Elektrownie_elektrocieplownie.pdf

Agnieszka Kaczmarek

POLITECHNIKA GDAŃSKA

WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I AUTOMATYKI

KATEDRA ELEKTROENERGETYKI

ZESPÓŁ ELEKTROWNI I GOSPODARKI ENERGETYCZNEJ

TECHNOLOGIE WYTWARZANIA ENERGII

ELEKTRYCZNEJ

SKRYPT DO LABORATORIUM

ELEKTROWNIE I ELEKTROCIEPŁOWNIE

GDAŃSK 2008

3 . ELEKTROWNIE I ELEKTROCIEPŁOWNIE

3.1.Wprowadzenie

Elektrownie i elektrociepłownie to obiekty energetyczne których głównym zadaniem jest

zapewnienie energii elektrycznej i ciepła do celów grzewczych, przygotowania ciepłej wody

uŜytkowej, jak równieŜ pary dla celów technologicznych i do produkcji chłodu. W zaleŜności

od rodzaju obiektu wykorzystywane ciepło jest produktem głównym (elektrociepłownie) lub

ubocznym(elektrownie).

W prawie kaŜdej miejscowości znajduje się elektrownia, elektrociepłownia bądź ciepłownia

zaspokajająca lokalne zapotrzebowanie na energię.

3.2. Jak otrzymywana jest energia?

Energia elektryczna otrzymywana jest w wyniku kilkoetapowego proces przetwarzania,

obejmującego przemianę energii chemicznej paliwa na energię cieplną, następnie

mechaniczną i w konsekwencji energię elektryczną co przedstawiono na poniŜszym

schemacie.

Energia

paliwa

Kocioł parowy,

Komora spalania

Energia

cieplna

Silnik cieplny

(turbina parowa

lub gazowa)

Energia

mechaniczna

Prądnica

Energia

elektryczna

Rys.1. Schemat przemian energii w elektrowni [wg Laudyn, Pawlik, Strzelczyk]

Wytwarzanie energii jest realizowane w trzyetapowym procesie przemian. W pierwszym

paliwo (węgiel, gaz lub olej opałowy) ulegają spalaniu w kotle w temperaturze ok. 500

540 0 C przy ciśnieniu 12 – 15 MPa. Efektem spalania jest przemiana energii chemicznej

organicznego paliwa na energię cieplną. Nim paliwo trafia do kotła jest odpowiednio

przygotowane, w przypadku węgla proces ten polega na rozdrobnienie za pomocą młynów

węglowych, po czym przy pomocy specjalnych urządzeń tj. taśmociągi czy przenośniki

rewersyjne jest podawane do kotła.

Kolejny etap odbywa się w turbinie i polega za zamianie energii cieplnej na mechaniczną.

podczas wykonywanej pracy czynnika roboczego ( pary lub gazu). Strumień pary uderzając

z duŜą prędkością w łopaty turbiny wprawia w ruch wał turbiny. Finalny etap przetwarzania

polega na napędzaniu prądnicy przez turbinę, która znajduje się na jednym wale.

3.3. Podział elektrowni i elektrociepłowni

Nim dokonany zostanie podział elektrowni i elektrociepłowni, warto przypomnieć czym są

i jaką pełnią role te obiekty. OtóŜ elektrownia to zakład produkcyjny wytwarzający energię

elektryczną zgodnie z koncesją, który współpracuję z systemem elektroenergetycznym

i spełnia warunki techniczne określone przez operatora systemu. Elektrociepłownia

natomiast to zakład produkcyjny wytwarzający w procesie skojarzenia energię elektryczną

i ciepło z określoną sprawnością (aktualnie 80%).

Podziału elektrowni i elektrociepłowni klasycznych moŜna dokonać m.in. ze względu na

kryterium:

• rodzaju czynnika roboczego – elektrownie parowe i gazowe

W elektrowniach parowych czynnikiem roboczym jest para wodna wytwarzana

w kotłach opalanych węglem, gazem lub olejem opałowym, a następnie

wykorzystywana w turbinach parowych napędzających prądnice synchroniczne tzw.

generatory.

W elektrowniach gazowych czynnikiem roboczym są gazy spalinowe otrzymywane

w wyniku spalania paliwa ( gazu ziemnego lub paliwa ciekłego)następnie

wykorzystywane są w turbinach gazowych napędzających generator i spręŜarki

powietrza potrzebne do spalania.

• rolę w systemie elektrownie podstawowe ( pracują z prawie niezmiennym

obciąŜeniem w ciągu roku, dostarczają do systemu przewaŜającą część energii),

elektrownie podszczytowe ( elektrownie które znacznie zmieniają obciąŜenie

w dolinach obciąŜenia systemu, są to przewaŜnie starsze obiekty parowe oraz wodne

o niedługim czasie napełniania zbiornika ), elektrownie szczytowe (uruchamiane

tylko w okresach szczytowego obciąŜenia)

Wielkością charakteryzującą kaŜdą elektrownię czy elektrociepłownię jest moc. Elektrownie

opisuje się za pomocą mocy elektrycznej, zaś elektrociepłownie za pomocą mocy elektrycznej

i cieplnej. WyróŜniamy trzy rodzaje mocy opisujące elektrownię:

