Banjaluka, Đure Daničića 2a

Maturski rad iz energetika

TOPLANE

Mentor: Učenik:

Mr. Dragan Babić, prof Vuk Grbić, IVТ2

Banjaluka, avgust 2015. god.

S A D R Ž A J

Strana

1. Uvod............................................................................................................................3

2. Sistem za snadbjevanje toplane vodom....................................................................4-6

3. Sistem za snadbjevanje toplane vodom.......................................................................7

3.1. Zatvoreni sistem .............................................................................................8-133.2. Priprema vode...............................................................................................14-15

4. Zaključak...................................................................................................................16

Literatura.......................................................................................................................17

2

1. UVOD

Energija je po svojoj prirodi uzrok i pokretač promjena. Adekvatno upotrijebljena, nositelj je

uspona čovjeka i njegovog progresa. Potrebe za energijom na određen način odražavaju

položaj čovjeka i društva u cjelini, te je kretanje čovjekovih potreba za energijom išlo

paralelnom s razvojem društva.

Dvedeseti vijek je vrijeme naglog razvoja tehnike, tehnologije a naročito elektrotehnike.

Zamjenjujući parni stroj i njegovu tehniku, električna energija donosi snažan posticaj

industrijskoj proizvodnji, te pridonosi razvoju novih tehnologija. Uvođenjem automatizacije i

kompjuterizacije tehnološki procesi su postali efikasniji i brži.

Termoenergetska postrojenja su namijenjena za proizvodnju toplotne energije sagorjevanjem

raznih vrsta goriva, i služe za proizvodnju vodene pare koja se u termoelektranama i

industrijskim energanama koristi za dobijanje električne energije a u hemijskoj, prehrambenoj

i drugim industrijama i za tehnološke procese.

Termotehnička postrojenja pored ostalih obuhvataju i opremu i instalacije za zagrijevanje

vode i drugih nosilaca toplote korišćenjem raznih vrsta goriva. Dobijena toplota namijenjena

je za grijanje stambenih, industrijskih i drugih objekata.

2. TERMOENERGETSKA POSTROJENJA

3

Termoenergetsko postrojenje je složeni sklop uređaja i postrojenja koji je namijenjen za

pretvaranje primarne energije goriva u električnu ili toplotnu energiju.

U termoenergetskim postrojenjima za organska (fosilna) goriva vrši se transformacija

hemijske energije toga goriva, dok se u nuklearnim termoenergetskim postrojenjima koristi

energija jezgra (nukleusa) nuklearnih goriva.

U termoenergetskim postrojenjima se kao sekundarna može proizvoditi električna i toplotna

energija. Prema vrsti proizvedene energije termoenergetska postrojenja se dijele na

kondenzacione termoelektrane, toplifikacione termoelektrane i toplane.

U kondenzacionim termoelektranama hemijska energija fosilnog goriva ili energija jezgra

atoma nuklearnog goriva se koristi isključivo za proizvodnju električne energije.

U toplifikacionim termoelektranama se ove dvije vrste sekundarne energije proizvode

kombinovano. Toplotna energija iz ovakih postrojenja troši se za industrijske procese u vidu

tehnološke pare različitih parametara, za grijanje i za proizvodnju sanitarne tople vode.

Toplifikacione termoelektrane mogu da budu industrijske ili javne. Industrijske toplifikacione

termoelektrane ili, kako se često nazivaju, elektrane, proizvode oba vida sekundarne energije

za pokrivanje potrošnje u okviru fabrike u kojoj su postavljene, a njihov električni dio se

može priključiti i na javnu mrežu. Javne toplifikacione elektrane, koje se nazivaju

termoelektrane-toplane (Slika 2), su električnim dijelom obavezno uključene u

elektroenergetski sistem, dok toplotnom energijom snadbijevaju obližnje fabrike i naselja.

4

Slika 2. Termoelektrana-toplana

U toplanama se proizvodi samo toplotna energija koja se koristi za grijanje i pripremu

sanitarne tople vode i podmiruje potrošnja dijela većeg ili cijelog manjeg naselja. Kod novijih

rješenja se iz toplane mogu podmiriti i potrebe za tehnološkom parom u užim razmjerama.

Nosioci toplote u termoelektranama su vodena para (parne termoelektrane) ili gasovi nastali

sagorijevanjem fosilnog goriva u posebnim uređajima (gasne termoelektrane). Postoje i

kombinovana postrojenja kod kojih se koriste istovremeno oba nosioca toplote.

U nuklearnim elektranama nosilac toplote je takođe vodena para, ali mogu da budu i druge

materije, u zavisnosti od vrste nuklearnog reaktora.

U toplanama se proizvodi vodena para ili topla voda različitih parametara, a postoje i rješenja

kod kojih se istovremeno proizvode i topla voda i vodena para.

Turbopostrojenje u termoelektranama može da bude sa parnom ili gasnom turbinom. Najčešće

se koriste parna turbopostrojenja zbog mogućnosti izgradnje jedinica veće snage (parne

turbine do 1.300 MW, a gasne do 200 MW), većeg stepena korisnosti (parne termoelektrane

do 40% a gasne 28-34%) i mogućnosti korišćenja i najkvalitetnijih goriva. Određeno

poboljšanje stepena korisnosti može se postići primjenom parne i gasne turbine u istom,

kombinovanom postrojenju.

5

Prema tehnološkoj strukturi parne termoelektrane mogu da budu blokovske ili neblokovske.

Kod blokovskih struktura, svaka turbina dobija paru iz jednog pripadajućeg parnog kotla

(monoblok) ili, znatno rjeđe, iz dva (dublblok). Spojni cjevovodi pare i vode između blokova

ne postoje, pa termoelektrana predstavlja skup termoenergetskih blokova koji mogu imati

samo zajedničke pomoćne uređaje.

Neblokovska struktura (centralizovana ili sekcijska) primjenjivana je kod starih

termoelektrana, u vrijeme kada snaga parnih kotlova nije mogla da prati snagu turbina.

Termoelektrane sa blokovskom strukturom su jeftinije i jednostavnije, a lakše se ostvaruju

upravljanje i regulisanje, tako da se neblokovske termoelektrane danas više ne grade.

6

3. SISTEMI ZA SNABDIJEVANJE TOPLANE VODOM

Rashladna voda ima u modernoj pogonskoj tehnici vrlo važnu ulogu. Rafinerije,

čeličane, plinske turbine, nuklearni reaktori, termoenergetska postrojenja itd. ne mogu u

svojoj funkciji djelovati bez rashladne vode. Svaki uređaj, koji proizvodi toplotnu energiju,

troši rashladnu vodu. Pod rashladnom vodom se podrazumijeva voda koja ima ulogu medija

za odvođenje toplote kod tehnoloških procesa. Na industrijsku rashladnu vodu se postavljaju

danas posve određeni zahtjevi obzirom na njezin sastav. Praktički nema na raspolaganju vode,

koja bi idealno u potpunosti odgovarala tim zahtjevima. Stoga je nužna priprema i obrada

vode koja se koristi u rashladne svrhe.

Voda se u termoenergetskim postrojenjima koristi za:

kondezovanje izrađene pare;

hlađenje gasa i vazduha za turbopostrojenje i velike elektromotore;

hlađenje ulja za turbopostrojenje i napojne pumpe;

hlađenje ležišta pomoćnih uređaja;

hidraulični transport šljake i pepela, i

popunu masenih gubitaka pare i kondezata.

Kod kondezacionih termoelektrana, najveći potrošač vode su kondezatori parnih turbina, dok

se za ostale potrošače troši najviše 7% od ukupnog protoka rashladne vode.

Kod toplifikacionih postrojenja veliki gubici vode nastaju i zbog gubitaka kondezata, naročito

ako se tehnološka para koristi u procesima u kojima se kondezat gubi.

Sistemi za snabdijevanje toplane vodom mogu da budu otvoreni ili zatvoreni.

7

3.1. Zatvoreni sistem

Kada u blizini termoelektrane nema rijeke sa dovoljnim protokom, primijenjuje se zatvoreni

sistem vodosnabdijevanja, koji se sastoji u tome što se voda koja se zagrijala u kondezatoru

hladi i ponovo koristi kao rashladna. Zatvoreni sistem vodosnabdijevanja može se izvesti sa

akumulacionim jezerom ili sa rashladnim kulama.

Zatvoreni sistem vodosnabdijevanja sa akumulacijom

Kod zatvorenog sistema sa akumulacijom glavni pogonski objekat se postavlja u blizini obale

vještačkog jezera koje se obično gradi na rijeci sa malim protokom. Pumpe se smještaju u

crpnu stanicu na obali jezera, pošto godišnje kolebanje nivoa vode može da iznosi i po

nekoliko metara. Zagrijana voda vraća se na određenom rastojanju od vodozahvata, kako bi

mogla da se ohladi. Šema cjevovodne rashladne vode ista je kao i kod otvorenog sistema

vodosnabdijevanja, i data je na Slici 3.

