1/79 Teplárenské zdroje

Transkript

1 1/79 Teplárenské zdroje parní protitlakové turbíny parní odběrové turbíny plynové turbíny s rekuperací paroplynový cyklus

2 Teplárenské zdroje 2/79 parní protitlaké turbíny parní odběrové turbíny plynové turbíny plynové motory

3 Parní teplárny 3/79 teplárny s parními turbínami nejstarší typ zařízení pro KVET i dnes konkurenceschopné vysokotlaký parní kotel + protitlaková parní turbína parametry admisní přehřáté páry: tlak: 3 až 10 MPa teplota: 400 až 500 C, vyšší teploty = vyšší podíl E parametry emisní páry: snaha o nízké tlaky 0,1 MPa nízké teploty: vychlazování vratné vody z CZT = vyšší podíl E

4 Parní teplárenské kotle 4/79 paliva méně hodnotné uhlí popel, síra plynná zemní plyn kapalná mazut, topné oleje

5 Zdroje tepla na uhlí 5/79 teplárenství závislé primárně na uhlí 2 : 1 k ušlechtilým palivům problémy s dodávkou viz přenáška o palivech snahy o energetickou soběstačnost efektivní využití uhlí, spalování, emise méně jakostní uhlí

6 Zdroje tepla na uhlí 6/79 doprava a skladování zatěžování okolí, hluk, prašnost vytěsnění dopravy a skladování mimo městská a obytná centra minimalizace úletu tuhých částic cyklónové odlučovače tkaninové odlučovače elektrostatické odlučovače úspěšné aplikace především u velkých zdrojů

7 Zdroje tepla na uhlí 7/79 snižování emisí SO x, NO x, CO vhodná spalovací technologie (fluidní kotle) čištění spalin (odsiřování) optimalizace spalovacího procesu (NO x ) dávkování aditiv úspěšné použití u velkých výkonů tuhé zbytky ukládání (skládky) využívání (stavebnictví)

8 Parní teplárenské kotle 8/79 roštové kotle spalování paliva v klidné vrstvě granulační práškové kotle pro drcené hnědé uhlí, prášek je vháněn se vzduchem do hořáků, spaluje se v letu v prostoru ohniště fluidní kotle s cirkulující atmosférickou fluidní vrstvou, se stacionární (bublinkující) fluidní vrstvou spalování méně hodnotných paliv, spalování biomasy snížení teploty spalin, snížení komínové ztráty, zvýšení účinnosti 90%

9 Parní teplárenské kotle 9/79 vysokotlaké kotle > 2,5 MPa průtočné trubkové kotle voda vháněna do trubek, mění se na sytou páru, přehřátou páru 1 vstup napájecí vody, 2 ohřívák vody, 3 výparník, 4 přechodník, 5 přehřívák, 6 vstřikovací regulátor tp, 7 přehřívák, 8 výstup páry, 9 hořáky

10 Parní teplárenské kotle 10/79 vysokotlaké kotle > 2,5 MPa bubnové s nuceným oběhem 1 buben, 2 oběhové čerpadlo, 3 výparník, 4,5 přehřívák 6 ohřívák vody, 7 ohřívák vzduchu,

11 Parní teplárenské kotle 11/79 I ohniště II výpust III sopouch IV odlučovače a ventilátory V komín 1 hořáky 2 výparník 3 kotlový buben 4 přehříváky 5 vývod páry 6 ohřívák vody 7 čerpadlo 8 ohříváky vzduchu

12 Parní teplárenské turbíny 12/79 popis funkce točivý stroj přeměna energie admisní (vstupní) páry na mechanickou energii stator s rozváděcími koly pro usměrnění toku páry na lopatky rotoru pára expanduje, transformace tlakové energie, klesá tlak, teplota, zvětšuje se objem emisní pára (na výstupu) expanze na turbíně se ukončí při vyšším tlaku a teplotě 90 až 150 C využitelná pro zásobování teplem dlouhá doba nájezdu ze studeného stavu postupné prohřívání pro omezení mechanických deformací nelze denně najíždět, předpoklad kontinuálního provozu