• moc zainstalowaną, jest to suma mocy znamionowych wszystkich turbozespołów

zainstalowanych w danej elektrowni

∑ =

i P

gdzie: P i moc zainstalowana, W

P n – moc znamionowa turbozespołu, W

• moc osiągalną, jest to moc z jaką elektrownia ze względu na stan techniczny

urządzeń moŜe pracować co najmniej 15h, wyraŜona jest zaleŜnością:

P −

o P

gdzie: P 0 – moc osiągalna

P u – ubytki mocy spowodowane wadami układu technicznego

• moc dyspozycyjną, jest to maksymalna wartość mocy jaką moŜna oddać

w określonym czasie przy rzeczywistych warunkach pracy

3.4. Urządzenia przemian energetycznych

Wytwarzanie energii elektrycznej wymaga odpowiednio przygotowanych układów

technologicznych, jak równieŜ doprowadzania niezbędnych surowców z zewnątrz (tj. paliwo,

powietrze czy woda ) oraz odprowadzana składników ubocznych ( tj. gazy spalinowe, stałe

odpady produkcyjne, woda podgrzana i ścieki).

Elektrownia przypomina organizm który pracuje właściwie tylko wtedy gdy powiązane ze

sobą układy technologiczne współpracują przy załoŜonych warunkach.

Do najwaŜniejszych elementów elektrownianego organizmu naleŜą układy:

• nawęglania i paliw ciekłych

• paliwo – powietrze spaliny

• cieplny

• odprowadzania odpadów stałych

• chłodzenia

• elektryczny

• przygotowania wody

3.4.1. Kotły energetyczne

Kotły energetyczne to urządzenia energetyczne w których następuje w procesie spalania

zamiana energii chemicznej paliwa na energie cieplną. Proces ten nie byłby jednak

moŜliwy bez instalacji kotłowej. Jest to zespół urządzeń którego zadaniem jest

wytworzenie pary wodnej. Składa się z kotła właściwego i urządzeń pomocniczych m.in.

tj. wentylatory, pompy, urządzenia do transportu i przygotowania paliwa, urządzenia

odpylania, usuwania odpadów stałych, aparatura kontrolno – pomiarowa itp.

550 0 C

850 0 C

750 0 C

KOMORA

GRODZIOWA

PRZEWAŁ

KOTŁA

FESTON

KANAŁ

Podgrzewacz

wody

1000 – 1200 0 C

KOMORA

PALENISKOWA

Podgrzewacz

powietrza

1200 – 1600 0 C

Palniki pyłu

pył

Lej ŜuŜlowy

młyn

Rys. 2. Przykładowy schemat kotła [wg Laudyn, Pawlik, Strzelczyk]

Na rysunku 2 przedstawiono schemat kotła dwuciągowgo. Wśród elementów budowy kotła

moŜna wyróŜnić:

• komorę paleniskową

• komorę grodziową

• feston

• przewał kotła

• strop

• kanał drugiego ciągu

Do instalacji kotłowej zalicza się równieŜ instalacje gazową i mazutową, które

wykorzystywane są do rozpalania kotła. W pierwszej fazie rozpalania podaje się do palników

zapłonowych propan, natomiast w drugiej fazie uŜywa się mazutu.

3.4.2. Turbiny

Turbiny to urządzenia przetwarzające energie

cieplną w postaci pary na energię mechaniczną.

Przemiana jest realizowana za pomocą tarcz

(nieruchome koła) wyposaŜonych w dysze bądź

łopatki kierownicze wbudowanych w kadłub

turbiny i osadzone na wale turbiny z łopatkami

wirnika.

Podziału turbin moŜna dokonać ze względu na

róŜne kryteria np.: zasada pracy, liczba stopni,

liczba kadłubów, i wałów, czy sposób

wykorzystania pary wylotowej. Biorąc pod uwagę

ostatnie kryterium turbiny dzieli się na

kondensacyjne, przeciwpręŜne, upustowe.

Fot . Wirnik turbiny produkcji firmy Alstom

Polska

Jakie są zasadnicze róŜnice między wspomnianymi rodzajami turbin?

Turbina kondensacyjna (rys. 3A) pracuje ze skraplaczem, którego zadanie polega na

skraplaniu pary wylotowej z turbiny przy odpowiednio niskim ciśnieniu ( ok. kilku

kPa).Turbiny kondensacyjne wykorzystywane są głównie jako napęd generatorów

w elektrowniach kondensacyjnych.

Turbina przeciwpręŜna (rys. 3C) nie posiada skraplacza, zaś para rozpręŜana w niej para

jest od ciśnienia bliskiego wartości ciśnienia atmosferycznego i jest wykorzystywana do

zasilania odbiorników ciepła.

Turbina upustowo – kondensacyjna (rys. 3C) jest modyfikacją układu z turbiną

kondensacyjną, róŜnica polega na wykorzystaniu dzięki upustowi części pary do zasilania

wymienników ciepła ( urządzenia słuŜące m.in. do podgrzewania, ochładzania bądź zmiany

stanu skupienia czynników roboczych obiegu parowo – wodnym), moc turbiny nie jest

uzaleŜniona od obciąŜenia cieplnego

Turbina upustowo przeciwpręŜna (rys 3D) podobnie jak turbina upustowo

kondensacyjna wykorzystuje część pary do zasilania wymienników ciepła. Turbiny tego

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: