parni krožni proceslab.fs.uni-lj.si/kes/energetska_proizvodnja/ep-predavanje-t07.pdf2 energetska...

1 Energetska proizvodnja

Vsebina:- turbinski stroji - parna turbina- kondenzator- hladilni sistem- regenerativni grelniki- razplinjevalnik in priprava napajalne vode

Parni krožni proces


Teoretični krožni proces je Clausius-Rankineov proces. Osnovni elementi parnegakrožnega procesa so:- napajalna črpalka, ki dvigne tlak delovnega medija na želeno vrednost,- parni kotel, v katerem se dovede toplota v delovni medij,- parna turbina, v kateri z ekspanzijo pare pridobimo mehansko delo in- kondenzator, v katerem para kondenzira, odvzeta kondenzacijska toplota se odvede v okolico.

Elementi parnega postrojenja

Dejansko postrojenje je običajno obsežnejše saj obsega še regenerativne grelnike napajalne vode, napajalni rezervoar, razne pomožne stroje in naprave v zvezi z obratovanjem kotla in parno turbinskega postrojenja, ter priprave goriva in tehnološke vode.


Elementi parnega postrojenja – parna turbina

Parna turbina

Parna turbina je stroj, v katerem se pretvarja notranja in tlačna energija pare, najprejv kinetično energijo, nato pa v mehansko delo. Mehansko delo se odrazi z momentom na turbinski gredi. Parne turbine se gradijo za moči nekaj sto kilovatov do moči preko tisočmegavatov. Večje turbine so izvedene v več samostojnih okrovih, navadno imajo visokotlačni, srednje in nizkotlačni okrov. Parne turbine, v katerih para ekspandira do tlakov, nižjih od tlaka okolice imenujemo kondenzacijske turbine. Kadar v taki turbinidel pare med ekspanzijo odjemamo, imamo odjemno-kondenzacijsko turbino. Turbino, v kateri se ekspanzija konča pri tlaku višjem od okolice, imenujemo protitlačna turbina.


Osnove turbinskih strojev

Turbinska stopnja in hitrostni trikotniki

Turbinska stopnja je osnovni element turbinskih strojev. Sestavljajta jo kanal vodilnika in kanal gonilnika. Kanal je prostormed dvema lopaticama po katerem se pretaka delovna snov.

V kanalih turbinskih stopenj razlikujemo tri osnovne hitrosti:c – absolutna hitrost (pare) w – relativna hitrost (pare)u – obodna hitrost (rotorja)


Osnove turbinskih strojev – turbinska stopnja

Enakotlačna stopnja Nadtlačna stopnja(akcijska) (reakcijska)


Eulerjeva turbinska enačba

Za vsak turbinski stroj je značilno, da delovna snov v kanal gonilnika ali vodilnika dotekaskozi prerez 1 in odteka skozi prerez 2. Za moč turbinskega stroja sta pomembni le obodnikomponenti absolutne hitrosti medija na vstopu in izstopu iz kanala. Eulerjeva turbinska enačba je posebna oblika impulznega izreka, ki pove, da je spremembavrtilne količine enaka vsoti momentov sil, ki delujejo na kontrolni volumen:

)( 21 MMMP

ucrmMinru

)( 1122 uu cucumP

Kjer je:

Vrtilni moment je odvisen le od obodnih komponent vstopnih in izstopnih hitrosti inmasnega toka snovi. Eulerjeva turbinska enačba omogoča izračun moči turbinskega stroja:

Osnove turbinskih strojev


Elementi parnega postrojenja – parna turbina

Moč in izkoristek parne turbine

Moč turbine običajno reguliramo z masnim tokom pare.

)( 21th shhmP

)()(

21

21

th

dej

shhhh

PP

)( 21dej hhmP

p1p2

h

s

Para v turbini ekspandira od stanja 1 pri tlaku p1 do stanja 2 pri tlaku p2. Teoretična, izentropna ekspanzija poteka do stanja 2s. Moč turbine računamo kot produkt masnegatoka pare in entalpijske diference:

- dejanska moč turbine

- teoretična moč turbine

Izkoristek parne turbine je razmerje med dejansko in teoretično močjo − največjo možno močjo turbine:


Parna turbina

Vzdolžni prerez termoelektrarniške parne turbine

A – visokotlačni delB- srednjetlačni delC – nizkotlačni del

Č – dovod sveže pareD – prvo vmesno pregrevanjeE – drugo vmesno pregrevanje

F – izstop pare iz turbineG – oljna črpalka


Parna turbina

Kondenzacijska parna turbina moči 25 MW, z dvema reguliranima odjemoma


Parna turbina

Ladijska parna turbina in reduktor


Parna turbina – razporeditev elementov

TE Trbovlje, 125 MW


Primeri parnih turbin v Sloveniji

TE Šoštanj, blok 5, 345 MW



Termoelektrarna toplarna Ljubljana, blok 1, 32 MW, odjemno kondenzacijska turbina



