili plovnu) i električnu mrežu, - dovod i odvod vode, - potreba budućeg proširenja elektrane.

Elektrotehnički fakultet Osijek

214

3.3.1.Termička jednadžba stanja

Plinovi i pare su mediji (nosioci) koji služe za prijenos unutrašnje termičke energije u mehaničku energiju.Svi su procesi u kojima se odvijaju energetske pretvorbe, povezani s promjenama stanja radnog medija (nosioca energije).

Pretpostavka: u normalnom pogonu sve promjene stanja odvijaju sekvazistacionarno, tj. da se za vrijeme promjene stanja sustav -globalno promatrajući - nalazi u stanju ravnoteže (omogućuje da se promjene stanja opisuju veličinama stanja).

Termička jednadžba stanja s kojom se neki jednostavni termodinamički proces može opisati, povezuje tri unutarnje veličine stanja za definiranje homogenog procesa: tlak p, volumen V (obično kao relat. volumen po jedinici mase, v) i temperaturu T.

U implicitnom obliku za homogeni proces:

Elektrotehnički fakultet Osijek

( ) 0,, =TvpF

215

Samo za idealne plinove i realne plinove pri veoma niskim tlakovima termička jednadžba stanja poprima jednostavni oblik:

R univerzalna plinska konstanta = 8.314 J/kmol,K

n množina tvari (kmol), ovisno o vrsti plina

Elektrotehnički fakultet Osijek

TRnvp ⋅⋅=⋅

.konstT =

.konstp =

.konstV =

p

v

T

( ) 0,, =TVpF

Površina stanja idealnog plina u p-V-T prostoru

Page 18: Termo elektrane

216

EntropijaPojam entropije usko je povezan s drugim glavnim stavkom termodinamike. Za razumijevanje 2. glavnog stavka mora se razlikovati između sustava u kojima se odvijaju nepovratljivi (ireverzibilni), odnosno povratljivi (reverzibilni) procesi. Prema Carnot-u (1843): 1. Povratljivi proces: pretvorba energije odvija se na način da se svaka promjena stanja može povratiti u početno stanje, a da nije ostala nikakva promjena u okolini. Dva uvjeta: nema trenja (interna povratljivost), te u okolini koja sudjeluje u procesu ne smije nastupiti nepovratljivost (eksternapovratljivost). 2. Nepovratljivi proces: ako se početno stanje u sustavu ne može uspostaviti bez promjene u okolini, takav se proces naziva nepovratnim.Iz iskustva se zna da su svi prirodni procesi nepovratljivi, dakle sami od sebe odvijaju se samo u jednom smjeru (Drugi glavni stavak termodinamike - bitno ograničenje energetskih pretvorbi)!

Elektrotehnički fakultet Osijek 217

Iako povratljivih procesa nema, koriste se kao idealni procesi za usporedbu pri vrednovanju stvarnih procesa za pretvorbu energije.U svrhu jednoznačnog kvantitativnog razlikovanja povratljivih i nepovratljivih procesa, R. Clausius je (1865) definirao novu veličinu stanja, entropijuEntropija (S) zadovoljava drugi stavak termodinamike i raspolaže sa slijedećim svojstvima:1. Kod adijabatskog sustava nikada se ne smanjuje;2. Kod povratljivih procesa ostaje konstantna;3. Kod nepovratljivih procesa se povećava.Diferencijal entropije (dS) i diferencijal specifične entropije (ds) u odnosu na jedinicu mase definiraju se kao:

dQ12 – promjena topline pri prijelazu iz stanja 1 u 2, dWR – rad sile trenja

Elektrotehnički fakultet Osijek

]/[12 KJTdWdQdS R+

= ],/[ KkgJTdwdq

mdSds R+

==

218

Promjene stanja idealnih i realnih plinova

Specifična toplina (toplinski kapacitet) c: količina topline potrebna da bi se temperatura 1 kg tvari povećala za 1 K:

c = dQ/(m·dT) = dq/dT [J/kg, K]

Razlikuje se specifična toplina cv pri konstantnom volumenu i pri konstatnom tlaku cp

Obzirom na moguće promjene stanja medija dovođenjem topline (∆q > 0) s promjenom p, V i T razlikujemo slijedeće promjene stanja idealnog plina

