Zapojení špičkových kotlů. Obecné doporučení Typy turbín pro parní teplárny. Schémata tepláren s protitlakými turbínami

Transkript

1 Výtopny výtopny jsou zdroje pouze pro vytápění a TUV teplo dodávají v páře nebo horké vodě základním technologickým zařízením jsou kotle s příslušenstvím (dle druhu paliva) výkonově výtopny leží mezi domovními evt. blokovými kotelnami a teplárnami Obvykle jsou navrhovány pro menší dodávku tepla kratší dobu využití instalovaného výkonu Výhody a nevýhody výtopen Výhody výtopen zabírají menší obestavěný prostor, lze je tudíž stavět v centru spotřeby, což významně snižuje náklady na vybudování tepelného rozvodu (dosahují okolo 50% celkových investic na zdroj) většinou odpadá instalace tepelného napáječe (výměníkové stanice) mezi zdrojem a rozvodnou tepelnou sítí spotřebitele lze připojovat přímo Nevýhody nižší exergetické využití energie paliva je potřeba ekologicky vhodných, převážně ušlechtilých paliv (zemní plyn, LTO) Typ kotlů pro výtopny je určen druhem spalovaného paliva, které je do značné míry dáno prostorovými možnostmi pro jeho skladování, manipulaci evt. likvidaci tuhých zbytků ekologickými požadavky na provoz výtopny zvoleným pracovním médiem voda pára Parametry výtopen horkovodní výtopny tlak vody 1,5 až 3,3 MPa teplota 130 až 180 C parní výtopny sytá nebo mírně přehřátou páru s tlakem do 1,3 MPa Velikost a počet kotlových jednotek volí se s ohledem na minimální ekonomický výkon při krytí potřeby tepla v letním období (TUV) spolehlivost dodávky tepla při výpadku či poruše minimální počet jednotek zdroje by neměl být menší než tři (výjimečně dvě) neměl by přesahovat pět 1

2 Plynová výtopna Plamencový žárotrubný ocelový kotel horkovodní s plynovým hořákem Kaskádové zapojení výtopny Výhody široký výkonový rozsah optimální regulace výkonu ekonomický provoz možnost kombinace různých typů kotlů možnost užití více druhů paliv automatický provoz Kotle na spalování štěpky A. Hrubší palivo se spaluje na podsuvném roštu B. prachové palivo se přidává tangenciálními C. systémem trysek sekundárního a terciálního vzduchu D. obratová komora E. svazek žárových trubek F. spodní obratová komora G. třetí tah H. automatický odškvárovací systém tvořený rotačním vyhrnovačem a vynášecím šnekem Kotle na spalování slámy Kotel s kombinovaným roštovým ohništěm a plynovým hořákem 1) Zakladač paliva 2) Dopravník slámy 3) Stříhací mechanismus 4) Branka 5) Šikmý suvný rošt 6) Přívod spalovacího vzduchu 7) Zapalovací klenba 8) Spalovací komora 9) Oddělený výměník 10) Dopravník popele 2

3 Parní teplárny - městské, průmyslové Jsou to kombinované zdroje elektrické energie a tepla pro vytápění, ohřev TUV a technologii Jsou vybaveny parními turbínami : protitlakými - mají vyšší stupeň využití primární energie paliva, mají silnou závislost tepelného a elektrického výkonu odběrovými - horší celková účinnost, lepší regulační vlastnosti Jsou technologicky složitější a prostorově větší a tedy investičně nákladnější proto musí být teplárna navržena tak, aby byla maximálně provozně využívána v průběhu celého roku Velikost jednotek výkonově lze rozlišovat mikroteplárny - do 100 kw miniteplárny - v rozmezí 100 kw až 10 MW teplárny - nad 10 MW modul teplárenské výroby e je přibližně od 0,10-0,35 u malých tepláren s nízkými parametry páry po 0,35-0,55 u velkých tepláren s vysokými parametry vstupní páry Z energie přivedené v palivu se tudíž získá ze zařízení: malých s nízkými parametry velkých s vysokými parametry v elektřině η e = 8 24 % % v teple η t = % 55 65% celkem η c = 80 87% 85 93% Provozní požadavky kotlů pro teplárny široké pásmo regulace výkonu za přijatelné účinnosti a stabilní provoz při minimálním výkonu minimální výkon kotlů uhelné granulační 40 60%, uhelné a biomasové roštové a fluidní 25 35%, plynové a olejové kolem 15 %. účinnost kotlů se pohybuje v rozmezí plynové a olejové %, biomasové %, uhelné při nižších výkonech 76 84%, při maximálních jednotkových výkonech 86 93%. Volba počtu kotlů pro teplárny Závisí především na charakteru spotřeby tepla (diagramu trvání potřeby tepla) Skladbu jednotek ve zdroji je třeba dimenzovat podle maximálního potřebného výkonu s přihlédnutím k ekonomickému zajištění minimálních dodávek tepla v letním období V ČSN Zásobování teplem je stanoveno, že při výpadku největší jednotky zdroje musí ostatní kotle zdroje pokrýt svými jmenovitými výkony plnou potřebu tepla pro technologii, průměrnou hodinovou potřebu tepla pro ohřev TUV a dodat množství tepla pro vytápění, které odpovídá spotřebě při průměrné denní teplotě v nejchladnějším měsíci. U městských tepláren to znamená, že ostatní kotle musí zajistit 65 70% maximální potřeby tepla, čehož lze dosáhnout i krátkodobým přetížením kotlů o cca 10% a omezením ohřevu TUV. Kotle špičkové a záložní - slouží pro krytí špiček odběrů tepla nebo jako záloha při výpadku hlavních kotlů => malý počet provozních hodin Požadavky na ně kladené jsou : jednoduchost, nízká cena, malé rozměry z důvodu jejich malého využití během roku široký regulační rozsah s přijatelnou účinností provozní pružnost = rychlé najíždění Parní špičkové teplárenské kotle jsou nízkotlaké (max. 1,5 MPa) a vyrábějí páru sytou nebo mírně přehřátou Horkovodní špičkové teplárenské kotle jsou výhradně průtočné, rozměry vycházejí menší než u kotlů parních a mají i rychlejší start. Jejich max. výkon se dnes volí kolem 100 až 120 MWt 3

