Elektrárny A1M15ENY. přednáška č. 8. Jan Špetlík. Katedra elektroenergetiky, Fakulta elektrotechniky ČVUT, Technická 2, Praha 6

Transkript

1 Elektrárny A1M15ENY řednáška č. 8 Jan Šetlík setlij@fel.cvut.cz -v ředmětu u ENY Katedra elektroenergetiky, Fakulta elektrotechniky ČVUT, Technická, Praha 6

2 První říad bez řihřívání: T = 1 MPa T = 530 C -1 i = 349 kj.kg s = 6,591 kj.k.kg -1-1 Známe s do dalšího děje: s 5 = 6,591 kj.k.kg 5 = 3,5 kpa T 5 = 7 C -1 i 5 = 1971 kj.kg -1-1 Známe T do dalšího děje: T 1 = 7 C x = 0-1 i 1 = 111,8 kj.kg s 1 = 0,3906 kj.k.kg (kondenzace) -1-1 Celková účinnost bude tedy: η ( ) ( ) i i. v 5 1 = = i i. v ,.10.0, ,8 1,.10.0,001 = = 1446 = = 43,7%

3 Druhý říad s řihříváním: 3 =,3 MPa s 3 = 6,591 kj.k.kg -1 i 3 = 959 kj.kg T 3 = 77 C -1-1 Známe,T do dalšího děje: 4 =,3 MPa T 4 = 480 C -1 i 4 = 340 kj.kg s 4 = 7,308 kj.k.kg -1-1 Známe s do dalšího děje: s 5' = 7,308 kj.k.kg 5' = 3,5 kpa -1 i 5' = 186 kj.kg T 5' = 7 C -1-1 η T 3 T 4 Celková účinnost bude tedy: ( ) ( ) i i + i i. v 5' = = i i + i i. v = = , = = 45,% 3766 = 5' 5

4 Okruh áry a naájecí vody KOTEL řihřívák buben rychlozávěrný ventil (RZV) TURBÍNA byass ára naájecí voda toná voda chladící voda vzduch ekonomizéry (EKO) řehříváky várnice dýzový regulační ventil VT ST NT TG vývěva (VY) hořák toný okruh odlyňovák odběr výtlak naáječky naáječka (EN) VTO NTO nádrž naájecí vody (NNV) sběrná nádrž kondenzátu (SNK) chladící okruh kondenzátor kondenzátní čeradlo (KOČ)

5 Podle racovní látky: Turbíny - Plynové (lynná nebo kaalná aliva, vst. telota C, výst. telota C) - Parní (řehřátá ára, vst. telota C, výst. telota 8-4 C) - Parní na mokrou áru (v JE, vst. telota 300 C, výst. telota dtto) Podle tlaku výstuní áry: - Protitlaké turbíny (výst. tlak 0,11-0,6MPa) - Kondenzační turbíny (výst. tlak 0,11-0,6MPa) Podle odběrů áry: - Turbína s neregulovanými odběry (ro regeneraci, ucávková ára atd.) - Turbína s regulovanými odběry (kromě výše uvedených odběrů ještě navíc jeden nebo více regulovaných telárenských odběrů) Podle očtu těles: - Jednotělesové (ro menší výkony) - Vícetělesové (VT, ST, NT díly)

6 Podle rinciu funkce: Turbíny - Rovnotlaké (imulsní) (entalický sád stuně se celý řemění na rychlost v rozváděcích loatkách, tlak áry je na vstuu i výstuu oběžného kola stejný) - Přetlakové (reakční) (část entalického sádu se řemění na rychlost i v oběžných kolech) Příklad rovnotlaké turbíny Příklad řetlakové turbíny