Slika 3. Šema zatvorenog sistema vodosnabdijevanja sa akumulacijom: 1 – GPO (glavni

pogonski objekat), 2 – pumpe za rashladnu vodu, 3 – crpna stanica, 4 – magistralni vodovi, 5

– cijevi za dovod vode, 6 – kondezator, 7 – cjevovodi, 8 – slivni kanali, 9 – otkriveni kanali,

10 – uređaj za ispuštanje vode, 11 – uređaj za regulisanje nivoa vode, 12 – draga, 13 –

cjevovodi

8

Zatvoreni sistem vodosnabdijevanja sa rashladnim kulama

Kada površina jezera nije dovoljna za prirodno hlađenje zagrijane rashladne vode,

primijenjuje se vještački hladnjak koji se naziva rashladna kula. Na Slici 4. prikazan je

zatvoreni sistem vodosnabdijevanja sa rashladnom kulom.

Slika 4. Šema zatvorenog sistema vodosnabdijevanja; 1 – cjevovod, 2 – uređaj za rošenje, 3 –

pumpa, 4 – kondezator, 5 – pumpa za dodatnu vodu, 6 – akumulacija eliminator kapljica, 7 –

okno, 8 – bazen.

Toranj za hlađenje ili rashladna kula je isparni hladnjak koji se koristi za hlađenje vode ili

drugog radnog medija na temperaturu okolnog vazduha. Ove kule koriste isparavanje vode

kako bi smanjile temperaturu sistema. Obično se koriste u rafinerijama, hemijskim

elektranama, nuklearnim elektranama itd. Kule mogu biti različitih veličina i oblika, od malih

dimnjaka na kućama pa sve do hiperboloidnih kula (Slika 5), koje mogu da budu visoke i do

200 m, sa prečnikom i do 100 m, ili pak pravougaonog oblika, koje mogu biti visine do 40 m i

dužine do 80 m.

Rashladni tornjevi se dijele prema tipu strujanja (prirodna ili mehanička cirkulacija) i prema

smjeru strujanja vazduha (unakrsno ili suprotnosmjerno). Rashladni tornjevi sa prisilnom

cirkulacijom (mehaničkom) se još mogu podijeliti na tlačne i indukovane.

Kada elektrana ne bi imala toranj za hlađenje, morala bi da raspolaže sa oko 100.000 kubnih

metara vode na sat, i ta količina vode bi morala da se kontinualno vraća u okean, jezero ili

rijeku, odakle se voda uzima. Ovakav princip rada, bez rashladne kule, može vremenom

dovesti do povećanja temperature reke ili jezera, što bi dovelo do velikog poremećaja

lokalnog ekosistema i životne sredine. Rashladna kula omogućava disipaciju određene

količine toplote u atmosferu, gdje se pomoću vetra i vazduha širi u mnogo većoj zapremini

9

nego što topla voda može da raspodjeli u unutrašnjosti same vodene mase iz koje je prvobitno

uzeta.

Slika 5. Hiperboloidna rashladna kula

Rashladna kula s prirodnom cirkulacijom, sa detaljima i šemom prikazana je na Slici 6. Kula

se sastoji od tornja (1) hiperboloidnog oblika koji može da bude okruglog ili mnogougaonog

presjeka, najčešće od armiranog betona.

Slika 6. Rashladna kula sa prirodnom promajom: 1 – toranj, 2 – kondezator, 3 – pumpa, 4 –

cjevovod, 5 – uređaj za rošenje, 6 – eliminator kapljica, 7 – bazen, 8 – okno, 9 – usmjerivač,

10 – mlaznice, 11 – pokrivena okna, 12 – pumpa za dodatnu vodu, 13 - akumulacija

Rashladna voda sa pumpom (3) potiskuje u kondezator (2), gdje se zagrijava, a zatim u

cjevovod (4) kojim se raspodjeljuje po cijelom poprečnom presjeku kule, pa se pomoću

mlaznica raspršuje. Ispod cjevovoda (4) nalazi se uređaj za rošenje (5) koji se, kod

savremenih konstrukcija, sastoji od azbestnocementnih ploča, po kojima se voda sliva u

10

obliku filma. Kroz zazore između ploča struji vazduh i hladi vodu. Po izlasku iz uređaja za

rošenje vazduh struji kroz eliminator kapljica (6), a zatim odlazi u atmosferu.

Voda se sliva u bazen (7) odakle se cirkulacionom pumpom (3) ponovo potiskuje kroz

kondezator (2). Vazduh za hlađenje vode ulazi kroz okna (8) koja se nalaze po obimu tornja i

usmjerava se pomoću usmjerivača (9). Da bi se spriječila pojava leda na oknima, temperatura

ohlađene vode se zimi održava na 10 – 120C, a pomoću mlaznica (10) se oko kule održava

topla vodena zavjesa. Okna mogu da budu i pokrivena (11). U rashladnim kulama se, zbog

isparivanja, gubi oko 1,2 – 1,5% vode koja se mora nadoknađivati. To se vrši pomoću pumpi

za dodatnu vodu (12) iz akumulacije (13).

