3.3. Budowa, zasada pracy i eksploatacji siłowni cieplnych
Można by tu pisać bez końca, także informacje tu zawarte są raczej ogólne i trochę przypadkowe.
Podział siłowni cieplnych:
· Siłownie z turbinami parowymi
· Siłownie z silnikami spalinowymi
· Siłownie z turbinami gazowymi
· Siłownie gazowo-parowe
· Siłownie jądrowe
W siłowni parowej opalanej węglem wyróżnia się układy:
Omówienie poszczególnych układów:
· Układ nawęglania tworzy zespół urządzeń do odbioru węgla, mechanizacji składowiska, wstępnego przygotowania węgla i transportu wewnętrznego.
Transport węgla ze składowiska lub wyładowanego z wagonów prowadzi się za pomocą przenośników taśmowych.
· Zadaniem układu odpopielania jest usuwanie popiołu z elektrowni i transportu do miejsca składowania. Najogólniej wyróżnia się odpopielacze mechaniczne, hydrauliczne i pneumatyczne. Najpowszechniej stosuje się odpopielacze hydrauliczne ( także dla największych kotłów). Przykładem takiego odpopielacza jest aparat do odżużlania grawitacyjnego, w którym żużel spada spod komory paleniskowej do komory żużlowej, gdzie jest schłodzony, częściowo granulowanyi okresowo spłukiwany do kanału.
· Układy chłodzenia skraplacza trubiny
Siłownie parowe zużywają dużą ilość wody, przede wszystkim do chłodzenia skraplacza turbiny. Ze względu na rodzaj użytego czynnika wyróżnia się układy chłodzenia skraplacza za pomocą powietrza i wody, w Polsce niemal zawsze jest to woda. Ważniejszy jest podział na układ chłodzenia otwarty i zamknięty oraz ich kombinacje.
· Obieg cieplny
Woda w kotle ulega podgrzaniu 1-2, następnie odparowaniu 2-3 i w końcu przegrzaniu 3-4. W turbinie para rozpręża się 4-5, a następnie ulega skropleniu w skraplaczu 5-1.
Strumień ciepła doprowadzony do pary w kotle odpowiada polu P1, strumień ciepła wyzyskiwany przez turbinę odpowiada P2.
Mała sprawność obiegów kondensacyjnych wynika przede wszystkim z odprowadzania znacznej ilości ciepła z wodą chłodzącą skraplacz. Możliwość wykorzystania tego ciepła jest znikoma, ze względu na niską temperaturę wody chłodzącej (25-38°C)
Sposoby zwiększenia ekonomiczności elektrowni:
1. Podnoszenie temperatury i ciśnienia pary świeżej doprowadzonej do turbiny (same podnoszenie ciśnienia powoduje spadek entalpii)
2. Międzystopniowe pojedyncze lub dwukrotne przegrzewanie pary (stosuje się by zakończyć przegrzewanie pary dla stopnia suchości nie mniejszego niż 0,9)
3. Regeneracyjne podgrzewanie wody zasilającej
4. Skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i cieplnej
5. Obniżanie parametrów wylotowych pary (wzrost sprawności poprzez spadek 2 uzyskany niższym ciśnieniem w skraplaczu, które wytwarza czynnik chłodzący, w Polsce najniższa temperatura to 20°C )
6. Zwiększenie sprawności kotła
7. Zwiększenie sprawności wewnętrznej turbiny
8. Zmniejszenie zużycia energii na potrzebny własne
9. Skojarzenie obiegów o różnych czynnikach roboczych
Ustalając parametry pary świeżej należy pamiętać, że:
1. Podwyższenie ciśnienia pary świeżej przy pozostawieniu bez zmian jej temperatury powoduje wzrost zawilgocenia pary w końcowych stopniach turbiny, co skutkuje erozją łopatek
2. Zwiększanie wilgotności pary wpływa ujemnie na sprawność wewnętrzną turbiny
3. Wzrost ciśnienia początkowego pary powoduje wzrost zużycia energii na pompowanie wody
4. Podwyższanie temperatury pary na wlocie do turbiny kondensacyjnej zawsze korzystne ze względu na sprawność obiegu, jest ograniczone prze wytrzymałość materiału łopatek turbiny
