přednáška č. 9 Elektrárny B1M15ENY Chladící okruh Čerpadla, ventilátory Dynamický model parní elektráry Ing. Jan Špetlík, Ph.D.

Transkript

1 Elektrárny B1M15ENY přednáška č. 9 Chladící okruh Čerpadla, ventilátory Dynamický model parní elektráry Ing. Jan Špetlík, Ph.D. ČVUT FEL Katedra elektroenergetiky spetlij@fel.cvut.cz

2 Množství paliva: Množství síry v palivu: Množství popela v palivu: Množství vody v palivu: pal = Pnet kg.s r η. Q = 0,33.15 = net i r S = pal. S = 0.0, 0 = 4, 04 kg.s r =. A = 0.0,15 = 30,3 kg.s A W A r =. W = 0.0,30 = 60, 6 kg.s W r r r =. 1 W A S = ,3 0,15 0, 0 = 107,1 kg.s Množství uhlíku v palivu: ( ) ( ) Množství přivedeného vzduchu: C W, 4 mc ms, 4 107,1 4, 04 V vz = λ. V vzst = λ.. + = 1,3.. + = 1,3.965 = 155 m.s 0, , = 6, 1 m /kg paliva 0 což je: 3 Množství suchých spalin bez přebytku vzduchu:,3 1,9 V snst =. C +. S + 0, 79. V vzst = 199, 0 +, ,35 = 964 m.s 1 3 Množství suchých spalin se zadaným přebytkem vzduchu:,3 1,9 V sns =. C +. S + 0, 79. V vzst + λ 1. V vzst = 199, 0 +, ,35 + 1, = 153, 6 m.s 1 3 Přebytek kyslíku v suchých spalinách na výstupu z kotle za KV bude: ω O Množství vlhkých spalin se zadaným přebytkem vzduchu: 3 3 ( ) ( ) 3 = 0, 1. V 1 0, 1. 1,3 1. 4,8 % V = 153, 6 = vzst 965 ( ) ( ) ( KV λ ) V = V +1,4. = 153,6 + 1, 4.60,6 = 138,7 m.s sn sns W sns 3

3 Poměry za filtrem: ( ) ( ) pop( F ) = X pop. 1 Oc. ma = 0,9. 1 0,999.30,3 = 0, 07 kg.s Poměry v odsiřovací jednotce: Látkové množství zreagované síry: n S ηods. S 0,95.4,04 199,9 mol.s = = = M 0,03 S Molární hmotnosti reaktantů a produktů: ( ) H O ( ) ( 1.16 ) /1000 0, 044 kg.mol M CaCO = /1000 = 0,1 kg.mol 3 M CaSO4. = /1000 = 0,17 kg.mol M = + = CO Ve výsledné bilanci reakce platí n S = n CaCO = n 3 CaSO4.H. O = n O Potřebná teoretická hmotnost vápence: CaCO = n. 199,9.0,1 19,99 kg.s 3 CaCO M 3 CaCO = = 3 Množství vzniklého sádrovce: CaSO 4. HO = n CaSO 4. H. O MCaSO 4.H 199,9.0,17 34,38 kg.s O = = Množství oxidu siřičitého: SO ( ) ( ) ( ODS ) = 1 ηods n S. MSO = 1 0,95.199,9.0, 03 = 0,319 kg.s Změna bilance suchých spalin za odsířením: 1, 9 1, 9 Z původního množství suchých spalin ubude: V SO = η ODS.. S = 0,95..4,04 = -,63 m.s přibude CO: V CO =+,3.10. n, ,45 m.s CO =+ = 3 přibude zbytek z oxid. vzduchu: 3 0, 79, V vz =+, n O. =+.199,9 = +8,4 m.s 0, 1 3 Celkově bilance: V sns( ODS ) = V sns + V SO + V CO + V vz = 153,6-,63+4,45+8,4=163,8 m.s 3