Ponekad se, naročito u zemljama sa žarkom klimom, primijenjuju rashladne kule sa

vještačkom promajom koja se postiže ventilatorom. Ove kule su manjih dimenzija i

drugačijeg oblika od onih sa prirodnom promajom.

Rashladni tornjevi sa prinudnim strujanjem (vještačkom promajom) koriste ventilator za

strujanje vazduha prema dnu tornja. Strujanje vazduha može biti inducirano i presurizaciono.

Mogu se još podijeliti i na rashladne tornjeve sa krstastim i suprotnosmjernim strujanjem.

Skoro svi rashladni tornjevi sa prisilnom cirkulacijom su suprotnosmjerna. Oni daju

pouzdaniji protok vazduha i time je efikasnost veća. Snaga ventilatora je razmjerno mala s

obzirom na izmijenjeni toplotni tok (1:100), ali kod postrojenja od npr 100.000 kV bila bi

potrebna snaga ventilatora od 1.000 kV što je jako puno, pa se u to slučaju prelazi na

rashladne tornjeve sa prirodnim strujanjem. Karakteriše ih manja dimenzija izmjenjivačke

površine i niža izlazna temperatura medija koji se hladi, te ukupne manje dimenzije. Toplotni

učinak rashladnog tornja prije svega zavisi od temperature vlažnog termometra vazduha.

Temperatura suvog termometra i relativna vlažnost imaju neznatan uticaj na toplotni učinak

rashladnih tornjeva sa prinudnim strujanjem, ali utiču na količinu ishlapljene vode unutar

rashladnog tornja. Zagrijevanje vazduha može se podijeliti na osjetni dio i na latentni dio

toplote koju vazduh preuzima hlađenjem vode. Ako se ulaznom vazduhu povećava

temperatura suvog termometra, uz nepromjenjenu temperaturu vlažnog termometra, ukupna

izmjena toplote ostaje ista, ali se mjenja omjer izmjenjene osjetne i latentne toplote.

11

Na Slici 7. je prikazan suprotnosmjerni rashladni toranj sa induciranim strujanjem. Ventilator

je smješten niz struju vazduha u odnosu na ispunu tornja, na izlazu vazduha, pri vrhu uređaja.

Zbog isparavanja male količine kondenzatorske vode (oko 1% protoka), temperatura vode se

postepeno smanjuje tokom njenog slivanja kroz ispunu tornja suprotnosmerno od vazduha.

Veće kapljice vode nošene strujom vazduha odvajaju se na eliminator kapi. Struja vazduha

izlazi pri vrhu tornja i ispušta se u okolinu. Voda ohlađena ishlapljivanje pada u sabirnu

posudu odakle se odvodi prema kondenzatoru. Takav sistem omogućava dobru izmjenu

toplote zato što najhladniji vazduh dolazi u kontakt sa najhladnijom vodom.

Slika 7. Suprotnosmjerni rashladni toranj

Kod krstastih rashladnih tornjeva (Slika 8) vazduh poprečno struji na vodu koja se cijedi kroz

punilo. Ventilator je smješten niz struju vazduha u odnosu na ispunu tornja, na izlazu vazduha

pri vrhu uređaja. Ispuna se nalazi u nivou sa ulazima vazduha. Vazduh ulazi u toranj kroz

bočne žaluzije i struji horizontalno kroz ispunu i eliminator kapi. Vazduh se zatim usmjerava

prema gore i izlazi pri vrhu uređaja. Voda se raspršuje iz mlaznica, pada preko ispune i dolazi

do krstastog strujanja vode i struje vazduha.

12

Krstasti rashladni toranj sa induciranim strujanjem ima povećanu površinu za ulaz vazduha.

Usled krstastog strujanja, ovakav toranj može biti znatno niži od specijalnog tornja. Negativna

strana ove izvedbe je povećan rizik od recirkulacije istrošenog vazduha iz tornja.

Slika 8. Krstasti rashladni tornjevi

13

3.2. Priprema vode

Za rad termoenergetskih postrojenja neophodno je proizvesti dovoljne količine kvalitetne

vode, a to je moguće primjenom razvijenog tehnološkog procesa koji podrazumijeva

proizvodnju vode, održavanje i kontrolu kvaliteta vode u svim segmentima vodenoparnog

ciklusa.