Naziv Dov. toplina (q) ili izv. meh. rad (w):

a) izohora (V = const., p i T raste) q12 = cv·(T1 – T2 ) > 0

b) izobara (p = const., V i T raste) q12 = cp·(T1 – T2 ) > 0

c) izoterma (T = const., V raste, p pada) q12 = w12 = p1· v1·ln(p1/p2 ) > 0

Obratne promjene veličina stanja vrijede kad se toplina odovodi (∆q < 0)

Elektrotehnički fakultet Osijek 219

Adijabata: promjena stanja idealnog plina (p, V i T) u slučaju kad nema izmjene topline (∆q = 0) s promjenom

d) adijabata (s, Q = const.), dva slučaja

ekspanzija: p pada, V raste, T pada) q12 = 0, w12 > 0

kompresija: p raste, V pada, T raste) q12 = 0, w12 < 0

Realni plinovi prikazuju se općim hiperbolama (politropama)

e) politropa: q12 = cv·(T1 – T2 ) ·(n – κ )/(n - 1) , gdje je κ = cp / cv

Pri tome se dobija za: n = 0 izobara

n = 1 izoterma

n = κ adijabata

n = izohora

Elektrotehnički fakultet Osijek

Page 19: Termo elektrane

220

Kružni termodinamički proces

Zatvoreni proces kod kojeg su početna i završna točka jednake (iste veličine stanja p, V i T)

U kružnom procesu toplinskog stroja pogonski medij ekspandira s višeg (točka 1) na niži tlak (točka 2) uz povećanje volumena, proizvodeći mehaničku energiju, što se vidi na p-V dijagramu

Kada bi kompresija (2-1) tekla po istoj krivulji po kojoj je obavljena ekspanzija, ne bi se mogao izvršiti rad (razlika dovedene i odvedene topline)

Stoga je uvjet za dobivanje energije iz sustava da je utrošeni rad za kompresiju manji nego dobivena energija ekspanzijom medija.

Utjecaj okoline (temperatura i tlak)

Elektrotehnički fakultet Osijek 221Elektrotehnički fakultet Osijek

Kružni proces u T-s dijagramu – površina odgovara toplini

222

U točki 1 unutarnja energija medija na početku i na kraju procesa je jednaka, pa se rad ne obavlja promjenom unutrašnje energije nego na račun promjene topline.

Ako se mediju mijenja stanje bez promjene topline, entropija ostaje nepromijenjena (primjer: adijabatska ekspanzija)

Specifična entalpija (h): sadržaj topline pri konstantnom tlaku, jednaka je zbroju specifične unutrašnje energije i specifične energije strujanja medija:

Dovedena toplina mijenja mediju unutarnju energiju i volumen V uz konstantan tlak p ili mu mijenja unutarnju energiju i tlak p uz konstantan volumen V

21 QQW −=

Elektrotehnički fakultet Osijek

]/[ kgJvpwh u ⋅+=

223Elektrotehnički fakultet Osijek

Carnot-ov kružni proces

Page 20: Termo elektrane

224

Carnotov kružni proces:

Tok energije sastoji se od dviju izotermi i dviju adijabata

Toplina se dovodi po izotermi od točke 1 do 2, pa je dovedena toplina Qd prikazana površinom u T-s dijagramu ispod dužine 1-2

Od točke 2 do 3 odvija se adijabatska ekspanzija, a od točke 4-1 adijabatska kompresija bez izmjene topline (realno nije ostvarivo).

Toplina se odvodi po donjoj izotermi od točke 3-4, pa je odvedena toplina Qo prikazana površinom ispod dužine 3-4 (uvijek manja od dovedene!!!)

Termički stupanj korisnog djelovanja Carnotovog kružnog procesa:

d

o

d

od

dt Q

QQQQ

QW

−=−

== 1η

Elektrotehnički fakultet Osijek

d

o

d

ot T

TssmTssmT

−=−−

−= 1)()(112

12η

225

Carnotov idealni proces - maksimalni stupanj djelovanja kod pretvorbi unutarnje topline u mehanički rad

od QQW −=

Qo

p

V

IzotermaTd i To

AdijabataW

Qd

Carnot p-v dijagram

Td(K)

1000

η(%)

8006004002000

20

40

60

80

100

Elektrotehnički fakultet Osijek

IzvrIzvrššeni mehanieni mehaniččki rad (J/kg): ki rad (J/kg):

d

o

d

odt T

TTTT

−=−

= 1η

226

3.3.2. Stupanj djelovanja kondenzacijske TE

Elektrotehnički fakultet Osijek

Proces u TE moze se prikazati kao Carnot-ov kružni proces h-sdijagramom u kojem se kao ordinata nanosi entalpija (h), a kao apscisa entropija (s).

Prikaz procesa bez gubitaka u kondenzacijskoj parnoj

termoelektrani (h-s dijagram)

227

Točka A’: odgovara stanju vode na izlazu iz pojne pumpe; s tim stanjem voda ulazi u kotao,

U kotlu: se para pregrijava (A’-B), isparava (B-C) i pregrijava (C-D).U turbini: para ekspandira (D-E) - uz pretpostavku adijabatske

ekspanzije (bez promjene topline) – do tlaka kondenzatora (tocka E), U kondenzatoru: se para kondenzira (E-A) i sa stanjem koje odgovara

točki A izlazi iz kondenzatora.U pojnim pumpama: opromjena stanja od A - A’ posljedica je povišenja

tlaka vode.

Termički stupanj djelovanjaTeorijska korisna energija jednaka je hD - hE (hD - entalpija pare na

ulazu u turbinu, hE - entalpija na izlazu iz turbine). Ako se uvaži energija za pumpanje pojne vode, može se teorijska

korisna energija odrediti iz izraza hD – hE – (hA’ – hA),

Elektrotehnički fakultet Osijek

Page 21: Termo elektrane

228

Dovedena je energija jednaka hD – hA’ (hA - entalpija vode na ulazu u kotao). Ovaj izraz može se proširiti sa hA’ pa se dobiva izraz hD – hA – (hA’– hA).

Omjer između teorijske korisne i dovedene energije naziva se termički stupanj djelovanja:

Iz razmatranja može se ispustiti član (hA’ – hA) u brojniku jer se potrošak energije za pojnu pumpu može uključiti u ostali vlastiti potrošak elektrane. Za ova razmatranja može se zanemariti taj član i u nazivniku, čime se čini nešto veća greška kad je tlak visok. Pretpostavljeno je, dakle, da se točka A’ na slici 5.1 poklapa s točkom A.

Izraz za termički stupanj djelovanja tada glasi:

)()(

'

'

AAAD

AAEDer hhhh

hhhh−−−−−−

D Eter

D A

h hh h

η −=

Elektrotehnički fakultet Osijek 229

Efektivni stupanj djelovanjaPrilikom crtanja h-s dijagrama zanemareni su svi gubici, ali u praksi se

oni ne mogu zanemariti.To su:

a) Gubici u parnom vodu od kotla do turbine i u regulacijskom ventilu turbine; zbog njih stanje pare na ulazu u turbinu ne odgovara točki D većD1

b) Gubici u turbini zbog kojih se ekspanzija ne vrši po adijabati D1E1 većpo krivulji D1E2.

Omjerom razlika entalpija pare u točkama D1 i E2 , s jedne strane, i u točkama D1 i E1, s druge strane, definiran je unutarnji stupanj djelovanja turbine:

21

21

ED

EDi hh

hh−−

Elektrotehnički fakultet Osijek

230

Prikaz procesa u parnim kondenzacijskim TE koji uvažava gubitke

Elektrotehnički fakultet Osijek 231

c) Gubici zbog pothlađenja kondenzata – u nekim slučajevima - ispod temperature zasićenja koja odgovara tlaku u kondenzatoru. U tom je slučaju stanje kondenzata na izlazu iz kondenzatora određeno točkom A1.d) Gubici pare kroz brtvenice i gubici topline zbog odvođenja i isijavanja, koje možemo zanemariti.e) Mehanički gubici u turbini.

Ako se sa ηk označi stupanj djelovanja kotla, sa ηp stupanj djelovanja cjevovoda, sa ηi unutarnji stupanj djelovanja turbine, sa ηm mehanički stupanj djelovanja, može se odrediti stupanj djelovanja na vratilu turbine koji se zove efektivni stupanj djelovanja (ηe):

pri čemu pretpostavljamo da ne dolazi do pothlađivanja kondenzata.

kpimere ηηηηηη =

Elektrotehnički fakultet Osijek

Page 22: Termo elektrane

232

Stupanj djelovanja na pragu elektrane

Uvažavajući još stupanj djelovanja generatora (ηg) dolazi se do stupnja djelovanja elektrane na priključcima generatora:

Ako se sa ν označi omjer između snage potrebne za vlastiti potrošak (Pvl) i snage na priključcima generatora (Pel);

može se odrediti stupanj djelovanja na pragu iz elektrane iz izraza:

geel ηηη =

el

vl

PP

)1(, νηη −= elpel

Elektrotehnički fakultet Osijek 233

Čimbenici koji utječu na stupanj djelovanja TE

Odlučan utjecaj na stupanj djelovanja parne termoelektrane ima termički stupanj djelovanja,koji je i najmanji pa je nastojanje da se on poboljša

Utjecaj povećanja tlaka pare

Termički stupanj djelovanja uz konst. temperaturu svježe pare raste s povećanjem tlaka pare sve do optimalnog tlaka, uz koji se postiže maks. stupanj djelovanja

Taj tlak je veći što je temp.pare viša, tako da za temperature od 450OC i više doseže i vrijednost iznad 200 bara

To vrijedi za ciklus bez zagrijavanja kondenzata, dok već za ciklus s jednim stupnjem zagrijavanja maks. iščezava, pa povišenje tlaka donosi i povećanje termičkog stupnja djelovanja

Ovisnost termičkog stupnja djelovanja o tlaku i temperaturi pare za teorijski ciklus bez zagrijavanja

kondenzata (temperatura u kondenzatoru 270C)

Elektrotehnički fakultet Osijek

234

Povišenje temperature svježe pare

Ono uvijek dovodi do poboljšanja stupnja djelovanja

Granica temperature određena je svojstvima upotrijebljenog čelika

Međupregrijanje pare

Termički stupanj djelovanja može se poboljšati međupregrijanjem pare koja je već djelomično ekspandirala u prvom (VT) dijelu turbine, s tim da ponovo pregrijana para u drugom (NT) dijelu turbine ekspandira do kondenzatorskog tlaka

Ponovo pregrijanje pare vrši se u kotlu

Shematski prikaz procesa s međupregrijanjem

u parnoj termoelektrani

Elektrotehnički fakultet Osijek 235

Termički stupanj djelovanja TE uz međupregrijavanje pare može se odrediti iz izraza

U brojniku je teorijska korisna energija, koja se dobiva ekspanzijom pare u prvom dijelu (od D do F) i u drugom dijelu turbine (od G do E)

I toplina se dovodi u dva dijela, i to za ugrijavanja, isparavanje i prvo pregrijanje (od A do D), a drugi puta samo za ponovno pregrijanje(od F do G)

)()()()(

FGAD

EGFDter hhhh

hhhh−+−−+−

h-s dijagram procesa s međupregrijanjem u parnoj TE

Elektrotehnički fakultet Osijek

Page 23: Termo elektrane

236

3.4. Plinske termolektrane

Elektrotehnički fakultet Osijek 237

• U takvim termoelektranama pogonski strojevi generatora su plinsketurbine. Isprva su se plinske turbine gradile kao turbine s otvorenim procesom• Osnovni su elementi postrojenja s plinskim turbinama, koje rade s otvorenim procesom: kompresor K, komora za izgaranje KI i plinska turbina T

Osnovna shema postrojenja s plinskom turbinom

Elektrotehnički fakultet Osijek

238

• Kompresor K upija zrak iz atmosfere i tiska ga u komoru za izgaranje KI, u koju se dovodi gorivo (u tekućem ili plinovitom stanju)

• Izgaranje se događa uz konstantni tlak, a izlazni plinovi struje kroz turbinu T i ekspandiraju u njoj do atmosferskog tlaka

• Postrojenje s plinskom turbinom može se staviti u pogon samo s pomoćnim izvorom energije. U tu svrhu služi asinkroni motor.

