T ermoelektrane

1,664 views

Published on

Published in: Education
0 Comments
2 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
1,664
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2
Actions
Shares
0
Downloads
0
Comments
0
Likes
2
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

T ermoelektrane

  1. 1. Muharem HorićEmir DzuzdanovićMujo HadzićErmin Č elikovi ćSamir Durmić
  2. 2. TERMOELEKTRANE  Termoelektrane su energetska postrojenja koje energiju dobivaju sagorijevanjem goriva, a glavna primjena i svrha termoenergetskih postrojenja je proizvodnja pare koja će pokretati turbinu, a potom i generator električne energije.  Osnovna namjena im je proizvodnja i transformacija primarnih oblika energije u koristan rad, koji se kasnije u obliku mehaničke energije dalje iskorištava za proizvodnju električne energije. Mehanička energija je proizvedena uz pomoć toplinskog stroja koji transformira toplinsku energiju. Imamo pretvaranje kemijske energije u toplinsku koja se pak različitim procesima predaje nekom radnom mediju. Radni medij pak služi kao prijenosnik te energije, često izgaranjem goriva, u energiju vrtnje.
  3. 3. Podjela termoelektrana prema vrsti pokretača Prema vrsti pokretača dijelimo ih na:2. Plinsko-turbinska postrojenja3. Parno-turbinska postrojenja4. Kombinirana postrojenja Plinsko-turbinsko postrojenje koristi dinamički pritisak od protoka plinova za direktno upravljanje turbinom. Sam proces koji se događa u plinskoj turbini nije toliko različit od parne turbine. Ukoliko želimo povećati stupanj iskoristivosti moramo povećati temperaturu medija koji ulazi u turbinu.Tu se javlja problem hlađenja, pogotovo samih lopatica. Kako bismo ohladili lopatice koristimo komprimirani zrak iz kondenzatora. Naravno dovođenje zraka za hlađenje će smanjiti i snagu postrojenja.
  4. 4.  Današnji razvoj materijala nam je omogućio da i izborom materijal povećamo otpornost na temperaturu. Za izradu lopatica se danas koriste visoko legirani materijali na bazi nikla koji uspješno podnose više temperature. Naravno bez obzira na ova dostignuća na području materijala moramo osigurati hlađenje lopatica.U plinskim elektranama se mehanička energija pretvara u električnu pomoću plinskih motora, koji se najčešće grade kao četverotaktni motori. Svako plinsko- turbinsko postrojenje sastoji se od kompresora, komore za izgaranje i plinske turbine. Princip rada : kompresor služi za stlačivanje zraka kojeg usisava iz okoliša te ga komprimira do nekog zadanog tlaka, komprimirani zrak dovodi se do komore izgaranja gdje se grije uslijed izgaranja goriva. Smjesa koja nastaje (zagrijani zrak i plinovi izgaranja) ekspandiraju u plinskoj turbini gdje stvaraju moment koji se iskorištava u proizvodnji električne energije i pri radu kompresora. Parno-turbinsko postrojenje-Princip rada parnog - turbinskog postrojenja: proizvedena para uz pomoć topline, dobivena izgaranjem goriva, odvodi se u turbinu gdje na razne načine ekspandira stvarajući moment koji pak služi za proizvodnu električne energije u generatoru. Koristi dinamički pritisak generatora trošenjem vodene pare za okretanje lopatica turbine.
