3. TERMOELEKTRANE 3.1. Opć enito enito o termoelektra termoelektranama nama 3.2. Parne termoelektrane
3.1. Opć enito enito o termoelektrana termoelektranama ma
3.3. Kondenzacijske (parne) termoelektra termoelektrane ne 3.4. Plinske termoelektrane 3.5. Osnovna energetska karakteristika termoelektrana
Elektrotehnički fakultet Osijek
y
y
y
148
Elektrotehnički fakultet Osijek
Termoelektranama Termoelektrana ma se nazivaju postrojenja u kojima se toplina č ku pretvara u mehani č ku energiju, a ova u elektri č nu, nu, bez obzira na to da li se koristi toplina toplina dobivena dobivena izgaranjem izgaranjem fosilnih i drugih goriva, toplina geotermi č kih kih izvora ili toplina dobivena dobivena nuklearno nuklearnom m fisijom. fisijom. Termoelektrane mogu se podijeliti: podijeliti: - prema prema vrsti vrsti pogonskih pogonskih stroje strojeva, va, - prem prema a nač inu inu korištenja pare, - prema prema upotrijeb upotrijebljeno ljenom m gorivu gorivu i - prem prema a nač inu inu hlađ hlađ enja enja kondenzatora.
3. Dizelske termoelektran termoelektrane e s dizelskim motorom kao pogonskim strojem; 4. Nuklearne termoelektrane u kojima nuklearni reaktor (s izmjenjivač em em topline topline ili ili bez njega njega preuzima preuzima ulogu ulogu parnog parnog kotla, a pogonski je stroj tako đ er er parna turbina; č ke 5. Geotermi č ke term termoelek oelektran trane e u njima se para iz zemlje neposredno ili posredno (preko (preko izmjenjiva izmjenjiva č a toplin topline) e) upotrebljava za pogon parne parne turbine. turbine. Prem Pr ema a na nač č inu inu kor korišt ištenj enja a par pare e, termoelektrane termoelektrane u kojima se se kao pogonski stroj upotrebljavaju upotrebljavaju parne turbine, turbine, možemo podijeliti podijeliti na: 1. Kondenzacijske termoelektran termoelektrane e za proizvodn proizvodnju ju samo ž čne n e ener elektri č energi gije je i 2. Toplane i industrijske industrijske termoelektrane termoelektrane za kombiniranu proizvodnju elektri č čne n e energije i pare koja se upotrebljava upotrebljava za tehnološke procese i grijanje grijanje (kombinirana proizvodnja el. energije energije i pare pare mo ž e se ostvariti ostvariti i s plinskim turbinama). turbinama).
y
Prema vrsti upotrijebljenih upotrijebljenih strojeva strojeva,, razlikujemo: 1. Parn Parne e term termoelek oelektran trane e u kojima gorivo izgara u parnim kotlovima, a pogonski pogonski je stroj stroj parna turbina; 2.Termoelektrane s plinskim plinskim turbinama turbinama u kojima je pogonski stroj stroj plinska plinska turbina; Elektrotehnički fakultet Osijek
149
150
Elektrotehnički fakultet Osijek
151
če : • Što se vrste goriva ti č - u parnim parnim TE mogu mogu se korist koristiti iti č vrsta, vrsta, teku ća i plinovita goriva, - u TE s plinskim plinskim turbinama turbinama tekuća i plinovita, - u dizels dizelskim kim TE samo samo teku tekuća goriva. hlađ enje enje (u kondenzatoru parne turbine, u • S obzirom na hlađ hladionicima postrojenja s plinskim plinskim turbinama i dizelskim dizelskim motorima) razlikuju se: - TE s prot proto oč nim nim hlađ hlađ enjem enjem i - TE s povratnim hlađ hla đ enjem. enjem.
Elektrotehnički fakultet Osijek
3.2. Parne termoelektrane
152
Svi glavni Svi glavni dijelovi parne termoelektran termoelektrane e smješteni su u glavnoj pogonskoj zgradi: 1. Bunkeri Bunkeri uglj ugljena, ena, 2. Kotlovi, turboagreg turboagregati, ati, 3. Priprem Priprema a vode (zagrijač (zagrijač i,i, isparivač isparivač i,i, otplinjač otplinjač i rezervoa rezervoari ri pojne pojne vode) i pumpe za napajanje, 4. Rasklopno postrojenje vlastitog vlastitog potroška i 5. Toplinska Toplinska i elektri elektri č č na na komanda.
y
y
y
U neposrednoj blizini glavne pogonske zgrade smješteni su 1. Uređ Uređ aji aji za transport goriva i pepela pepela i 2. Deponij Deponij pepe pepela. la.
153
U postrojenja termoelektrane termoelektrane spadaju i - postrojenja za dobavu vode vode (pumpne stanice), te - dovod i odvod vode.
y
Ako je predvi đ đeno povratno e no povratno hlađ hlađ enje, enje, uz glavnu pogonsku zgradu zgradu smješteni smješteni su hladnjaci hladnjaci (tornjevi (tornjevi za hlađ hla đ enje). enje).
y
Rasklopno postrojenje mo ž e se smjestiti: 1. U glavnu pogonsku pogonsku zgradu ako se radi radi o TE manje snage iz koje se energija energija mo mo ž e razvesti vodovima vodovima napona do 35 kV, čno no tik uz glavnu 2. Na otvo otvoreno renom m, obi č glavnu pogonsku zgradu zgradu ako je za prijenos prijenos potreban potreban napon110 napon110 kV ili viši. viši.
y
Uz glavnu pogonsku zgradu postoje takođ tako đ er: er: - radionice radionice za odr ž avanje avanje i sitnije popravke, - upravna upravna zgrada. zgrada.
y
Nač in Nač in isto istovara vara i transporta transporta,, te izvedba uređ ure đ aja aja ovisni su: - o vrs vrstiti gor goriva iva,, - o n ač ač inu inu dopreme goriva i - o svo svojst jstvim vima a goriva. goriva.
Elektrotehnički fakultet Osijek
Elektrotehnički fakultet Osijek
154
Elektrotehnički fakultet Osijek
155
• U parnoj termoelektrani ista se voda isparava u kotlu, nakon
• Proces se može smatrati zatvorenim i kada se kondenzirana
ekspanzije u turbini kondenzira u kondenzatoru i vra ć a u kotao gdje se ponovo ispari voda, dakle, prolazi kroz zatvoreni proces.
voda ne vrać a u kotao, ili se ne vra ć a sva, jer se izgubljena voda ohlađ uje na temperaturu okoline, a tu istu temperaturu ima i voda kojom se nadoknađ uje gubitak.
Shematski prikaz procesa u parnoj termoelektrani. (Oznake A, A’, D, E odgovaraju oznakama na hs - dijagramima koji slijede) Elektrotehnički fakultet Osijek
156
3.2.1. Parni kotao y
Parni kotao (generator pare) dio je energetskog, industrijskog ili toplinskog postrojenja u kojemu se toplina oslobođ ena izgaranjem goriva predaje vodi, te je pretvara u vodenu paru koja na izlazu iz parnog kotla ima određ eni tlak i temperaturu.
Elektrotehnički fakultet Osijek
157
Osnovni sklopovi parnoga kotla Principijelna shema parnog kotla prikazana je na slici: y
Riječ je, dakle, o izmjenjivač u topline koji je u poč etku razvitka bio grijana posuda djelomi čn o napunjena vodom, pa odatle potječ e naziv parni kotao. Danas se sve više upotrebljava ispravniji naziv: generator pare.
y
Osnovne karakteristike parnog kotla dane su s tri glavna parametra koji se pokušavaju normirati, odnosno uklopiti u određ ene granice:. 1. U či n (kapacitet) D parnog kotla u (kg/s ili kg/h), 2. Tlak p parnog kotla u (Pa ili bar) i ili K). 3. Temperatura pregrijane pare t pr u ( °C Osim tih veli č ina bitna je znač ajka korisnost parnog kotla ŋgp.
y
Osnovna shema parnog kotla
y
Elektrotehnički fakultet Osijek
158
Elektrotehnički fakultet Osijek
159
y
Najvažnije karakteristike izgaranja goriva su: - zapaljivost, - brzina izgaranja, - temperatura i - svjetlosna jakost plamena.