13 Parní teplárenské urbíny 13/79

14 Parní protitlakové turbíny 14/79 emisní sytá pára protitlak: 0,1 až 0,5 MPa 95 až 150 C

15 Parní protitlakové turbíny 15/79 veškerá emisní pára využívána pro topné účely přímo jako teplonosná látka v parních CZT jako pára do zdrojových předávacích stanic pro horkovodní CZT (+) vysoká účinnost zdroje, absence ztrát kondenzačních (-) přímá závislost výroby elektrické energie na dodávce tepla vynucená výroba elektrické energie dispečink elektrizační soustavy nemůže manipulovat s instalovaným výkonem pouze akceptuje okamžité hodnoty dodávky zvýšením protitlaku (emisních parametrů páry) klesá výroba elektřiny E a zvyšuje se Q

16 Parní protitlakové turbíny 16/79 parametry výkony od 10 kw do 100 MW elektrický výkon roste s tlakem / teplotou admisní páry roste teplárenský modul

17 Parní protitlakové turbíny 17/79

18 Parní protitlakové turbíny 18/79 Protitlaková turbína 38 MW ŠKODA MTD30B výkon 20 až 55 MW otáčky 5500 / 6000 tlak 3 až 14 MPa teplota 300 až 450 C

19 Parní protitlakové turbíny 19/79 parametry účinnosti výroby elektřiny a tepla určeny: účinností kotlů (výroby páry) termodynamickou účinností turbíny tepelné a mechanické ztráty ve strojovnách elektrická účinnost roste s tlakem / teplotou admisní páry tepelná zůstává stejná, roste celková účinnost

20 Parní protitlakové turbíny 20/79 přímá závislost elektrického výkonu na dodávaném tepelném výkonu na průtočném množství turbínou rozsah běžně 40 až 100 %, max. 20 až 100 % (požadavek od 5 %)

21 Parní protitlakové turbíny 21/79 podíl protitlaké páry na vykrývání diagramu doby trvání potřeb tepla roční průběh výroby el. energie na protitlakém turbosoustrojí

22 Parní protitlakové turbíny 22/79 navrhování vždy s ohledem na průběh potřeb tepla podle minimálního požadavku na dodávku tepla = minimální průtočné množství páry podle letní potřeby tepla = celoroční provoz podle potřeb na začátku / konci otopného období = snížení doby využití, sezónní provoz nedokáže vykrýt celoročně potřeby tepla odběratelů = špičkové zimní zdroje a doplňkové (letní) zdroje při předimenzování nutná instalace dodatečné kondenzace nebo akumulace tepla

23 Parní protitlakové turbíny 23/79 kam? základní zdroje ve velkých teplárnách pro rozsáhlé sítě CZT provoz v základním zatížení odběrového diagramu v podnikových teplárnách se stálou potřebou tepla i elektrické energie pro dodávky páry o různých tlakových úrovních

26 Parní protitlakové turbíny 26/79 uspořádání zdroje pro horkovodní CZT, záloha horkovodní kotel

27 Parní protitlakové turbíny 27/79 provozní ukazatele

28 Parní protitlakové turbíny 28/79 výhody vysoká celková energetická účinnost dlouhá doba životnosti možnost dodávat páru i horkou vodu i pro méně hodnotná paliva nevýhody menší podíl výroby elektrické energie závislost výroby elektřiny na výroba tepla požadavek na kontinuální provoz bez odstávek

29 Parní odběrové turbíny 29/79

30 Parní odběrové turbíny 30/79 odběry jsou i u protitlakových nebo čistě kondenzačních turbín pouze pro praktické důvody: odplynění napájecí vody předehřev napájecí vody zvýšení účinnosti cyklu u odběrové turbíny je odběr záměrně konstruován pro dodávku tepla vně strojovny pro CZT

31 Parní odběrové turbíny 31/79 funkce shodná s protitlakovou, axiální turbína s jedním a více odběry veškeré množství páry 1. stupněm odběr pro zásobování teplem (pára, horkovod) dostatečná teplota, tlak zbylá pára do expanze, kondenzační část turbíny zbytková energie se využije pro výrobu el. energie