7 Princi funkce: Turbíny Každý stueň turbíny je tvořen: - Rozváděcími koly tj. evnou rozváděcí loatkovou mříží (součást statoru) = soustava aralelních trysek, které s minimálními ztrátami řeměňují tlakovou energii na energii kinetickou - Oběžnými koly tj soustavou loatek (součást rotoru), kde se kinetická energie áry řeměňuje na rotační energii turbínového tělesa Výtoková rychlost za rozváděcí tryskou: Obecně latí: 1 ( ) dq = di + da + d c Pro adiabatickou exanzi: 1 ( ) 0 = di + d c a ( ) c = c +. i i Ve skutečnosti není děj adiabatický, entroie stouá nař. okrajovou ztrátou, třením v rozváděcích a oběžných kolech, změnou směru roudění aod. i i 0 i id 0 Δi id Δi 1 1 i 1 s

8 Turbíny Výtoková rychlost ro c0=0, dosazení ze stavové rovnice: κ T 1 c =. ( i i ) =. c.( T T ) =. rt.. 1 = P κ 1 T0 = κ κ 1 κ κ 1 0 v Max. rychlost roudění id. lynu je tedy do vakua 1=0: κ κ c = v =.. rt κ 1 κ 1 1 β = 1max Tlakový oměr: Zavedeme-li hustotu hmotnostního toku [kg.s.m ] : 1 κ 1 m 1 κ κ κ = ρ. c1 = β 0 v0 1 β A v0 κ 1 Saint Vénantova-Wantzelova rovnice

9 Turbíny Maximum hmotnostního toku nastává ro hodnotu: κ -1 β κ k = = κ+ 1 Ostatní kritické arametry: Tk = T 0. κ + 1 Rychlost zvuku v id. lynu: a= = κ r T ρ s k 0 kritický tlak Při dalším snižování výstuního tlaku již hustota hmotnostního toku neroste. c κ κ k = v = r T κ+ 1 κ+ 1 a tedy k κ 1 κ k 0 0 k k a = κ r T = κ v β = c T= T Ve zužující se trysce o dosažení kritických arametrů k dalšímu zvyšování rychlosti už nedochází dojde k aerodynamickému zahlcení. Část tlakové energie se ztrácí vířením => ro další navyšování rychlosti je nutné oužít Lavalovu trysku. Machovo číslo: Ma = c a Ma>1 nadzvukové roudění Ma<1 odzvukové roudění Lavalova tryska

10 Turbíny Průběhy: Ma>1 β k Ma<1 Hodnoty βk: β k Plyn c max ρ.c 0,487 0,58 ideální jednoatomový ideální dvouatomový c c k = a k a 0,540 0,53 0,55 ideální tříatomový vzduch řehřátá ára 0,58 sytá ára β Ve skutečnosti nastávají ři růtoku tryskou ztráty třením a vířením, takže výstuní rychlost je menší než adiabatická, což se vyjadřuje rychlostním součinitelem: a účinností trysky: c ϕ= c η=ϕ = 1 id i i 0 1 i i 0 id

11 Rovnotlaká turbína: mezirostor Turbíny Oběžná kola: admisní ára emisní ára rozvodová kola oběžná kola hřídel rovnotlaká turbína Reakční turbína: reakční turbína c 1r = 1r 1o 1r 1o 0 c 0 c kond kond 0 c 1r c 0 c kond kond c 1o c 1o

12 Turbíny Stueň reakce: U reakčních turbín definujeme stueň reakce: i i entalický sád v rotoru = = 0 1r R i 0 i 1 celkový entalický sád stuně Kroutící moment a výkon stuně: Pracovní látka vystuující z trysek rozváděcích loatek s rychlostí ( ) F = m. c c o 1r 1o a kroutící moment: vstuuje do loatkové mříže oběžného kola, kde se řeměňuje její kinetická energie na kroutící moment. V oběžných loatkách vzniká obvodová síla: ( ) M = F,r= m.c c.r o o 1r 1o takže výkon stuně je: ( ) P = M. ω= m. c.u c.u o o 1r o1 1o o u,u kde jsou říslušné obvodové rychlosti o1 o c 1r