Nuklearna elektrarna Krško, 700 MW


Parna turbina

Položaj rotorja v spodnjem ohišju


Parna turbina

Rotor z venci lopatic


Parna turbina

Pritrditev lopatic na vencu rotorja in vrste korenskih delov lopatic

venec lopatic na kolutu

venec lopatic na kolutu hitrostne stopnje

koreni lopatic in načini montaže na kolut rotorja


Parna turbina

Pritrditev statorskih in rotorskih lopatic


Parna turbina

Lega gredi pri parnih turbinah velikih moči

Načini uležajenja poševno ležeče gredi rotorja na ohišje turbine


Parna turbina - tesnjenje

Tesnilni sitem z labirinti Oblika labirintnih tesnil


Elementi parnega postrojenja - kondenzator

Kondenzatorji so naprave, ki omogočajo ekspanzijo pare do tlakov, ki so nižji odtlaka okolice. Ekspanzija pare v vakuum omogoča izrabo večjega entalpijskega padcav turbini in s tem doseganje večje moči turbine pri enakih vstopnih parametrih pare – masnipretok in temperatura sveže pare.

Tlak v kondenzatorju se vzpostavi glede na temperaturne razmere v kondenzatorju. Pri tem ima vodilno vlogo vstopna temperatura hladilne vode v kondenzatorju, ki se skozikondenzator segreva s sprejemanjem kondenzacijske toplote pare. Temperature hladilnevode na izstopu iz kondenzatorja se glede na vstopno temperaturo vode gibljejo med 15 °C in 45 °C. Takšne temperaturne razmere omogočajo vzpostavitev absolutnega tlaka ekspandirane pare med 0,017 bar in 0,096 bar. Nižja vstopna temperatura hladilne vodeomogoča, pri enaki obremenitvi parne turbine (masnem pretoku pare), vzpostavitev nižjegatlaka na strani pare.

Pri zagonu turbine moramo vakuum v kondenzatorju vzpostaviti z vakuumsko črpalko. Ko se obratovanje ustali, se podtlak ohranja z odvajanjem toplote iz kondenzatorja.

Kondenzator



Kondenzator – vzdolžni prerez



Kondenzator – prečni prerez




Ker para, ki v kondenzatorju kondenzira vedno vsebuje nekaj raztopljenih oz.nekondenzirajočih plinov, predstavlja kondenzator za te pline zaporo. Plini se vkondenzatorju kopičijo, zato moramo kondenzator odplinjevati - odzračevati. To običajnoizvedemo kar z vakuumsko črpalko s katero v začetku obratovanja vzpostavimo podtlak. Vakuumske črpalke na kondenzatorjih so običajno ejektorske (parne) ali pa mehanske z vodnim obročem.Odzračevanje parnega dela kondenzatorja z dvema zaporedno vezanima parnima ejektorjema.

Kondenzator - odzračevanje



Kondenzator - odzračevanje



Čistilna naprava za kondenzatorske cevi na strani vode

Ker se na strani hladilne vodepojavljajo obloge, nečistoče, algeje potrebno cevi občasno očistiti.Navadno uporabljamo čistilne kroglice, ki krožijo skozi hladilni sistem in jih na izstopu zopet ujamemo. Glavni elementi sistema so:A – obtočna črpalka za krogliceB – dotok hladilne vode C – kondenzatorČ – sito, lovilnik kroglicD – odtok hladilne vode

Kondenzator

Č

D A



Temperaturne razmere v kondenzatorju

Toplotni tok v kondenzatorju:

Q od = mv . cp ( Tv2 – Tv1)

Logaritmična temperaturna razlika:

ΔTln = (Tk – Tv1) - (Tk – Tv2) /ln(Tk –Tv1/Tk –Tv2)


Elementi parnega postrojenja – odvod toplote v okolico

Sistem odvoda toplote (hlajenje kondenzatorja) v okolico

Hlajenje kondenzatorja:A – s pretočno vodoB – z vodo iz hladilnega stolpaC – s kondenzatom iz hladilnega stolpaČ – z okoliškim zrakom