Č vrsta goriva Najvažnija č vrsta 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 č ista 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 odre đ enog postotka vlage. Otklone li se iz ugljena pepeo i voda, ostane č ista goriva tvar . y
y
y
y
168
Elektrotehnički fakultet Osijek
Podjela ugljena
Vrsta ugljena
Lignit Mrki ugljen Kameni ugljen
y
Podjela č vrstih fosilnih goriva: 1. Kameni ugljen: sadrži malo vlage, sadržaj pepela mu je razli či t u širokim granicama, a potječ e 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 razli či t sadržaj vlage i pepela, a potječ e 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, najmlađ a je vrsta ugljena s 50 – 70 % plinovita sadržaja i s vlaknastom drvenom strukturom. 4. Treset: najmlađ e 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
169
Podjela ugljena po nastanku
Ogrjevna moć Sadržaj vlage [MJ/kg] [%]
Hlapljivi sast. [%]
Sadržaj ugljika [%]
do 12,6
31 – 60
51 – 60
65 – 70
12,7 – 23, 9
11 – 30
46 – 50
71 – 80
24 – 37,7
do 10
4 – 45
81 – 98
Podvrste kamenog ugljena (ovisno o sadržaju hlapljivih sastojaka): antracit 10%, mršavi ugljen 11-14%, kovač ki ugljen 15-19%, masni ugljen 20 – 28 %, plinski ugljen 29-35 % i plameni ugljen > 35 % hlapljivih sastojaka. Elektrotehnički fakultet Osijek
170
Elektrotehnički fakultet Osijek
171
Lignit
Elektrotehnički fakultet Osijek
Bituminozni ugljen (mrki i kameni) kameni)
172
Antracit
Elektrotehnički fakultet Osijek
Elektrotehnički fakultet Osijek
173
Treset Treset
174
Elektrotehnički fakultet Osijek
175
Kružni proces u T-s dijagramu – površina odgovara toplini Kružni termodinami č ki proces y
y
y
y
y
Zatvoreni proces kod kojeg su poč etna i završna toč ka jednake (iste veli či ne stanja p, V i T) U kružnom procesu toplinskog stroja pogonski medij ekspandira s višeg (toč ka 1) na niži tlak (toč ka 2) uz poveć anje volumena, proizvodeć i mehani čk u 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
220
Elektrotehnički fakultet Osijek
221
Carnot-ov kružni proces y
U toč ki 1 unutarnja energija medija na poč etku i na kraju procesa je jednaka, pa se rad ne obavlja promjenom unutrašnje energije nego na rač un promjene topline. W = Q1 − Q2
y
y
Ako se mediju mijenja stanje bez promjene topline, entropija ostaje nepromijenjena (primjer: adijabatska ekspanzija) Specifi č na entalpija (h) : sadržaj topline pri konstantnom tlaku, jednaka je zbroju specifi čn e unutrašnje energije i specifi č ne energije strujanja medija:
h = wu + p ⋅ v [ J / kg ] y
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 Elektrotehnički fakultet Osijek
222
Elektrotehnički fakultet Osijek
223
Carnotov kružni proces: y
y
y
y
y
Carnotov idealni proces - maksimalni stupanj djelovanja kod pretvorbi unutarnje topline u mehani č k i rad
Tok energije sastoji se od dviju izotermi i dviju adijabata
Carnot p-v dijagram
Toplina se dovodi po izotermi od toč ke 1 do 2, pa je dovedena toplina Qd prikazana površinom u T-s dijagramu ispod dužine 1-2 Od toč ke 2 do 3 odvija se adijabatska ekspanzija, a od toč ke 4-1 adijabatska kompresija bez izmjene topline (realno nije ostvarivo).
p
Qd
Toplina se odvodi po donjoj izotermi od toč ke 3-4, pa je odvedena toplina Qo prikazana površinom ispod dužine 3-4 (uvijek manja od dovedene!!!)