13 Olej a systém ucávkové áry turbíny Olej: Dvě funkce: - Mazací olej slouží k mazání ložisek turbosoustrojí - Rozvodový (regulační) olej racovní olej ro regulaci turbíny řídící veličinou je tlak oleje - Primární olej - otáčky turbíny - Sekundární olej - úhel otevření dýzových ventilů - Rychlozávěrný olej - Ovládací olej - regulace rvků turbíny Ucávková ára: - Do odtlakové části turbíny vniká netěsnostmi vzduch a z řetlakové části uniká ára - Pro zamezení tohoto efektu je každý díl turbínové části soustrojí vybaven labyrintovými ucávkami naájenými arou o ST arametrech (tj. ~ MPa) - Ucávková ára zahlcuje (nebo naoak je odsávána) ucávku a tím zatěsní rostor mezi rotorem a statorem

14 Olej a systém ucávkové áry turbíny RZV RV ára naájecí voda chladící voda ucávková ára olej admisní ára ucávka ložisko VT ST NT TG hřídel olej ro mazání ložisek soustrojí emisní ára (do kondenzátoru) nouzové ss čeradlo (NOČ) hlavní olejová nádrž (HON) regulační olej reg. teloty kondenzátor ucávkové áry (KUP) kondenzát z KOČ exandér olejová čeradla (OČ) olejový chladič (OCH) kondenzát do NTO

15 Kondenzace a regenerace NTO, VTO ára naájecí voda chladící voda ucávková ára olej dolňování demineraliz. vody dávkování hydrazinu (odkysličení) emisní ára kondenzátní čeradlo (KOČ) - kondenzátka vývěva (VY) chladící čeradlo (CHČ) - chladička kanály chladící/otelené vody cirkulační/růtočné chlazení Nízkotlaká regenerace OCH KUP odchlazovač Vysokotlaká regenerace chladič lynu alternátoru kotel VTO VTO 1 Odl. NTO 4 NTO 3 EN NNV SNK NTO NTO 1

16 Kotle Podle druhu aliva: - Tuhé (uhlí, koks, biomasa, odady) - Plynné (zemní lyn) - Kaalné (LTO) Podle tlaku výstuní áry: - Nízkotlaké (výst. tlak do 1,6 MPa) - Středotlaké (výst. tlak 1,6-5 MPa) - Vysokotlaké (výst. tlak 5-13 MPa) - Velmi vysokotlaké (výst. tlak 13-,5 MPa) - Nadkritické (výst. tlak nad,5 MPa) Podle tyu výarníku: - Kotle s řirozeným oběhem vody (strmotrubné) - Kotle s vnuceným oběhem vody (La Mont) - Kotle růtočné (Sulzer, Benson) - Kotle lamencové (řestu tela řes vlnité lechy) - Kotle žárotubné (saliny roudí trubkami) } kotle s malým obsahem vody } kotle s velkým obsahem vody

17 Podle tyu salovacího zařízení: Kotle - Roštové (ro menší výkony) - Práškové (granulační várnice na stěnách, výtavné várnice i o dně) - Fluidní (méně citlivý na změnu aliva, odsíření římo v kotli) Roštové kotle: Základní části: - salovací rostor vymezený stěnami - rošt s alivovou násykou, hradítkem, škvárovým jízkem a výsykou - zařízení ro řívod salovacího vzduchu Základní části roštu : - nosná konstrukce (roštnice) - hnací ústrojí (u mechanických roštů) Pro elektrárenské alikace vyhovuje rošt osuvný

18 Kotle Roštové kotle: délka sušení účinná délka roštu délka dohoření celková délka roštu m Hrubá locha roštu: S r m al -1 Q n [MJ.kg ] - q r [MW.m ] a,l [m] Q a L al n = = qr -1 [kg.s ] [m ] salované množství aliva výhřevnost aliva střední jmenocitý teelný výkon roštu 0,7-1,6 MW.m šířka, délka roštu Doba salování u roštových kotlů: desítky minut -

19 Kotle Práškové kotle: Pro salování hnědého/černého uhlí jsou kotle vybaveny salovacím zařízením s tlukadlovými mlýny a římým foukáním rášku Kotle mají velký regulační rozsah bez oužití stabilizace (LTO). Práškové kotle se stavějí od cca 50 t/h. Doba salování u ráškových kotlů: 1-3 s

