Tepelné zdroje soustav CZT. Plynová turbína. Zásobovaní z tepláren s velkými spalovacími (plynovými) turbínami

Transkript

1 Zásobovaní z tepláren s velkými spalovacími (plynovými) turbínami Tepelné zdroje soustav CZT tepelná část kombinovaného oběhu neovlivňuje silovou (mechanickou) část oběhu teplo se odvádí ze silové části na teplotové úrovni, která plně vyhovuje nebo i převyšuje požadovanou teplotu potřebnou pro zásobování SCZT. teplárenské zapojení plynových turbín nemá tedy vliv na jejich elektrický výkon a teoreticky ani na účinnost výroby elektrické energie. Účinnost v elektřině η e = % v teple η t = % celkem η c = % Modul teplárenské výroby e = 0,5 0,9 Plynová turbína Výhody a nevýhody tepláren s velkými spalovacími turbínami Výhody : jednoduchost menší hmotnost malé nároky na obestavěný prostor snadná obsluha rychlejší start při plné automatizaci (12 až 30 min) Nevýhody : nižší využití paliva dražší palivo (plyn, olej) Zvýšení celkové energetické účinnosti teplárenským zapojením plynových turbín v porovnání s elektrárenským je velké Nedosahuje však účinnosti parních teplárenských oběhů, neboť množství tepla odváděného do okolí je vždy větší. Miniteplárny se spalovacími turbínami výkony se orientačně pohybují od nejmenších < 1MW do cca 10 MW Charakteristiky: Zásobovaní z paroplynových tepláren pracují s vyššími teplotami, to vede k větší účinnosti výroby elektřiny, resp. k vyššímu podílu výroby elektřiny. Účinnost v elektřině η e = % v teple η t = % celkem η c = % Modul teplárenské výroby e = 0,9 1,35 1

2 Kogenerační jednotky se spalovacím motorem Modul teplárenské výroby a účinnost Spalovací motory lze použít, pokud se pro dodávku vystačí s rozvodem tepla pomocí vodní sítě do 120 C. Až u velkých spalovacích motorů cca 5 MW se může vyplatit komplikace spojená s tím, že část tepelného výkonu (z výfukových plynů) se dodává v páře, část (z chlazení pláště a z chladiče oleje) ve vodě. mohou být dva : Důvody pro instalaci KJ výroba elektřiny pro vlastní spotřebu, a tím snížení nebo odbourání nákladů za odběr elektřiny za sítě výroba elektřiny na prodej, a tím snížení ceny tepla vyráběného pro vlastní potřebu Je však třeba mít na paměti, že KJ je kombinovaným zdrojem elektřiny a tepla, a její ekonomický provoz je podmíněn efektivním zhodnocením obou současně generovaných forem energie. Schéma vnitřního uspořádání KJ TEDOM 2

3 1 spalovací motor 2 generátor 3 rám 4 protihlukový kryt 5 spalinový výměník 6 výměník primárního okruhu 7 chlazené výfuková roura 8 chladič plnící směsi 9 vyrovnávací nádrž prim. okruhu 10 exp. nádoba okr. chlaz. pí. směsi 11 těleso termostatu 12 směšovač 13 regulátor výkonu 14 škrtící klapka 15 nulový regulátor 16 odlehčovací elektroventil plynu 17 uzavírací elektroventil plynu 18 čistič plynu 19 tlumič výluku 20 kompenzátor výf. potrubí 21 kovová hadice 22 kompenzátor prim. okruhu 23 ventilátor 24 el.motor čerpadla prim. okruhu 25 čerpadla okruhu chlaz. plnící směsi 26 svorkovnicová skříň 27 zdroj napájení zapalovací soustavy 28 elektronické zapalování 29 regulátor doplňování oleje 30 akustická izolace 31 zapalovací cívky 32 detektor úniku plynu 33 odlehčovací ventil 34 prostorový hlídač teploty 35 olejová nádrž 36 čistič vzduchu Konstrukční uspořádání KJ Z různých vývojových variant řešení kogeneračních jednotek se dnes prakticky objevují pouze dvě, a to: stavebnicové uspořádání instalace KJ z dodaných dílů je ponechána na zákazníkovi, modulové uspořádání představuje dodávku plně funkční sestavy s definovanými přípojnými body KJ stavebnicového uspořádání je odběrateli dodána rozložená na základní díly motor s generátorem, výměníky, čerpadla, tlumiče sání a výfuku. Instalace jednotky je dispozičně přizpůsobena prostoru, ve kterém bude umístěna. Výhodou je nižší cena a lepší přístupnost pro opravy a údržbu. Stavebnicové uspořádání je méně časté a přichází v úvahu spíše u větších výkonů nad 1 MWe, kdy rozměry smontované jednotky mohou přesáhnout dopravní možnosti. KJ stavebnicového uspořádání Základní části KJ Plynová trať Plynový motor Generátor elektrického proudu Výměníky tepla výměník primárního okruhu chladič oleje spalinový výměník chladič plnící směsi Odvod spalin Ventilační zařízení Životnost základních částí motoru motory tuzemských výrobců motory renomovaných výrobců hlava motoru hod hod turbokompresor cca 8000 hod cca hod pístová skupina, uložení klikového hřídele hod hod zapalovací svíčka hod hod Prostředky ke snížení hluku Hlavním zdrojem hluku při provozu KJ je spalovací motor. Hluk se z motoru do okolního prostředí šíří dvěmi cestami : prostupem přes stěny skříně nebo budovy s odcházejícími výfukovými plyny Omezení prostupu hluku do okolního prostředí KJ se opatřuje protihlukovým krytem ventilačními otvory skříně musí být tyto opatřeny akustickým tlumičem Útlum protihlukových krytů bývá 15 až 25 db. Omezení hluku vycházejícího z výfukového potrubí motoru montují se tlumiče výfuku je vhodné použít speciální tlumič výfuku laděný pro daný výkon motoru, počet válců a otáčky. Základní útlum těchto tlumičů bývá 25 až 35 db Pro speciální případy lze docílit celkového útlumu kolem 50 db. 3

