Kogenerace s parním strojem. Limity parního motoru

Transkript

1 Parní motor PM VS je objemový parní stroj sestávající z bloku motoru, válců, pístů šoupátkového rozvodu. Parní stroj je spojen s generátorem elektrické energie. Parní stroj i generátor je umístěn na společném rámu - konstrukci, která je využita i pro další příslušenství motoru. Uplatnění lze hledat ve většině středotlakých parních kotelen při: redukci páry využití okamžitého přebytečného výkonu kotelny cílové výrobě elektrické energie. Provoz parního motoru je bezobslužný Limity parního motoru Za dostatečný tlakový spád lze ještě považovat rozdíl vstupního a výstupního tlaku 0,3 MPa. Maximální vstupní tlak pro parní motor je 1,9 MPa abs. Maximální teplota vstupní páry je 260 C. Množství běžně zpracovatelné páry v jednom motoru je v rozsahu 0,8 3t/h. 1

2 Příklad zapojení parního motoru LEGENDA: 1. Parní motor 2. Generátor 3. Uzavírací armatura 4. Regulační armatura 5. Zdroj páry 6. Parní spotřebiče 7. Výměník 8. Teplovodní spotřebiče 9. Redukční ventil A - Neredukovaná pára B - Parní topný systém C - Teplovodní topný systém ORC = organický Rankinův oběh původně určen pro nízkoteplotní aplikace pracovním médiem jsou organické látky na bázi chladiv silikonových olejů volbou vhodného pracovního média lze posunout pracovní teplotu až k hranici 350 C a teplo získávat spalováním biomasy pracovní médium nelze ohřívat přímo v kotli spalujícím biomasu nutno vložit termoolejový okruh výhody ORC malé skupenské teplo pracovního média nižší tlak (10bar) a teplota (350 C) v celém oběhu vyšší životnost zařízení nižší otáčky turbíny umožňují přímý pohon generátoru možnost vysokého stupně rekuperace tepla expanze končí v oblasti přehřáté páry - minimální eroze lopatek turbíny velký regulační rozsah (cca 20 až 100% jmenovitého výkonu) poměrně vysoká účinnost i při nízkých výkonech vyšší než u parního oběhu nevýhody ORC drahé a nebezpečné pracovní médium vysoká investiční náročnost ORC jednotka 2

3 Termoolejový kotel výměníková část Soustavy s alternativními zdroji Zapojení tepelných čerpadel tepelná čerpadla odebírají teplo z okolí a přívodem energie (elektrické nebo tepelné) je převádějí (přečerpávají) na vyšší teplotní úroveň teoretický topný faktor = poměr přiváděného a tepelným čerpadlem dodávaného tepla Q o teplo odebírané z okolí Q p tepelný ekvivalent přiváděné energie Q tč = Q o - Q p teplo dodávané tepelným čerpadlem Princip kompresorového tepelného čerpadla Možnosti získávání nízkopotenciálního tepla pro použití TČ ve vytápění SYSTÉM VODA-VODA dvě studny s dostatečnou vzdáleností vhodné chemické složení čerpané vody minimální celoroční teplota vody +8 C dostatečný průtok vody ověřený minimálně čtrnáctidenní čerpací zkouškou povolení vycházející z platné legislativy povolení vycházející ze zákona o nakládání s vodami, stavební povolen povolení Českého báňského úřadu stálý výkon tepelného čerpadla příznivý topný faktor nízká pořizovací cena složité technické řešení závislost na množství podzemní vody nebezpečí vyčerpání studny přísné nároky na složení, tepl. a množství vody vyšší nároky na údržbu v případě neodborného provedení hrozí narušení ekologické rovnováhy podzemních vod SYSTÉM ZEMĚ-VODA zemní kolektor plošný (horizontální) nebo hloubkový (vertikální) povolení vycházející z platné legislativy povolení vycházející ze zákona o nakládání s vodami, stavební povolení a povolení Českého báňského úřadu stálý výkon tepelného čerpadla vysoké pořizovací náklady (cena se navyšuje o zemní práce) vysoké nároky na technické řešení kolektoru teplota primárního okruhu - vertikální kolektor cca 0 C, horizontální kolektor, cca -3 C nutnost regenerace kolektoru, tj. odstávka tepelného čerpadla (v letním období nelze ohřívat teplou užitkovou a bazénovou vodu) požadavek velkého prostoru pro kolektor vliv na vegetaci na povrchu kolektoru 3