4 Přebytek kyslíku v suchých spalinách na výstupu z odsíření bude: 1.A EMISNÍ LIMITY TZL c TZLref ω = Vvzst 965 0,1. ( λ 1) = 0,1. ( 1,3 1 ). 4,8 % 163,8 = O ( ODS ) Vsns ( ODS ) Hmotnost emitovaného oxidu uhličitého: M n M 0, 1 ωo ref 0, 1 ω 0,07 0,1 0,06 = ctzl = = = 0, 1 ω V 0, 1 ω 163,8 0, 1 0, 048 Emisní limity TZL splňuje ( ) O ref -3 pop F... 19,9 mg.m 1.B EMISNÍ LIMITY SO c CO CO C C ODS CO M C O ( ODS ) sns( ODS ) O ( ODS ) 0, 1 ω 0, 1 ω 0,319 0, 1 0, 06 = c = = = 0, 1 ω V 0, 1 ω 163,8 0, 1 0, 048 O ref SO ( ODS ) O ref -3 SO... 33,7 mg.m SO ref =. + ( ). = 107, ,9.0, 044 = 39, 7 + 8, 79 = 401,5 kg.s O ( ODS ) sns( ODS ) O ( ODS ) Emisní limity SO nesplňuje, příliš sirnaté uhlí a tomu neodpovídající účinnost odsíření HMOTNOSTNÍ TOKY m pal = m = CaCO 3 0 kg.s 4 19,99 kg.s m CaSO.H O = 34,38 kg.s m = CO 401,5 kg.s 0,044 0,01

5 3 EMISNÍ POVOLENKY Na 1 vyrobenou a prodanou MWh připadá externalita: E CO ,5. =.5=1445,4 kg.mwh. 0,05 EUR.kg 36,1 EUR.MWh P 1000 / = E / = CO MWh CO t net Bude-li tato elektrárna povolenky nakupovat, bude jen toto představovat podíl E CO V / MWh / MWh 36,1 = =60 % 60 z obratu za vyrobenou elektrickou energii

6 Chladící věže - s přirozeným tahem - ventilátorové Chladící okruh chladící věž chladící věž s přirozeným tahem chladící věž ventilátorová přivaděč - průtočné chlazení Bilance chladící věže T T T ok out vz T un odp odp m S ztráty únosem ztráty odparem oteplená cirkulující voda un d T S studená voda Hmotnostní toky: = T odp un d S Tepelná bilance zjednodušeně: ( ) ( ). c. T T =. i T v T S odp ( p, T ) odp +. c. T T vz vz T ok oteplená voda průtočného chlazení studená voda pro další bloky Ztráty odparem se zanedbáním přestupu tepla do vzduchu: ( ) odp cv. TT TS = 1 3% i T Ztráty únosem: un T 0,1% ( p, T ) odp

7 Chladící okruh Chladící věže s přirozeným tahem - využívají komínového efektu - železobetonový monolitický skelet - výška m - rozvody oteplené vody s rozstřikovacími tryskami - nad nimi umístěny eliminátory pro omezení ztrát únosem - spodní část - bazén s odtoky ochlazené vody Chladící věže ventilátorové - vnitřek tvoří chladící výplň - nad ní jsou rozstřikovací trysky - nad nimi eliminátory - nucený tah zajišťuje ventilátor - usměrnění toku odváděného vzduchu zajišťuje difuzor Poznámka: V případě nedostupnosti potřebného množství vody pro chlazení se někdy používá vzduchové chlazení kondenzátorů, což je provozně i investičně náročnější řešení chladící věž se zabudovaným odvodem spalin z odsíření (Elektrárna Chvaletice) Difuzor (CHVV) Rozstřikovací tryska ventilátorová chladící věž (Elektrárna Opatovice) Eliminátory Chladící výplň

8 Druhy technologických vod DEMI voda - používá se do Rankinova tepelného oběhu (kotelní voda) - upravuje se v chemické úpravně vod (CHÚV) - požadavek na čistotu látek, jejichž usazeniny by zvyšovaly tepelný odpor při přestupu tepla (= demineralizovaná voda) typické parametry DEMI vody: ukazatel max. Měrná elektrická vodivost (µs/cm) 0,5 0, ph 8-9 obsah SiO (µg/kg) obsah železa (µg/kg) 00 0 obsah Ca + + Mg + (µg/kg) 3 1 CHSK-(Mn) (mgo /kg) 1 0,5 Filtrovaná voda (topná) - v elektrárnách s teplárenským provozem - upravuje se v chemické úpravně vod (CHÚV) Chladící voda (říční) - Zbavená velkých mechanických nečistot

9 Čerpadla Příkon čerpadla: Q. ρ p c Q. P ρ = Hg. + + =. Y η ρ η Y [J.kg ] měrná energie Rozdělení čerpadel: - hydrostatická převažuje tlaková a potenciální energie - hydrodynamická převažuje kinetická složka energie p Y Hg. + ρ c Y Q-H charakteristika: Hydrostatické zubové čerpadlo Hydrodynamické procesní čerpadlo