KW Jänschwalde, Nemčija, 6 x 500 MWe, 12 parnih kotlov, sistem hlajenja B


Elementi parnega postrojenja - črpalke

Najvažnejše črpalke v elektrarni:A – napajalna črpalkaB – črpalka za hladilno vodoC – črpalka za kondenzatČ – črpalka hladilne vode

generatorjaD – črpalka kondenzata iz

regenerativnega grelnikaE – črpalka kondenzata iz

zbiralnika kondenzataF – črpalka surove vodeG – črpalka dodajne vodeH – črpalka pomožne

hladilne vodeI – črpalka za vbrizgavanje

hladilne vode v paroJ – črpalka za olje

Črpalke



Kotlovska napajalna črpalka

Napajalne črpalke so visokotlačne večstopenjske turbo črpalke. Imajo 6-12 stopenj, dosegajo tlake do 300 bar pri zmogljivosti do 1000 t/h. Zaradi zahtev po neprekinjenem napajanju ob morebitni okvari, so navadno instalirane po 3 napajalne črpalke, vsaka zmogljivosti ~50 %.



Kotlovska napajalna črpalka



Elementi parnega postrojenja – regenerativni grelniki

Parni krožni proces s ponovnim pregrevanjem pare in regenerativnim gretjem napajalne vode.

Namen ponovnega pregrevanja in regenerativnega gretja je, da se čim bolj poviša srednja temperatura dovoda toplote, kar lahko bistveno poviša izkoristek procesa.

ponovno pregrevanje pare

regenerativno gretje napajalne vode


Elementi parnega postrojenja – regenerativni grelniki

Regenerativno gretje napajalne vode

A – kotelB (1,2,3) – visoko, srednje in nizkotlačni del parne turbineC – generatorČ – kondenzatorD – črpalka kondenzataE – nizkotlačni RG*F – črpalka stranskega

kondenzata

* RG - regenerativni grelniki napajalne vode

G – razplinjevalnik nanapajalnem rezervoarju

H – napajalna črpalkaI – visokotlačni RG*


Elementi parnega postrojenja - regenerativni grelniki

Visokotlačni regenerativni grelnik napajalne vode

vstop napajalne vode

izstop napajalne vode

vstop odjemne pareizstop odjemne pare

cevi za vodo plašč oporne plošče


Priprava napajalne vode – posledica nečistoč

Med posledice, ki jih pri uporabi v energetskih postrojenjih povzročajo nečistoče v vodi, kot delovnemu mediju, štejemo:− izločanje kotlovca na stenah ogrevanih površin in v ceveh,− pojavljanje kotlovskega mulja,− korozivno delovanje vode,− penjenje in − pojav plinskih mehurjev v ogrevanih ceveh.


Priprava napajalne vode – mehčanje vode

Namen mehčanja vode je odstranjevanje kalcijevih in magnezijevih karbonatnih ionov.Postopki mehčanja vode so:− segrevanje, s tem postopkom zmanjšujemo le karbonatno trdoto,− obarjanje, kjer z uporabo kemikalij povzročimo tvorbo oborin,− ionska izmenjava, kjer z zamenjavo kacijevih ionov z natrijevimi ne odstranimo soli

temveč le spremenimo njene lastnosti.

Postopka popolnega mehčanja vode sta:− destilacija vode,− zaporedna ionska izmenjava na kationskih (H+) in anionskih (OH-) izmenjevalcih.

To je postopek demineralizacije vode.

Med procese razplinjanja vode spadajo postopki s katerimi iz vode odstranimo raztopljene pline. Poznamo: − kemično in − termično razplinjanje.


Elementi parnega postrojenja – napajalni rezervoar

Napajalni rezervoar z razplinjevalnikom


Priprava napajalne vode – razplinjanje vode

Termično razplinjanje

To obliko razplinjanja izvajamo pri vseh parnihprocesih z višjimi parametri. Pline dstranjujemoiz dodajne vode in iz vode v obtoku. Bistvotermične priprave vode je, da jo segrevamo dovrelišča, saj vrela voda izgubi sposobnost absorbiranja plinov. Plini, ki jih moramo odstranitiiz vode so: O2, N2, CO2 in tudi H2.

Proces termičnega razplinjanja se dogaja v razplinjevalniku, ki je običajno nameščen nanapajalnem rezervoarju.


Kaluženje

Kaluženje je eden od ukrepov zavzdrževanje želene kvalitete vode v kotlu. Iz posameznih mest na kotlu,kjer se povečuje koncentracija soli v vodi se permanentno izpušča voda.Tej vodi s povišano vsebnostjo solipravimo kaluža.

Količino kaluže izračunamo iz razmerja koncentracije soli v napajalni vodi in kotlovski vodi. Kaluža predstavlja 2-10 % napajalne vode.

vodanapajvodakotl

vodanapajkal cc

cm

..

.

parni krožni proceslab.fs.uni-lj.si/kes/energetska_proizvodnja/ep-predavanje-t07.pdf2 energetska...

Documents