Przy określaniu parametrów początkowych pary należy pamiętać, że:
1. Ekonomicznie uzasadnione parametry pary są tym wyższe im wyższa jest moc bloku i im wyższy jest stosunek kosztu paliwa do kosztów materiałów konstrukcyjnych
2. W instalacjach wysokoprężnych (powyżej 10MPa) w przeciętnych warunkach pracy, sprawność termiczna rośnie o 1% na każde 2-3MPa wzrostu ciśnienia pary świeżej lub na każde 30-40°C wzrostu temperatury pary świeżej
3. Wysokie temperatury pary przekraczające 580-590°C powodują konieczność stosowania stali austenitycznych, cechujące się znacznie wyższymi cenami niż stale ferrytyczne, ale stale austenityczne dodatkowo cechują się niższym współczynnikiem przewodności cieplnej oraz wyższym współczynnikiem rozszerzalności, co skutkuje większymi naprężeniami dopuszczalnymi przy uruchamianiu i odstawianiu bloku
4. Wysokie ciśnienia wpływają na konstrukcje urządzeń i ilość użytych materiałów przy p=16-17MPa konieczne jest stosowanie kotłów o cyrkulacji wspomaganej lub wymuszonej, po przekroczeniu ciśnień 18-19MPa zachodzi konieczność stosowania kotłów przepływowych
5. Stosowanie międzystopniowego przegrzewania pary, mimo zwiększenia skomplikowania instalacji i jej kosztów jest celowe
6. Z wysokimi parametrami pary dolotowej należy zawsze łączyć wysokotemperaturowe podgrzewanie wody zasilającej
Parametry końcowe pary (parametry kondesacji i chłodzenia):
1. Rodzaj układu chłodzenia i związany z nim przebieg roczny temperatury wody chłodzącej, wielkość strefy chłodzenia i krotność chłodzenia oraz spiętrzenie temperatur w skraplaczu i związana z tym wielkość powierzchni przekazywania ciepła (największy problemy jest z wodą chłodzącą w układzie otwartym)
2. Bierze się pod uwagę zużycie ciepła przez turbinę w funkcji próżni (tak naprawdę w funkcji ciśnienia w skraplaczu)
3. Charakter pracy bloku (bierze się pod uwagę czas wykorzystywania mocy znamionowej, oraz czy jest to blok z grupy podstawowej, szczytowej czy podszczytowej)
4. Uwzględnienie kosztów paliwa na miejscu elektrowni
5. Zużycie energii na potrzeby własne
6. Koszty budowy i urządzeń związanych z układem chłodzenia
Urządzenia pomocnicze
Młyny węglowe
Rurosuszarki
Wentylatory ciągu i podmuchu
Obrotowe podgrzewacze powietrza (LUVO/PoPo)
Pompy kondensatu, zasilające
Wymienniki regeneracyjne
Skraplacz
Pompy zasilające dla bloków średniej mocy należy przyjmować w układzie 2 x 100%, tzn. z 100% rezerwą. Dla bloków większej mocy stosuje się rezerwę 50%, tzn. są 3 pompy z czego 2 dwie pracują, a 1 jest rezerwą. Znamionowa wydajność pompy zasilającej powinna odpowiadać 125% wydajności kotła walczakowego lub maksymalnej wydajności kotła przepływowego.
Odgazowywacz (odgazownik) służy do usuwania z kondensatu turbinowego i wody uzupełniającej wszelkich rozpuszczonych gazów w szczególności tlen i dwutlenek węgla. Odgazowywacz jest konieczny dla ochrony kotła i urządzeń pomocniczych przed korozją. Umiejscowienie odgazowywacza w układzie cieplnym elektrowni jest narzucone położeniem pompy zasilającej, odgazowywacz jest przeważnie jedynym podgrzewaczem mieszankowym w układzie regulacji i dzieli ten układ na dwie części: niskoprężną, w której skropliny przetłaczane są za pomocą pompy skroplin i wysokoprężną, w której wodę zasilającą przetłaczana jest za pomocą pompy zasilającej.
gobi0208