4 Zapojení špičkových kotlů Obecné doporučení pro teplárny s dobou využití maximální spotřeby τ < 3500 h/r mohou špičkové kotle přinést výrazné snížení investičních nákladů a zlepšit tak provozní ekonomii pro teplárny s dobou využití τ > 4500 h/r už obvykle užití špičkových kotlů ztrácí své opodstatnění Typy turbín pro parní teplárny Schémata tepláren s protitlakými turbínami a) dodávka tepla do parní sítě; b) dodávka tepla do horkovodní sítě; a) teplárna s protitlakovou turbínou ( R ) a s paralelní kondenzační turbínou; b) teplárna s protitlakovou turbínou a dodatkovou kondenzační turbínou (K); c) kondenzační turbína s jedním regulovaným odběrem páry; d) protitlaková turbína s regulovaným odběrem páry (typ PR) e) kondenzační turbína s dvěma regulovanými odběry c) dodávka tepla v páře i v horké vodě z turbíny protitlakové s regulovaným odběrem Zapojení kondenzační odběrové turbíny do schématu parní teplárny a) základní ohřívák napojen na regulovaný odběr a špičkový ohřívák na redukční stanici b) turbína se dvěma regulovanými odběry c) do parní sítě je dodávána pára z protitlakové turbíny a z regulovaného odběru d) pára je dodávána z regulovaného odběru přes transformátor páry e) základní ohřívák je tvořen kondenzátorem při provozu turbíny s potlačeným vakuem a 2. stupeň ohříváku je zásobován párou z regulovaného odběru, příp. i z redukční stanice Schémata zapojení horkovodních výměníků v teplárně s protitlakovou turbínou a) jednostupňový ohřev, b) ohřívák s dochlazovačem kondenzátu, c) základní ohřívák napojen na protitlak turbíny, špičkový ohřívák na neregulovaný odběr, d) základní ohřívák napojen na protitlak, špičkový ohřívák je zásobován párou z redukční stanice 4

5 Porovnání výhody protitlakých turbín mají lepší využití přiváděného tepla, jsou jednodušší, tedy investičně a prostorově méně náročné. nevýhody protitlakých turbín pevná vazba mezi tepelným a elektrickým výkonem. Odběrový diagram výhody odběrových turbín volnější vazba mezi tepelným výkonem a výrobou elektřiny daná odběrovým diagramem větší podíl výroby elektřiny = větší modul e nevýhody odběrových turbín vyšší spotřeba tepla, která je dána ztrátou v kondenzátoru při čistě protitlakém provozu navíc přistupuje ztráta v páře pro chlazení NT dílu prostorově i investičně náročnější Volba a dimenzování teplárenské turbíny Volba teplárenské turbíny je závislá na na požadovaných parametrech a množství topné vody resp. technologické páry na konkrétním ročním průběhu tepelného výkonu, tedy na průběhu čáry roční potřeby tepla požadavkem na vlastní výrobu elektrické energie pro plné nebo částečné krytí vlastní spotřeby Teplárenský součinitel určuje optimální dimenzování turbíny při daném ročním využití základní význam má znalost ročního diagramu trvání dodávky tepla a jemu odpovídající doba využití maximálního tepelného výkonu τ v Optimální hodnota teplárenského součinitele podle doby využití zdroje Optimální hodnota teplárenského součinitele podle doby využití zdroje 5

6 Návrhový bod turbíny = provozní režim, při kterém má turbína maximální termodynamickou účinnost a pro který je navrhováno lopatkování stupňové části turbíny měl by odpovídat provoznímu případu s maximální četností výskytu během roku. diagram trvání má v tomto bodě nejmenší strmost. bod nebývá ostře vyhraněn a může být navíc podřízen požadavkům uživatele (např. na kondenzační režim u kondenzačních odběrových strojů). odběrové turbíny pracují v návrhovém bodě s plně otevřeným regulačním orgánem regulovaného odběru, t.j. bez škrcení. Dělení spotřeby paliva Problém kombinované výroby : Jak se dělí spotřeba paliva při KVET na elektřinu a teplo? Jaká je měrná spotřeba energie na elektřinu a teplo? Fyzikálně přesné dělení není možné. Důležité jsou dva krajní možné případy : Veškerá úspora se přičítá ve prospěch elektřiny, spotřeba na teplo se považuje za stejnou jako u srovnatelných způsobů s monovýrobou tepla. Výsledkem je energeticky levná elektřina. Úspory se přičítají jen ve prospěch tepla, spotřeba na elektřinu se bere stejná jako u srovnávací kondenzační elektrárny nebo elektrizační soustavy. Výsledkem je měrná spotřeba na teplo GJ/GJ < 1. Vzhledem k technickému propojení elektrických sítí a všeobecné dostupnosti elektřiny se jeví druhá metoda jako příhodnější. Umožňuje také snáze porovnávat jednotlivé způsoby zásobování teplem (včetně přečerpávání tepla). 6