4 SYSTÉM VZDUCH-VODA minimální (základ pod výparník při venkovním provedení nebo prostupy zdí a zajištění odvodu kondenzátu při vnitřním provedení) snadná instalace nízká pořizovací cena možný celoroční s efektivním využitím pro přípravu teplé užitk. vody a vody v bazénu nižší topný faktor v zimních měsících je kompenzován velmi vysokým topným faktorem v přechodném období prům. teplota vzduchu v topném období +3 C nenarušují teplotní rovnováhu okolí závislost topného výkonu na teplotě venkovního vzduchu PROVOZNÍ REŽIMY TEPELNÉHO ČERPADLA u systému vzduch voda přichází v úvahu Monovalentní - tepelné čerpadlo je jediným zdrojem tepla Alternativně-bivalentní - tepelné čerpadlo pracuje pouze po část topné sezóny, při největších mrazech je odstaveno a teplo pak dodává další zdroj (kotel). Paralelně-bivalentní - tepelné čerpadlo pracuje po celou topnou sezónu, při nejnižších teplotách se připojí se další zdroj tepla (kotel) a oba zdroje pracují současně. Částečně paralelně-bivalentní - tepelné čerpadlo pracuje pouze po část topné sezóny, při největších mrazech je odstaveno. Teplo pak dodává další zdroj (kotel). Před odstavením pracují oba zdroje jistou dobu společně. Monovalentní vhodný zvláště pro nízkoteplotní vytápěcí soustavy s teplotou otopné vody do 60 C. Alternativně-bivalentní vhodný pro otopné soustavy vyžadující teplotu otopné vody do 90 C. Paralelně-bivalentní Částečně paralelněbivalentní Centrální zásobování chladem Centralizované zásobování chladem s absorpčním chlazením (CZCH) může být vhodným doplňkem teplárenských soustav, vyrovnává letní propad potřeby tepla. zvětšuje se dodávka tepla i výroba elektřiny. zlepšuje se průměrné vytížení a účinnost zařízení předpokládaný růst cen energií je 7% za rok. Dvě možné koncepce CZCH: a) ústřední chladicí stanice s absorpčními chladicími agregáty zvláštní rozvod chladicího media do chladem zásobovaných objektů. Chladicím mediem je voda ochlazená na cca 4-5 C, která se vrací oteplená na 10 až 11 C. levnější chladicí stanice zvláštní rozvod chladící vody, náročnější plánovací příprava - průzkum potřeby chladu b) decentralizovaně umístěné absorpční chladicí agregáty v jednotlivých zásobovaných objektech, pro jejich se dodává teplo normální tepelnou sítí, podmínkou je dostatečná teplota teplonosné látky. odpadá rozvod chladicí vody, odběratele chladu lze připojovat kdekoliv bez zvláštního průzkumu při stejné potřebě chladu vyšší celkové (součtové) náklady na chladicí agregáty. 4

5 Absorpční chladící zařízení chladivo nasávané z výparníku je nejprve v absorbéru nasáto a rozpuštěno ve vhodné absorpční kapalině v kondenzátoru je z absorpční kapaliny opět vypuzeno dá se hovořit o chemickém kompresoru". teplo je přímo přeměňováno na chlad Princip činnosti absorbér opouští chladivém obohacený roztok roztok je čerpadlem dopravován do desorbéru (generátoru) přívodem tepla se zde chladivo z roztoku vyloučí chladivo se v navazujícím kondenzátoru chladicí vodou zkapalní zbývá zředěný absorpční roztok, který proudí opět do absorbéru zde je rozstřikován přes trubky, jimiž proudí chladící voda, aby byl absorbovaným parám chladiva poskytnut velký absorpční povrch uvolněné výparné teplo se při tom odevzdává chladicí vodě, která protéká trubkami. Jsou zde dva okruhy: rozpouštědlo mezi absorbérem a desorbérem, chladivo mezi desorbérem, kondenzátorem, výparníkem a absorbérem. oba proudy obohaceného a ochuzeného roztoku jsou vedeny do protiproudého výměníku tepla, aby byl studený koncentrovaný roztok předehřát. Pracovní cyklus absorpčního chladícího zařízení Schéma funkce absorpčního chladícího zařízení Trigenerace kombinovaná výroba elektřiny, tepla a chladu umožňuje využít teplo z KJ i v létě, mimo topnou sezónu, a tím dosáhnout zvýšení ročního využití snížit náklady za chlazení pomocí kompresorového chladiče, který je poháněn elektřinou. vyrobený chlad je využit pro klimatizaci v hotelích, administrativních a obchodních centrech, nemocnicích, sportovních halách atd. v průmyslu ( až do 60 C). Schéma trigenerace 5