32 Parní odběrové turbíny 32/79 rozdělení páry pro topné účely a pro kondenzační výrobu elektřiny zvýšení regulační schopnosti vůči CZT regulace množstvím odebírané páry: od nuly (čistě kondenzační režim) do max. výkonu odběru částečná eliminace závislosti výroby elektřiny na dodávce tepla odběry mohou dodávat teplo v různých tlakových úrovních: vysoký tlak pro technologickou páru nižší tlak pro dodávku tepla pro vytápění a ohřev

33 Parní odběrové turbíny parametry 33/79 výkon menší vyráběný výkonový rozsah vyšší vyráběné výkony výkony od několika MW do 100 MW elektrický výkon roste s tlakem / teplotou admisní páry roste teplárenský modul

34 Parní odběrové turbíny 34/79 Turbina 11.5 MW typu ŠKODA MTD20CE výkon 15 až 30 MW otáčky 8000 tlak 3 až 14 MPa teplota 300 až 450 C

35 Parní odběrové turbíny parametry 35/79 výkonový rozsah měrný pokles elektrického výkonu vůči čistě kondenzačnímu režimu při odběru tepelného výkonu p e P P q e

36 Parní odběrové turbíny parametry 36/79 účinnost celková účinnost závisí na množství odebíraného tepla minimální účinnost čistě kondenzační režim maximální účinnost maximální odběr tepla nižší účinnost oproti protitlakovým kondenzační ztráty vyšší spotřeba paliva spalování levných paliv (uhlí, odpady,...)

37 Parní odběrové turbíny 37/79 částečná nezávislost el. výkonu na odebíraném teple část el. výkonu je vázána na dodávku tepla do CZT vynucený výkon dány průtokem odběrem část el. výkonu je nezávislá na dodávce do CZT volný výkon daný průtokem páry turbínou nad množství pro odběr

38 Parní odběrové turbíny 38/79 částečná nezávislost el. výkonu na odebíraném teple rozsah el. výkonu je dán: horní hranicí instalovaný elektrický výkon dolní hranicí výkon při max. odběru páry pro topné účely využití rozsahu volné výroby el. energie je dáno: technickými podmínkami počet jednotek, výkony, pružnost soustrojí ekonomickými podmínkami cena paliva, smlouvy menší turbosoustrojí v průmyslových podnicích pro vykrývání odběrového diagramu el. energie velké teplárny - poskytování systémových služeb elektrizační soustavě

39 Parní odběrové turbíny - dimenzování 39/79 podíl odběrové páry na vykrývání diagramu doby trvání potřeb tepla roční průběh možných dodávek el. energie z odběrových turbosoustrojí

40 Parní odběrové turbíny - dimenzování 40/79 volnější dimenzování výkonu možnost regulace

41 Parní odběrové turbíny 41/79 PK parní kotel POT parní odběrová turbína RS redukční stanice ZO základní odběr ŠO špičkový odběr

42 Parní odběrové turbíny 42/79 teplárna Strakonice

43 Parní odběrové turbíny 43/79 provozní ukazatele

44 Parní odběrové turbíny 44/79 výhody výroba elektřiny nezávisle na dodávce tepla, možnost vykrývání diagramů potřeb el. energie dlouhá doba životnosti možnost dodávat páru i horkou vodu možnost využití méně hodnotných paliv nevýhody nižší celková energetická účinnost požadavek na chladicí systém odvod kondenzačního tepla požadavek na kontinuální provoz bez odstávek

45 Parní odběrové turbíny 45/79 použití velké veřejné teplárny pro rozsáhlé soustavy CZT podnikové teplárny s velkou potřebou elektrické energie elektrárny s blízkým a koncentrovaným odbytem tepla

46 Teplárenské zdroje 46/79 parní protitlaké turbíny parní odběrové turbíny plynové turbíny plynové motory

47 Plynové turbíny s rekuperací tepla 47/79 plynová turbína točivý stroj složený ze tří částí axiální kompresor nasávání a stlačování vzduchu, kompresní poměr 10 až 20 spalovací komora hoření paliva 900 až 1300 C expanzní část turbíny energie stlačeného ohřátého vzduchu (spalin) na mechanickou práci v principu jde o proudový motor (letadla) transformace mechanické práce na elektřinu a teplo rekuperace tepla = využití tepla pro další potřeby (CZT)