W
Qo
Termi čk i stupanj korisnog djelovanja Carnotovog kružnog procesa: η t =
W Qd
=
Qd − Qo Qd
= 1−
Qo Qd
η t = 1 −
mT o ( s 2 − s1 ) mT d ( s2 − s1 )
= 1−
Elektrotehnički fakultet Osijek
Izoterma T d i T o Adijabata
η t =
100
T d − T o T d
= 1−
T o T d
η (%)
80 60
V 40
T o
Izvr šeni mehani č čki ki rad (J/kg):
T d
W = Qd − Qo 224
20
T d (K) 0
200
400
600
800
1000
Elektrotehnički fakultet Osijek
225
Toč ka 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 toč ki A izlazi iz kondenzatora. U pojnim pumpama: opromjena stanja od A - A’ posljedica je povišenja tlaka vode.
3.3.2. Stupanj djelovanja kondenzacijske TE
y
Proces u TE moze se prikazati kao Carnot-ov kružni proces h-s dijagramom u kojem se kao ordinata nanosi entalpija (h), a kao apscisa entropija (s). y
y y
y
y
Termi čk i stupanj djelovanja Teorijska 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 – ( h A’ – h A ), y
y
Prikaz procesa bez gubitaka u kondenzacijskoj parnoj termoelektrani (h-s dijagram)
Elektrotehnički fakultet Osijek
226
Elektrotehnički fakultet Osijek
227
Dovedena je energija jednaka hD – h A’ ( h A - entalpija vode na ulazu u kotao). Ovaj izraz može se proširiti sa h A’ pa se dobiva izraz hD – h A – ( h A’ – h A ). Omjer izmeđ u teorijske korisne i dovedene energije naziva se termi čk i stupanj djelovanja: y
y
η er =
h D − h E − ( h A ' − h A ) h D − h A − ( h A ' − h A )
y
Izraz za termi č ki stupanj djelovanja tada glasi: h − hE η ter = D h D − h A Elektrotehnički fakultet Osijek
y
y
D1
Iz razmatranja može se ispustiti č lan ( h A’ – h A ) u brojniku jer se potrošak energije za pojnu pumpu može uključ iti u ostali vlastiti potrošak elektrane. Za ova razmatranja može se zanemariti taj č lan i u nazivniku, č ime se č ini nešto već a greška kad je tlak visok. Pretpostavljeno je, dakle, da se toč ka A’ na slici 5.1 poklapa s toč kom A. y
Efektivni stupanj djelovanja Prilikom 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 toč ki D već b) Gubici u turbini zbog kojih se ekspanzija ne vrši po adijabati D1E1 već po krivulji D1E2. Omjerom razlika entalpija pare u toč kama D1 i E2 , s jedne strane, i u toč kama D1 i E1, s druge strane, definiran je unutarnji stupanj djelovanja turbine: η i =
228
h D 1 − h E 2 h D 1 − h E 2
Elektrotehnički fakultet Osijek
229
c) Gubici zbog pothlađ enja kondenzata – u nekim sluč ajevima - ispod temperature zasi ć enja koja odgovara tlaku u kondenzatoru. U tom je sluč aju stanje kondenzata na izlazu iz kondenzatora određ eno toč kom A1. d) Gubici pare kroz brtvenice i gubici topline zbog odvođ enja i isijavanja, koje možemo zanemariti. e) Mehani č ki gubici u turbini. Ako se sa ηk označ i stupanj djelovanja kotla, sa ηp stupanj djelovanja cjevovoda, sa ηi unutarnji stupanj djelovanja turbine, sa ηm mehani čk i stupanj djelovanja, može se odrediti stupanj djelovanja na vratilu turbine koji se zove efektivni stupanj djelovanja ( ηe ): y
η e = η er η mη iη pη k
pri č emu pretpostavljamo da ne dolazi do pothlađ ivanja kondenzata. Prikaz procesa u parnim kondenzacijskim TE koji uvažava gubitke
Elektrotehnički fakultet Osijek
230
Elektrotehnički fakultet Osijek
231
Stupanj djelovanja na pragu elektrane
Č imbenici koji utječ u na stupanj djelovanja TE
Uvažavajuć i još stupanj djelovanja generatora ( ηg ) dolazi se do stupnja djelovanja elektrane na priključ cima generatora:
y
y
Utjecaj poveć anja tlaka pare
η el = η eη g
y
Ako se sa ν označ i omjer izmeđ u snage potrebne za vlastiti potrošak ( Pv )l i snage na priključ cima generatora ( Pel ); y
ν =
P vl
y
P el
može se odrediti stupanj djelovanja na pragu iz elektrane iz izraza:
y
η el , p = η el (1 − ν )
Elektrotehnički fakultet Osijek
Ono uvijek dovodi do poboljšanja stupnja djelovanja
y
Granica temperature određ ena je svojstvima upotrijebljenog č elika
y
y
To vrijedi za ciklus bez zagrijavanja kondenzata, dok već za ciklus s jednim stupnjem zagrijavanja maks. išč ezava, pa povišenje tlaka donosi i poveć anje termi čk og stupnja djelovanja
y
Ponovo pregrijanje pare vrši se u kotlu y
Shematski prikaz procesa s međ upregrijanjem u parnoj termoelektrani
Ovisnost termi č kog stupnja djelovanja o tlaku i temperaturi pare za teorijski ciklus bez zagrijavanja kondenzata (temperatura u kondenzatoru 27 0C) 233
Termi čk i stupanj djelovanja TE uz međ upregrijavanje pare može se odrediti iz izraza η ter =
Termi č ki stupanj djelovanja može se poboljšati me đ upregrijanjem pare koja je već djelomi čn o ekspandirala u prvom (VT) dijelu turbine, s tim da ponovo pregrijana para u drugom (NT) dijelu turbine ekspandira do kondenzatorskog tlaka
Elektrotehnički fakultet Osijek
Taj tlak je već i što je temp.pare viša, tako da za temperature od 450 OC i više doseže i vrijednost iznad 200 bara
Elektrotehnički fakultet Osijek
Međ upregrijanje pare y
Termi čk i stupanj djelovanja uz konst. temperaturu svježe pare raste s poveć anjem tlaka pare sve do optimalnog tlaka, uz koji se postiže maks. stupanj djelovanja
232
Povišenje temperature svježe pare y
Odluč an utjecaj na stupanj djelovanja parne termoelektrane ima termi č ki stupanj djelovanja,koji je i najmanji pa je nastojanje da se on poboljša
( h D − h F ) + ( hG − h E ) ( h D − h A ) + ( hG − h F )
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) h-s dijagram procesa s me đ upregrijanjem u parnoj TE
234
Elektrotehnički fakultet Osijek
235
• U takvim termoelektranama pogonski strojevi generatora su plinske
turbine. Isprva su se plinske turbine gr adile 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
3.4. Plinske termolektrane
Osnovna shema postrojenja s plinskom turbinom Elektrotehnički fakultet Osijek
236
• Kompresor K upija zrak iz atmosfere i tiska ga u komoru za izgaranje
KI, u koju se dovodi gorivo (u tekuć em ili plinovitom stanju)
Elektrotehnički fakultet Osijek
237
Stupanj djelovanja plinskih TE •Proces u postrojenju s plinskom turbinom bez gubitaka može se prikazati p – v dijagramu ili T – s dijagramu
• Izgaranje se događ a uz konstantni tlak, a i zlazni plinovi struje kroz
turbinu T i ekspandiraju u njoj do atmosferskog tlaka • Postrojenje s plinskom turbinom može se staviti u pogon samo s pomoć nim izvorom energije. U tu svrhu služi asinkroni motor. • Postrojenja s plinskim turbinama s višestrukom kompresijom i
višestrukom ekspanzijom imaju stupanj djelovanja i specifi čn e investicije usporedive sa stupnjem djelovanja i specifi č nim investicijama modernih parnih termoelektrana • Najjednostavnija postrojenja s plinskim turbinama rade sa znatno nižim
stupnjem djelovanja (17 – 20 %), a specifi čn e investicije iznose samo polovinu od specifi č nih investicija za postrojenja s visokim stupnjem djelovanja. Elektrotehnički fakultet Osijek
Osnovni kružni proces u plinskoj TE 238
Elektrotehnički fakultet Osijek
239
• Od 1 - 2 : zrak se adijabatski komprimira u kompresoru • Od 2 - 3: toplina se dovodi u komoru za izgaranje uz konstantni tlak p 2
(miješa se zrak s plinovima izgaranja)
Q1 − Q2 Q1
= 1−
Q2 Q1
= 1−
T4 − T1 T3 − T2
• Stupanj djelovanja takvog postrojenja nizak je zbog velike koli či ne
• 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
topline koju odvode plinovi na izlazu iz tur bine i zbog znatne energije koju treba utrošiti za kompresiju zraka; kreć e se izmeđ u 12 i 26 % • Plinovi koji su ekspandirali u turbini
• Dovedena toplina proporcionalna je površini 23ba u T - s dijagramu:
imaju temp. (T 4 ) višu od temp. komprim. zraka (T 2 ), pa je moguć e izlaznim plinovima predgrijavati komprimirani zrak za izgaranje
Q1 = c p ⋅ (T3 − T2 )
a odvedena toplina proporcionalna je površini 14ba, odnosno:
• To se postiže postavljanjem
Q2 = c p ⋅ (T4 − T1 )
zagrijač a zraka Z
i stupanj djelovanja je • Korisna toplina je razlika tih toplina, a termi čk
Shema postrojenja s plinskom turbinom i zagrijač e m zraka
omjer te razlike i dovedene topline pa je: Elektrotehnički fakultet Osijek
η ter =
240
Elektrotehnički fakultet Osijek
241
• Termi čk i stupanj djelovanja postrojenja sa zagrijač em zraka već i je od
termi čk og stupnja djelovanja bez toga zagrijač a u svim sluč ajevima kada je T 4 > T 2 • Poboljšanje stupnja djelovanja može se posti ći kompresijom u više •
stupnjeva s hlađ enjem izmeđ u pojedinih stupnjeva. Sniženjem temperature zraka smanjuje se specifi č ni volumen zraka, što dovodi do smanjenja potrebnog rada kompresije koji je proporc.
Shema plinske TE s trostupanjskom kompresijom i sa zagrijavanjem zraka
Elektrotehnički fakultet Osijek
Kružni proces u postrojenju s plinskom turbinom s trostupanjskom kompresijom
242
Elektrotehnički fakultet Osijek
243
• Kod ekspanzije u više stupnjeva plinovi se ponovo zagrijavaju
dovođ enjem goriva nakon djelomi č ne ekspanzije. Ponovno zagrijavanje se vrši do najviše temperature procesa (T 3 )
Shema postrojenja s plinskom turbinom s trostupanjskom kompresijom i s trostupanjskom ekspanzijom te sa zagrijavanjem zraka K1, K2, K3 - kompresori, KI1, KI2, KI3 - komore za izgaranje, T1, T2, T3 -plinske turbine, Z – zagrija č zraka Elektrotehnički fakultet Osijek
Proces u postrojenju s plinskom turbinom i trostupanjskom ekspanzijom 244
• Izvedba s tri kompresora i tri turbine na istom vratilu, zahtijeva vrlo
dugo vratilo i dovodi do konstruktivnih poteškoć a. Izvedba s jednim vratilom nameć e potrebu da svi kompresori i sve turbine rade s konstantnim brojem okretaja, što otežava prilagođ avanje promjenama optereć enja i poveć ava potrošnju goriva pri djelomi č nom optereć enju • Podjela kompresije i ekspanzije u dva ili više stupnjeva omoguć ava da
se izbjegnu navedene poteškoć e.