• Postrojenja s plinskim turbinama s višestrukom kompresijom i višestrukom ekspanzijom imaju stupanj djelovanja i specifične investicije usporedive sa stupnjem djelovanja i specifičnim investicijama modernih parnih termoelektrana

• Najjednostavnija postrojenja s plinskim turbinama rade sa znatno nižim stupnjem djelovanja (17 – 20 %), a specifične investicije iznose samo polovinu od specifičnih investicija za postrojenja s visokim stupnjem djelovanja.

Elektrotehnički fakultet Osijek 239

Stupanj djelovanja plinskih TE

•Proces u postrojenju s plinskom turbinom bez gubitaka može se prikazati p – v dijagramu ili T – s dijagramu

Osnovni kružni proces u plinskoj TE

Elektrotehnički fakultet Osijek

Page 24: Termo elektrane

240

• Od 1 - 2: zrak se adijabatski komprimira u kompresoru

• Od 2 - 3: toplina se dovodi u komoru za izgaranje uz konstantni tlak p2(miješa se zrak s plinovima izgaranja)

• Od 3 – 4: Plin (mješavina) u turbini adijabatski ekspandira.

• Od 4 – 1: plin se odvodi iz turbine uz konstantni tlak p1, koji je jednak tlaku okoline

• Dovedena toplina proporcionalna je površini 23ba u T - s dijagramu:

a odvedena toplina proporcionalna je površini 14ba, odnosno:

• Korisna toplina je razlika tih toplina, a termički stupanj djelovanja je omjer te razlike i dovedene topline pa je:

1 3 2( )pQ c T T= ⋅ −

2 4 1( )pQ c T T= ⋅ −

Elektrotehnički fakultet Osijek 241

1 2 2 4 1

1 1 3 2

1 1terQ Q Q T TQ Q T T

η − −= = − = −

• Stupanj djelovanja takvog postrojenja nizak je zbog velike količine topline koju odvode plinovi na izlazu iz turbine i zbog znatne energije koju treba utrošiti za kompresiju zraka; kreće se između 12 i 26 %

• Plinovi koji su ekspandirali u turbini imaju temp. (T4) višu od temp. komprim.zraka (T2), pa je moguće izlaznim plinovima predgrijavati komprimirani zrak za izgaranje

• To se postiže postavljanjem zagrijača zraka Z

Shema postrojenja s plinskom turbinom i zagrijačem zraka

Elektrotehnički fakultet Osijek

242

• Termički stupanj djelovanja postrojenja sa zagrijačem zraka veći je od termičkog stupnja djelovanja bez toga zagrijača u svim slučajevima kada je T4 > T2

• Poboljšanje stupnja djelovanja može se postići kompresijom u više stupnjeva s hlađenjem između pojedinih stupnjeva. Sniženjem temperature zraka smanjuje se specifični volumen zraka, što dovodi do smanjenja potrebnog rada kompresije koji je proporc.

Shema plinske TE s trostupanjskom

kompresijom i sazagrijavanjem zraka

Elektrotehnički fakultet Osijek 243

Kružni proces u postrojenju s plinskom turbinom s trostupanjskom kompresijom

Elektrotehnički fakultet Osijek

Page 25: Termo elektrane

244

• Kod ekspanzije u više stupnjeva plinovi se ponovo zagrijavaju dovođenjem goriva nakon djelomične ekspanzije. Ponovno zagrijavanje se vrši do najviše temperature procesa (T3)

Shema postrojenja s plinskom turbinom s trostupanjskom kompresijomi s trostupanjskom ekspanzijom te sa zagrijavanjem zraka

K1, K2, K3 - kompresori, KI1, KI2, KI3 - komore za izgaranje, T1, T2, T3 -plinske turbine, Z – zagrijač zraka

Elektrotehnički fakultet Osijek 245

Proces u postrojenju s plinskom turbinom i trostupanjskom ekspanzijom

Elektrotehnički fakultet Osijek

246

• Izvedba s tri kompresora i tri turbine na istom vratilu, zahtijeva vrlo dugo vratilo i dovodi do konstruktivnih poteškoća. Izvedba s jednim vratilom nameće potrebu da svi kompresori i sve turbine rade s konstantnim brojem okretaja, što otežava prilagođavanje promjenama opterećenja i povećava potrošnju goriva pri djelomičnom opterećenju

• Podjela kompresije i ekspanzije u dva ili više stupnjeva omogućava da se izbjegnu navedene poteškoće.