48 Plynové turbíny s rekuperací tepla 48/79

49 Plynové turbíny s rekuperací tepla 49/79 plynová turbína jedna hřídel část mechanické práce slouží pro pohon kompresoru, zbytek generátor výroba elektřiny generátor poháněn rotorem přes spojku (větší turbíny) přes převodovku (menší vysokootáčkové stroje) spaliny na výstupu z expanze 450 až 550 C využití pro dodávku tepla přímo technologie nepřímo výměník (pára, horká voda)

50 Plynové turbíny parametry 50/79 výkon široký vyráběný výkonový rozsah výkony od 30 kw (mikroturbíny) do 200 MW elektrický výkon a účinnost závisí na teplotě a tlaku nasávaného vzduchu roste se snižující s teplotou a rostoucím tlakem

51 Plynové turbíny parametry 51/79 elektrický výkon elektrický výkon a účinnost závisí na: teplotě nasávaného vzduchu tlaku nasávaného vzduchu roste se snižující s teplotou a rostoucím tlakem tepelný výkon tepelný výkon závisí na: množství a teplotě spalin vychlazení spalin (pára, horká voda, teplá voda)

52 Plynové turbíny parametry 52/79 celková účinnost závisí na: technologických prvcích turbíny: max. přípustná teplota spalin na prvním stupni expanze konstrukčním uspořádání počet lopatkových řad s převodovkou x bez převodovky s rekuperací x bez nástřik páry do spalovací komory (snížení NOx) úrovni vychlazení

53 Plynové turbíny parametry 53/79 účinnost plynové turbíny s rekuperací tepla: menší výkony plynové turbíny větších výkonů jako součást paroplynového cyklu

54 Plynové turbíny - provoz 54/79 trvalý provoz analogie s protitlakovou turbínou výroba elektrické energie vázána na výrobu tepla omezený regulační rozsah snížení výkonu pod 70 % vede k výraznému snížení účinnosti turbíny

55 Plynové turbíny - provoz 55/79 spalinový by-pass při sníženém odběru tepla se část spalin vypouští komínem nezávislost výroby elektřiny a dodávky tepla snížení celkové účinnosti neklesá elektrický výkon málo časté spalování kvalitních drahých paliv pouze u velkých turbín ve funkci poskytovatele systémových služeb elektrizační soustavě

56 Plynové turbíny - provoz 56/79 rychlý start krátké časy odstavení, najetí zkracuje se doba životnosti mezi opravami zvyšují se ztráty zvláště při rychlém najíždění ze studeného stavu pomalejší starty jsou příznivější vhodný je trvalý provoz na jmenovitý výkon denní provoz (odstávka na noc) týdenní provoz (odstávka na víkend)

57 Plynové turbíny - provoz 57/79 dimenzování s ohledem na letní období s menším zatížením použití průmyslové podniky s nepřetržitým, nebo týdenním, minimálně však s dvousměnným provozem s potřebou elektřiny a tepla s potřebou technologické páry s potřebou horkého vzduchu papírenství, potravinářství, těžké strojírenství, chemická výroba

58 Plynové turbíny - dimenzování 58/79 roční diagram dodávky tepla

59 Plynové turbíny - dimenzování 59/79 denní diagram dodávky tepla

60 Plynové turbíny - palivo 60/79 ušlechtilá paliva zemní plyn, bioplyn, dřevoplyn, skládkový plyn lehký topný olej dostatečný tlak plynu v přípojce plynový kompresor, odběr části elektrického výkonu nepotřebuje vodu (!) vhodné pro suché pouštní oblasti USA, Afrika, arabské země (těžba ropných produktů) ropné plošiny

61 Plynové turbíny - schéma 61/79 plynová turbína spalinový kotel parní kotel

62 Plynové turbíny s rekuperací tepla 62/79 provozní ukazatele

63 Plynové turbíny s rekuperací tepla 63/79 výhody možnost rychlého najetí a odstávky malé nároky na prostorovou a stavební připravenost pro turbínu (vysoká pro spalinový kotel) možnost dodávat páru i horkou vodu nevýhody spalování pouze ušlechtilých paliv omezený regulační rozsah provozních výkonů vysoké nároky na kvalitu obsluhy a údržby vysoká hlučnost (kontejnerové odhlučněné provedení)