10 Dopravní přetlak: - do 1 kpa nízkotlaké - 1 až 3 kpa - středotlaké - 3 až 10 kpa vysokotlaké Pro vyšší přetlaky dmychadla a kompresory Celková účinnost ventilátoru: η = η. η m i Příkon ventilátoru na spojce: P mech V = η. pc ηm mechanická účinnost (tření ložisek, vibrace) Ventilátory η i p vnitřní účinnost (tlakové ztráty poly- tropického děje) c = pc + p z Rozdělení ventilátorů: Radiální Axiální

11 Pracovní charakteristika ventilátoru: Ventilátory Závislost vyvozeného přetlaku na objemovém průtoku při konstantních otáčkách Pracovní bod se nachází v průsečíku pracovní charakteristiky a charakteristiky potrubní sítě nestabilní oblast stabilní oblast Charakteristika typická pro radiální ventilátor Vliv změny otáček na novou pracovní charakteristiku Charakteristika typická pro axiální ventilátor

12 Zjednodušený model parní elektrárny Principielní schéma: B označení vztažné (bázové) veličiny b buben var várnice pal palivo Použité symboly: Označe rozměr název ní veličiny [kg/s], [p.u.] hmotnostní průtokové množství [m 3 ] objem [kg/m 3 ] objemová hustota [Pa], tlak [p.u.] [p.u.] Poloha ventilu (0-zavřeno, 1-otevřeno) Laplaceův operátor pro čas [s] časová konstanta pr přehřívák rh přihřívák t turbína rk regulační komora

13 Zjednodušený model parní elektrárny Časová konstanta zásobníku s párou: zásobník (komora) v p.u. ventil M 1. d ρ M = M dρ ρ dp = V =. dt dt P dt M ρ 1 M = V.. dp P dt PB ρ dp 1 =. V.. nebo jako L-obraz: 1 m =Tv. s.p M B p dt T ) Předpokladáme, že výstupní průtok je úměrný tlaku v zásobníku: M M = ξ. B P P B a tedy v = ξ. 1) Rozdíl vstupního a výstupního průtoku znamená: p časová konstnata zásobníku nebo jako L-obraz: = ξ.p

14 Zjednodušený model parní elektrárny Přenosová funkce průtoků pro zásobník: 1 = = m + T. s. 1 + T. s 1 v v nebo: 1 m. = ( ) 1 Tv. s 1 = T. s v 1

15 Zjednodušený model parní elektrárny Přenosová funkce průtoků pro zásobník: dodáme ještě = ξ.p x Tvorba rovnic:

16 Zjednodušený model parní elektrárny Tlakové ztráty: Rovnice kontinuity: Bernoulliho rovnice: Kombinací obou rovnic získáme: C f flow coefficient - zohledňuje neznámý průřez A, viskozitu, turbulenci a přeměnu části energie na teplo.

17 Zjednodušený model parní elektrárny model: doprava paliva buben + - x turbína přenos tepla + - tlakové ztráty + - přehřívák

18 Zjednodušený model parní elektrárny turbína: reg. komora přihřívák Fragmenty výkonu: poměrná část výkonu VT stupně turbíny poměrná část výkonu NT stupně turbíny

19 Zjednodušený model parní elektrárny typické hodnoty časových konstant: označení prvek typická hodnota [s] buben 100 přihřívák 7 várnice 5 regulační komora 1 přehřívák 10

20 Zjednodušený model parní elektrárny stanovení časové konstanty přihříváku: Pro m kg ideálního plynu můžeme napsat:

21 Přehled největších TE v ČR Elektrárna Celkový instalovaný výkon [MW] bloků Rok uvedení do provozu palivo Prunéřov II hnědé uhlí ČEZ Počerady hnědé uhlí ČEZ Chvaletice hnědé uhlí ČEZ Dětmarovice černé uhlí ČEZ Tušimice II hnědé uhlí ČEZ Mělník III hnědé uhlí ČEZ Prunéřov I hnědé uhlí ČEZ provozovatel Vřesová zemné plyn, energoplyn Sokolovská uhelná Opatovice hnědé uhlí Elektrárny Opatovice Mělník I hnědé uhlí ENERGOTRANS Kladno - Dubská hnědé uhlí, černé uhlí, biomasa Alpiq Generation (CZ) Ostrava-Kunčice černé uhlí, hutné plyn Arcelor Mittal Komořany hnědé uhlí, zemní plyn United Energy Mělník II hnědé uhlí ČEZ Ledvice hnědé uhlí ČEZ Vřesová (teplárna) hnědé uhlí, zemní plyn Sokolovská uhelná Tisová I hnědé uhlí, biomasa ČEZ Třebovice černé uhlí, lehký topný olej Dalkia Litvínov T hnědé uhlí Unipetrol Poříčí hnědé uhlí, černé uhlí, biomasa ČEZ