20 Fluidní kotle: Kotle Využívají vznosu, který vzniká vháněním salovacího vzduchu ze sodu kotle do vrstvy zrnitého odadu. Vznikne tak fluidní vrstva s velkým reakčním ovrchem a velmi intenzivním růběhem salování v celé vrstvě. Takto lze salovat kaalný i evný odad (nadrcený nebo rozemletý na stejnou zrnitost). Fluidní salování je vhodné ro odady s vyšším obsahem síry, neboť rodukty jejího hoření lze s výhodou zachycovat rostřednictvím mletého vána nebo váence řidaného do salovaného odadu. Nelze naoak oužít ro sékavé odady, které zůsobují slinování fluidní vrstvy. Podle technologie fluidní vrstvy dělíme fluidní kotle na: - Kotle s vířícím ložem (Bubbling Fluidized Bed - BFB) - Kotle s cirkulujícím ložem (Circulating Fluidized Bed - CFB) Vzhledem k ožadavkům na odsiřování je dnes CFB vodstatě jedinou alternativou ro hnědouhelné elektrárny větších výkonů fluidní kotel CFB

21 Kotle Fluidní kotel CFB: searátor membránový cyklón salovací komora fluidní lože dávkování/odběr ložového oela / ísku

22 Kotle hydraulická část Tlakové ztráty: Cílem je určit tlakové oměry v kotli nutných ro srávné dimenzování naájecího čeradla. Celková tlaková ztráta je dána součtem dílcích ztrát: Voda: tření v otrubí Δ =Δ +Δ ±Δ ±Δ místní odory (nátoky, výtoky, kolena...) l c Δ t =λ... ρ d ekv součinitel tření Pára: 1 m 4.m ρ= c =. = r.t ρ A π.d. ρ t m h d hydrostatický tlak Sec. ro laminární roudění: 64 λ= Re Re Reynoldsovo č. Trubkový výarník (várnice): Složitější ois, aroximuje se omocí kubické rovnice: Δ = A Q t.m B.m C.Q.m c.d = ν 16 m r.t Δ t = 1 1. λ...l 5 π d ρ A,B,C dynamický tlakový sád konstanty kinematická viskozita

23 Místní odory: Kotle hydraulická část c Δ m = ζm.. ρ součinitel místních odorů zc t m zc ( ) Hydrostatický tlak: Δ =Δh. ρ.g h Dynamický tlak: ρ.c ρ.c Δ d = 1 1 Přirozený oběh, oběhové číslo: Tlakové ztráty vyvolané rouděním vody/áry ve várnici jsou funkcí rychlosti Δ =Δ +Δ = f c Rozdílem hydrostatických tlaků vzniká ve várnici statický řetlak s 1 s ( ) Δ = h. ρ.g h. ρ.g = f c Dimenzování řirozeného oběhu se rovádí tak, že se najde taková hodnota * rychlosti vody na vstuu do várnice c, že Oběhové číslo se definuje jako zc * * ( ) = s ( ) f c f c m O = m z v hmotnostní růtok v zavodňovacích trubkách hmotnostní růtok výarníku Oběhové číslo se mění odle růtoku áry, jmenovité oběhové číslo bývá ro velké kotle 6-8.

24 Buben: Kotle hydraulická část J Buben kotle je silnostěnné válcové těleso (tloušťka stěny je kolem 10 cm) o růměru cca 1 m, umístěné v horní artii ředního tahu kotle. Do sodní části bubnu jsou zaústěny varné a do horní řehřívákové trubky. Hladina vody v bubnu je rozhraní mezi dvěma stavy vody. Tuto hladinu je otřeba udržovat na stálé výši, cca urostřed tělesa bubnu. Do varných trubek se nesmí dostat ára a do řehřívákových voda! F E D C G H cyklon I B max. norm. min. A K 3 x 50 A - odvodnění bubnu H - ojišťovací ventily B,R - zavodňovací trubky I,K,L - arovody k PK 1 C,D - várnice ravé strany J - alkalizace E,F - várnice řední stěny M,N - várnice levé strany G - naájení bubnu O,P - várnice zadní stěny R L cyklon P M N O