• U tom slučaju postrojenje ima dva ili tri vratila: na jednom od njih je generator s jednom turbinom i jednim kompresorom, a na ostalima po jedna turbina i po jedan ili dva kompresora

• Na taj način samo se na jednom od vratila mora održavati konstantni broj okretaja, a na ostalima se broj okretaja može mijenjati s promjenom opterećenja kako bi se postigao što bolji stupanj djelovanja

Elektrotehnički fakultet Osijek 247

Plinska TE sa zatvorenim procesom

•U dosad razmatranim postrojenjima u plinskim je turbinama ekspandirala smjesa plinova izgaranja i zraka. Zbog toga za pogon ne može poslužiti kruto gorivo jer bi krute čestice pepela plinskoj turbini vrlo brzo uništile lopatice

• Izvedbom zatvorenog procesa, međutim, to postaje moguće jer u kompresoru i turbini stalno kruži isti zrak, koji ne sudjeluje u izgaranju

Shema najjednostavnije plinske TE sa zatvorenim procesom

H – hladnjak

Elektrotehnički fakultet Osijek

Page 26: Termo elektrane

248

• Taj zrak preuzima toplinu u izmjenjivaču topline, koji je ujedno i komora izgaranja

• Zatvoreni proces potpuno je analogan parnom postrojenju: komora za izgaranje s izmjenjivačem topline odgovara parnom kotlu, plinska turbina parnoj turbini, hladnjak kondenzatoru, a kompresor pojnoj pumpi

• U zatvorenom procesu mogu se primijeniti već opisani postupci kojima se poboljšava stupanj djelovanja (zagrijavanje zraka, višestruka kompresija i ekspanzija)

• U zatvorenom procesu maksimalna je temperatura više ograničena nego u otvorenom procesu. Cijevi u komori za izgaranje moraju se, zagrijati više nego što iznosi maks. temperatura zraka na ulazu u turbinu.

• Zbog toga je maks. Temp. mjerodavna za stupanj djelovanja niža od maks. temp. u postrojenju (ograničena konstrukcijskim materijalom) I cijevi u komori izgaranja moraju biti izvedene od termički otpornog materijala, dok je u postrojenju s otvorenim ciklusom njegova je upotreba nužna samo za turbinske lopatice.

Elektrotehnički fakultet Osijek 249

Prednosti i nedostaci plinskih TE

Prednosti:1. Priprema vode za napajanje kotlova u postrojenjima s parnim turbinama zahtijeva znatne uređaje, koji potpuno otpadaju u postrojenjima s plinskim turbinama ili su zamijenjeni filtrima za zrak u područjima u kojima u zraku ima znatnih količina prašine. Uzdržavanjetog filtera neusporedivo je jednostavnije od pripreme vode za kotlove

2. Za pogon postrojenja s višestrukom kompresijom potrebna je određena količina vode za hlađenje zraka, ali potrebna količina vode znatno je manja (u odnosu 5:1) od količine vode potrebne za hlađenje kondenzatora parne turbine iste snage

3. Postrojenje s plinskom turbinom smješta se u jednoj prostoriji, što olakšava nadzor nad postrojenjem i ima za posljedicu da je površina potrebna za izgradnju postrojenja s plinskom turbinom manja od površine potrebne za postrojenje s parnom turbinom iste snage

Elektrotehnički fakultet Osijek

250

Dijagram stavljanja u pogon plinske TE Livorno snage 25 MW

4. Vrijeme potrebno za stavljanje u pogon iz hladnog stanja postrojenja s parnom turbinom iznosi i nekoliko sati, a za postrojenje s plinskom turbinom otvorenog sistema nije dulje od 20 – 30 minuta

Elektrotehnički fakultet Osijek 251

• Glavni nedostatak plinskih turbina otvorenog procesa: nemogućnost upotrebe ugljena kao goriva, a čak je i upotreba teških ulja kao goriva ograničena na temperature koje nisu znatno više od 600 °C. U pepelu teških ulja ima naime soli, koje ulaze u turbine u tekućem stanju, tamo se talože i izazivaju koroziju lopatica turbine