Elektrotehnički fakultet Osijek
245
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 č estice pepela plinskoj turbini vrlo brzo uništile lopatice • Izvedbom zatvorenog procesa, međ utim, to postaje moguć e jer u
kompresoru i turbini stalno kru ži isti zrak, koji ne sudjeluje u izgaranju
• U tom sluč aju 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 nač in samo se na jednom od vratila mora održavati konstantni
broj okretaja, a na ostalima se broj okretaja može mijenjati s promjenom optereć enja kako bi se postigao što bolji stupanj djelovanja
Elektrotehnički fakultet Osijek
246
Shema najjednostavnije plinske TE sa zatvorenim procesom H – hladnjak
Elektrotehnički fakultet Osijek
247
• Postrojenje jednostavne izvedbe (bez zagrijavanja komprimiranog
zraka, s jednostrukom kompresijom i ekspanzijom) traži niske investicije, omoguć ava vrlo brzo stavljanje u pogon i lako održavanje postrojenja, te prakti č ki ne traži vode za hlađ enje (osim za hlađ enje ulja za regulaciju i za mazanje) • Postrojenje s plinskom turbinom vrlo je pogodno za energetsko
korištenje otpadnih plinova u industriji (grotlenih plinova visokih peć i, plinova iz rafinerija nafte i kemijskih industrija)
3.5. Osnovna energetska karakteristika termolektrana
• Plinska turbina može se upotrijebiti i za kombiniranu proizvodnju
elektri č ne energije i topline, bilo u obliku tople vode bilo u obliku pare
252
• Niti jedan od ranije definiranih stupnjeva djelovanja nije ni za promatrani agregat konstantan već ovisi o optereć enju agregata. To takođ er vrijedi i za termoelektranu kao cjeline. Stupanj djelovanja definiran je kao omjer korisne el. snage (P) i dovedene snage (D): η =
253
Elektrotehnički fakultet Osijek
D
=
f
( P )
P D
s
=
f ( P )
• Ako se u kordinatnom sustavu na apscisu nanese korisna snaga, a na
ordinatu dovedena snaga, dobit ć e se osnovna energetska karakteristika D = f(P) •I z osnovne energetske karakteristike TE moguć e je odrediti
karakteristiku stupnja djelovanja ŋ=f(P) i karakteristiku specifi čn og potroška s=f(P), koja je definirana kao omjer dovedene i korisne snage s =
D P
Osnovna energetska karakteristika D=f(P), karakteristika stupnja djelovanja ŋ=f(P) i karakteristika specifi čn og potroška s= f(P) Elektrotehnički fakultet Osijek
254
Elektrotehnički fakultet Osijek
255
• Pomoć u osnovne energetske karakteristike moguć e je za poznatu
krivulju trajanja optereć enja odrediti potrošnju topline dovedene gorivom
• Površina D=f(t) prikazuje dovedenu energiju W D (potrošnja topline): t
W D ( t ) =
∫ D (t ) d t
o
koja se može odrediti planimetriranjem. Korisna energija W prikazana je takođ er krivuljom, ali ispod krivulje P=f(t): t
W
(t ) =
∫ P (t ) d t o
• Iz tih dviju veli či na moguć e je odrediti srednji stupanj djelovanja i srednji
specifi č ni potrošak: η sr =
W W D
s sr =
W D W
M J k W h
Grafi čk o određ ivanje dovedene energije (W D ) iz dijagrama optereć enja P=f(t) i osnovne energetske karakteristike D=f(P) Elektrotehnički fakultet Osijek
256
Elektrotehnički fakultet Osijek
257
• Prethodno prikazana osnovna energetska karakteristika vrijedi za TE s jednim agregatom. Postojanje više agregata omoguć uje bolje prilagođ avanje dijagramu optereć enja.
Energetska karakteristika triju jednakih agregata u istoj elektrani
je rada s • Sjecištem karakteristika za razli č iti broj agregata određ eno je područ odgovarajuć im brojem agregata, a najnižim dijelovima krivulja međ u tim sjecištima određ ena je osnovna energetska karakteristika termoelektrane (ABCD). Određ ivanje energetskih karakteristika kad su u pogonu više agregata vrši se uz zahtjev optimalne raspodjele optereć enja međ u agregatima (uz koju se postiže najmanja moguć a potrošnja topline).
Određ ivanje zbirne osnovne energetske karakteristike za dva jednaka agregata
Elektrotehnički fakultet Osijek
258
Elektrotehnički fakultet Osijek
259