Oštećenja i njima izazvani otkazi termoenergetskih postrojenja u velikom broju su izazvani

usljed neadekvatnog kvaliteta napojne vode, usljed čega se odvijaju različiti tipovi korozionih

procesa. Voda je dobar rastvarač i u svom hemijskom sastavu sadrži i veliki broj primjesa

koje joj daju veoma složen hemijski sastav. Upravo zbog toga sirova voda pruža mogućnost

odvijanja niza kompleksnih i različitih korozionih procesa. Zbog toga je vodu, kao osnovni

fluid u termoenergetskim postrojenjima, potrebno podvrgnuti adekvatnoj pripremi kako bi se

korozioni procesi sveli na minimum i mogli kontrolisati. Neophodno je u svakom

pojedinačnom slučaju odrediti djelujući mehanizam korozije i uzročnike koji ga izazivaju.

Da bi se voda nesmetano i bez posljedica koristila u postrojenjima, mora se izvršiti njena

priprema, i to tako da se nepoželjene primjese potpuno odstrane ili da se svedu na dozvoljene

vrijednosti. Primjese mogu biti mehaničke, koloidne i rastvorene, pa se za njihovo uklanjanje

primijenjuju odgovarajući načini prečišćavanja.

Prečišćavanje od različitih primjesa – odstranjivanje mehaničkih primjesa neorganskog i

organskog porijekla vrši se taloženjem ako su čestice veće gustine od vode i filtriranjem i

dodavanjem koagulanata za plivajuće i lebdeće čestice.

Taloženje primjesa iz vode je prirodni proces pri kome se čestice veće gustine izdvajaju iz

vode pod dejstvom Zemljine teže, a koristi se samo za grubo prečišćavanje. Sprovodi se

horizontalnim ili vertikalnim, pokrivenim ili otkrivenim taložnicama.

Filtriranjem se mogu odstraniti i finije mehaničke nečistoće. Filteri se prave od materijala

organskog ili neorganskog porijekla.

14

Prečišćavanje od koloidnih materija – koloidne materije se odstranjuju hemijskim putem,

dodavanjem supstanci koje dovode do koagulacije koloidnih primjesa, tj. do njihovog

međusobnog sljepljivanja i povećavanja, kako bi se lakše izdvojile i taložile. Materije koje

izazivaju ovu pojavu zovu se koagulanti, a to su najčešće gvožđev hlorid, aluminijum-trisulfat

i trinatrijum-aluminat.

Prečišćavanje od rastvorenih primjesa – prečišćavanje od rastvorenih soli može se vršiti u

cilju njihovog potpunog ili djelimičnog udaljavanja. Postoji termički i hemijski postupak.

15

2. ZAKLJUČAK

Termoenergetska postrojenja su namijenjena za proizvodnju toplotne energije sagorjevanjem

raznih vrsta goriva, i služe za proizvodnju vodene pare koja se u termoelektranama i

industrijskim energanama koristi za dobijanje električne energije a u hemijskoj, prehrambenoj

i drugim

industrijama i za tehnološke procese.

Sistemi za snabdijevanje termoenergetskih postrojenja vodom mogu da budu otvoreni ili

zatvoreni.

Zatvoreni sistem vodosnabdijevanja može se izvesti sa akumulacionim jezerom ili sa

rashladnim kulama

Kada je površina jezera dovoljna za prirodno hlađenje zagrijane rashladne vode, tada

govorimo o zatvorenom sistemu vodosnabdijevalja sa akumulacijom, kada površina jezera

nije dovoljna za prirodno hlađenje zagrijane rashladne vode, primijenjuje se vještački

hladnjak koji se naziva rashladna kula.

Da bi se voda nesmetano i bez posljedica koristila u postrojenjima, mora se izvršiti njena

priprema, i to tako da se nepoželjene primjese potpuno odstrane ili da se svedu na dozvoljene

vrijednosti. Primjese mogu biti mehaničke, koloidne i rastvorene, pa se za njihovo uklanjanje

primijenjuju odgovarajući načini prečišćavanja.

16

LITERATURA

1. Brkić Lj., Bekavac V., Marković S.: Termoenergetska postrojenja. Za III razred

usmerenog obrazovanja mašinsko-energetske struke. Zavod za udžbenike i nastavna

sredstva: Beograd 1989.

2. Energetika za 4. razred srednje škole;

3. Internet (slobodna enciklopedija o energetici).

17

Datum predaje: ______________

Komisija:

Predjsednik _______________

Ispitivač _______________

Član _______________

Komentar:

Datum odbrane: _____________ Ocjena__________ (___)