4 Přístupy ke snižování emisí KJ Limity emisí znečišťujících látek ve výfukových plynech plynového motoru KJ stanovuje Nařízení vlády č. 352/2002 Sb. oxidy dusíku NOx 500 mg/nm 3 (Nm 3 normální m 3 ) oxid uhelnatý CO 650 mg/nm 3 organické látky - uhlovodíky 150 mg/nm 3 Splnění předepsaných emisních limitů se u plynových motorů KJ dosahuje dvěma základními způsoby: spalování bohaté směsi při stechiometrickém poměru paliva se vzduchem s následnou redukcí škodlivých látek pomocí třícestného katalyzátoru spalováním chudé směsi bez katalyzátoru, případně s oxidačním katalyzátorem Připojení KJ na dodávku tepla Dodávka tepla bývá zajišťována kromě KJ ještě z dalších paralelně zapojených zdrojů - z teplovodních kotlů KJ se v těchto případech zapojuje na společný sběrač a rozdělovač. Dodávku tepla z KJ je nutné sladit s dodávkou tepla z kotlů hlavně z hlediska dodržení teploty vratné vody. Rovněž je nutno zajistit hydraulické vyvážení celé soustavy. Vyvedení tepelného výkonu z KJ je realizováno dvěmi nezávislými okruhy: sekundární okruh technologický okruh Maximální tepelný výkon jednotky je součtem tepelných výkonů obou okruhů při jejich plném využití. Sekundární okruh Zajišťuje vyvedení hlavního tepelného výkonu z chlazení motoru a spalin KJ do topného systému. Náplní sekundárního okruhu smí být pouze upravená voda (dle ČSN ). Obvyklé parametry sekundárního okruhu jsou Zapojení okruhu pro zajištění minimální teploty vratné vody Okruh pracuje standardně s teplotami vratné vody od 30 do 70 C. Pro trvalý provoz je vhodné, aby teplota vratné vody byla vyšší než 50 C Zapojení KJ do topného systému paralelně s jinými zdroji tepla V teplovodních topných systémech pracujících v teplotním režimu 90/70 C je možné sekundární okruh jednotky připojit přímo do rozdělovače a sběrače paralelně s jinými zdroji tepla Na vstup a výstup jednotky je nutné instalovat uzavírací armatury pro odpojení jednotky od topného systému při provádění servisních prací Zapojení sekundárního okruhu pro předehřev vratné vody V případě dodávky tepla na vyšší teplotní úrovni je možné sekundární okruh použít k předehřevu vratné vody pro kotle Průtok jednotkou může být zabezpečen čerpadlem nebo škrtícím prvkem zařazeným do hlavního potrubí ze sběrače mezi odbočku a výstupní potrubí z jednotky. 4

5 Technologický okruh KJ Je realizován pouze u KJ s přeplňovaným motorem Odvádí teplo z chlazení plnící směsi za turbodmychadlem. Parametry technologického okruhu běžné u většiny KJ Závislost parametrů KJ na teplotě vratné vody technolog. okruhu Využití tepla z technologického okruhu podstatnou měrou ovlivňuje výkon motoru, tedy elektrický výkon jednotky. Okruh může pracovat s teplotami vratné vody od 30 do 70 C, přičemž jmenovitý elektrický výkon KJ odpovídá nejnižší teplotě. S nárůstem teploty výkon klesá. Konkrétní teplotě vratné vody odpovídá i určitá velikost tepelného výkonu technologického okruhu. Pokud je tento výkon využíván, ovlivňuje i celkový tepelný výkon jednotky daný součtem tepelného výkonu sekundárního a technologického okruhu. Zapojení technologického okruhu s oddělovacím výměníkem Využití tepelného výkonu technologického okruhu v nízkoteplotních tepelných okruzích např. pro předehřev TUV, ohřev vody v bazénech či jiných technologiích Při použití neupravené vody je nutno okruh oddělit oddělovacím výměníkem Zapojení technologického okruhu přímo do přívodu vratné vody sekundárního okruhu Lze získat pouze poměrnou část maximálního elektrického výkonu jednotky v závislosti na velikosti teploty vratné vody. Tato možnost je omezena dodržením maximální teploty vratné vody 70 C a maximálním tlakem technologického okruhu 3 bar. Do topného okruhu pracujícího s tlakem nad 3 bar je možné technologický okruh zapojit pouze přes oddělovací výměník. Zapojení s nevyužitím tepelného výkonu technologického okruhu Předpokládá maření tepelného výkonu technologického okruhu v externí chladicí jednotce Druhy provozu KJ Druh provozu KJ určuje především způsob spolupráce s veřejnou elektrickou sítí. Z tohoto pohledu jsou možné tři základní druhy provozu kogenerační jednotky : paralelní provoz se sítí ostrovní provoz nouzový provoz Je nutné zdůraznit, že pro KJ vybavené asynchronním generátorem je možný pouze a jenom paralelní provoz se sítí 5

6 Běžně plánované lhůty údržby a oprav výměna oleje , u velkých KJ až hod výměna svíček hod seřízení kontaktů svíček hod seřízení ventilů hod čistění spal. výměníku 1 x ročně nebo po hod výměna hlavy hod střední oprava hod generální oprava hod Optimalizace vykrytí diagramu trvání potřeby tepla Využití KJ pro výrobu TUV s využitím akumulace při centrální výrobě TUV 6