• Navedeni nedostaci plinskih turbina imaju svoje puno značenje kad se radi o izgradnji elektrana koje trebaju proizvoditi temeljnu energiju

• Kad treba izgraditi rezervne ili vršne elektrane za manje područje, dolaze više do izražaja prednosti plinskih turbina nego njihovi nedostaci. Zbog malog trajanja iskorištenja rezervne ili vršne elektrane, troškovi za gorivo nemaju presudni utjecaj, pa se može upotrijebiti postrojenje s plinskom turbinom jednostavnije izvedbe koja radi s relativno niskom maksimalnom temperaturom

Page 27: Termo elektrane

252

• Postrojenje jednostavne izvedbe (bez zagrijavanja komprimiranog zraka, s jednostrukom kompresijom i ekspanzijom) traži niske investicije, omogućava vrlo brzo stavljanje u pogon i lako održavanje postrojenja, te praktički ne traži vode za hlađenje (osim za hlađenje ulja za regulaciju i za mazanje)

• Postrojenje s plinskom turbinom vrlo je pogodno za energetsko korištenje otpadnih plinova u industriji (grotlenih plinova visokih peći, plinova iz rafinerija nafte i kemijskih industrija)

• Plinska turbina može se upotrijebiti i za kombiniranu proizvodnju električne energije i topline, bilo u obliku tople vode bilo u obliku pare

253

3.5. Osnovna energetska karakteristika termolektrana

Elektrotehnički fakultet Osijek

254

• Niti jedan od ranije definiranih stupnjeva djelovanja nije ni za promatrani agregat konstantan već ovisi o opterećenju agregata. To također vrijedi i za termoelektranu kao cjeline. Stupanj djelovanja definiran je kao omjer korisne el. snage (P) i dovedene snage (D):

• Ako se u kordinatnom sustavu na apscisu nanese korisna snaga, a na ordinatu dovedena snaga, dobit će se osnovna energetska karakteristika D = f(P)

•I z osnovne energetske karakteristike TE moguće je odrediti karakteristiku stupnja djelovanja ŋ=f(P) i karakteristiku specifičnog potroška s=f(P), koja je definirana kao omjer dovedene i korisne snage

PD

η =

DsP

=

Elektrotehnički fakultet Osijek 255

( )D f P=

( )s f P=

Osnovna energetska karakteristika D=f(P), karakteristika stupnja djelovanja ŋ=f(P) i karakteristika specifičnog potroška s= f(P)

Elektrotehnički fakultet Osijek

Page 28: Termo elektrane

256

• Pomoću osnovne energetske karakteristike moguće je za poznatu krivulju trajanja opterećenja odrediti potrošnju topline dovedene gorivom

Grafičko određivanje dovedene energije (WD) iz dijagrama opterećenja P=f(t) i osnovne energetske karakteristike D=f(P)

Elektrotehnički fakultet Osijek 257

• Površina D=f(t) prikazuje dovedenu energiju WD (potrošnja topline):

koja se može odrediti planimetriranjem. Korisna energija W prikazana je također krivuljom, ali ispod krivulje P=f(t):

• Iz tih dviju veličina moguće je odrediti srednji stupanj djelovanja i srednji specifični potrošak:

( ) ( )t

Do

W t D t dt= ∫

( ) ( )t

o

W t P t d t= ∫

srD

WW

η = Dsr

W M JsW kW h

=

Elektrotehnički fakultet Osijek

258

• Prethodno prikazana osnovna energetska karakteristika vrijedi za TE s jednim agregatom. Postojanje više agregata omogućuje bolje prilagođavanje dijagramu opterećenja.

Određivanje zbirne osnovne energetske karakteristike za dva

jednaka agregata

Elektrotehnički fakultet Osijek 259

Energetska karakteristika triju jednakih agregata u

istoj elektrani

• Sjecištem karakteristika za različiti broj agregata određeno je područje rada s odgovarajućim brojem agregata, a najnižim dijelovima krivulja među tim sjecištima određena je osnovna energetska karakteristika termoelektrane (ABCD). Određivanje energetskih karakteristika kad su u pogonu više agregata vrši se uz zahtjev optimalne raspodjele opterećenja među agregatima (uz koju se postiže najmanja moguća potrošnja topline).

Elektrotehnički fakultet Osijek