64 Plynové turbíny s rekuperací tepla 64/79

65 Paroplynový cyklus 65/79 kombinace plynové turbíny se spalinovým kotlem pro produkci páry pro parní turbínu teplem ze spalin plynové turbíny se ve spalinovém kotli vyrábí pára pro parní (protitlakovou, odběrovou) turbínu část vyrobené páry se vstřikuje do spalovací komory spalovací turbíny (Chengův cyklus) snaha o maximální podíl výroby elektrické energie z paliva účinnost výroby tepla 25 až 40 % účinnost výroby el. energie 38 až 46 %

66 Paroplynový cyklus 66/79 kombinace výhod a nevýhod obou zařízení protitlaké turbíny vysoká celková účinnost, vynucená výroba odběrové turbíny nižší celková účinnost, volný elektrický výkon vyšší podíl výroby elektřiny vůči teplu plynová turbína jako záložní zdroj v el. soustavě v době bez odběru tepla, nájezd do 15 min nutnost použití ušlechtilých paliv (plyny, lehké topné oleje) malý regulační rozsah

67 Paroplynový cyklus 67/79

68 Paroplynový cyklus 68/79

69 Paroplynový cyklus 69/79 samostatný hořák ve spalinovém kotli využití přebytku kyslíku ve spalinách z plynové turbíny zvýšení výkonu kotle pro dosažení vyšších parametrů páry (účinnost parní turbíny) nezávislost parního cyklu na plynové turbíně plynová turbína zůstává jako záložní zdroj v el. soustavě v době bez odběru tepla, nájezd do 15 min

70 Paroplynový cyklus parametry 70/79 výkon výkony od x0 MW do x00 MW el. výkon plynové turbíny závisí na teplotě a tlaku nasávaného vzduchu el. výkon parní turbíny závisí na množství a parametrech odběru tepla

71 Paroplynový cyklus parametry 71/79 účinnost z hlediska schopnosti regulace výkonu je limitním prvkem plynová turbína strmý pokles účinnosti z hlediska četnosti a rychlosti najíždění je limitním prvkem parní turbína strmý pokles účinnosti

72 Paroplynový cyklus provoz 72/79 špičkový provoz odběrové a kondenzační turbíny elektrárenský provoz vysoká výroba elektřiny nízká energetická účinnost, kondenzační ztráty energie v drahém palivu dodávka systémových služeb pro elektrizační soustavu, podle aktuálních podmínek na trhu s elektrickou energií

73 Paroplynový cyklus provoz 73/79 teplárenský provoz protitlakové turbíny maximální účinnost menší výroba elektřiny omezený rozsah systémových služeb ideálně - návrh pro základní zatížení s maximální dobou využití instalovaných výkonů prakticky - návrh na průměrné zatížení se stabilizací provozu PPC využitím akumulace tepla (beztlaké akumulátory) velké výkony PPC + trvalý provoz = největší sítě CZT, tj. soustavy s více zdroji, v létě v provozu levné palivo (odpad, biomasa)

74 Paroplynový cyklus dimenzování 74/79 roční diagram dodávky tepla

75 Paroplynový cyklus dimenzování 75/79 denní diagram dodávky tepla

76 Paroplynový cyklus schéma 76/79 plynová turbína spalinový parní kotel parní turbína

77 Paroplynový cyklus 77/79 provozní ukazatele

78 Paroplynový cyklus 78/79 výhody vysoký podíl vyráběné elektrické energie vysoká účinnost výroby elektřiny i celého cyklu v případě provedení bez kondenzace možnosti dodávky tepla v páře i v horké vodě možnost modulového uspořádání a různých modifikací konfigurace variabilita použití od špičkových služeb po trvalé zatížení

79 Paroplynový cyklus 79/79 nevýhody možnost spalování pouze ušlechtilých paliv technologická komplikovanost, vysoké nároky na kvalitu obsluhy a údržby vysoká hlučnost plynové turbíny sice malé prostorové nároky pro instalaci plynové turbíny, ale velké pro kotel a parní okruh