  5. 5.  Najveći broj velikih termoelektrana je s parnim pogonom, kod kojih se uglavnom koriste parne turbine (oko 80 % električne energije je proizvedeno korištenjem parnih turbina) neposredno spojene sa generatorom (turbo-generator). U ovim elektranama toplina dobivena sagorijevanjem goriva predaje se vodenoj pari koja u parnim turbinama proizvodi mehaničku energiju, a koja se u generatoru pretvara u električnu energiju. Kombinirano postrojenje ima oboje: plinske turbine ložene prirodnim plinom, parni kotao te parnu turbinu koja koristi iscrpljeni plin iz plinske turbine kako bi se proizveo elektricitet, tj. to je ciklus koji se sastoji od plinsko-turbinskog i parno-turbinskog dijela. Glavne sastavnice su naravno plinska i parna turbina. Osnovna namjena ovakvih postrojenja je da se iskoristi toplina nastala na izlazu iz plinske turbine. Pošto ispušni plinovi koji izlaze iz plinske turbine imaju izuzetno visoke temperature, oko 600 °C mogu se iskoristiti kao sredstvo koje će grijati vodu i proizvoditi vodenu paru za parnu turbinu. Iskoristivost takvog postrojenja doseže i do 60%.. U kombiniranom postrojenju kompresor komprimira zrak i šalje ga u komoru izgaranja gdje se istovremeno dovodi gorivo za izgaranje. Plinovi izgaranja vrlo visoke temperature vode se iz komore izgaranja u plinsku turbinu, gdje ekspandiraju dajući koristan rad na vratilu spojenom na rotor plinske turbine.
  6. 6.  Vratilo pokreće generator električne struje i proizvodi električnu energiju koja se šalje u mrežu Jedna od vrlo dobrih karakteristika plinske turbine je ta što je kod nje prisutan vrlo visok omjer zrak/gorivo budući se dodaje nekoliko puta više zraka zbog hlađenja lopatica plinske turbine. Zbog toga na izlazu iz plinske turbine ostaje još dosta neiskorištenog zraka te se taj višak zraka koristi za izgaranje dodatnog goriva u utilizatoru. U utilizatoru se napojna voda zagrijava do isparavanja i pregrijava na zadane parametre. Pregrijana para odlazi iz generatora pare u parnu turbinu gdje ekspandira i predaje mehanički rad generatoru električne struje. Nakon toga para, sada već niskih parametara, odlazi u kondenzator gdje kondenzira. Nakon kondenzacije, voda se napojnom pumpom vraća u utilizator na ponovno zagrijavanje.
  7. 7. Dijelovi termoenergetskog postrojenjaDijelovi termoenergetskog postrojenja su:2)Generator pare3)Turbina4)Generator električne energije5)Kondenzator6)Kondenzatorska pumpa7)Napojna pumpa8)Rashladni toranj9)Spremnik napojne vode10)Pregrijači pare11)Međupregrijači12)Ekonomajzeri i sl
  8. 8. Kompresori Kompresori služe kod plinsko-turbinskih postrojenja, mlaznim motorima i sl. Kompresori mogu biti radijalni ili aksijalni. Kod aksijalnih strujanje zraka vrši se u smjeru vratila, dok kod radijalnih kompresora imamo radijalno strujanje na rotorsko kolo. Radijalni kompresori lakši su i mnogo efikasniji nego aksijalni kompresori za manje kompresijske omjere. Kod većih postrojenja koriste se aksijalni kompresori obzirom da su efikasniji (za veće kompresijske omjere). Isto tako u zrakoplovstvu se koriste aksijalni kompresori zbog viših kompresijskih omjera. Kompresor za rad koristi energiju nastalu zbog rada turbine obzirom da su turbina i kompresor najčešće na istom vratilu. Komprimirani zrak s plinovima izgaranja tvori radni medij koji ekspandira kasnije u turbini.
  9. 9. Komora izgaranja Komora izgaranja sastoji se od dva cilindra. U prvom se odvija izgaranje prilikom čega se razvijaju visoke temperature te se tako štiti vanjski cilindar od djelovanja zračenja topline. Cilindri su međusobno povezani te se između njih odvija prostrujavanje zraka. Za izgaranje se dovodi 3-6 puta više zraka od teoretski potrebnog zbog sniženja maksimalnih temperatura. Komore izgaranja trebaju osigurati: stabilno izgaranje u širokim granicama opterećenja, jednoličnu raspodjelu temperatura dimnih plinova na izlazu iz komore izgaranja, da gubitak tlaka u komori izgaranja bude što manji. U klasičnom plinsko- turbinskom postrojenju možemo imati više komora izgaranja koje se slažu uzdužno, po obodu. Takvo slaganje koristimo kao bismo smanjili dimenzije.
  10. 10. Kondenzator Kondenzator je klasični izmjenjivač topline koji „vraća“ paru natrag u tekuće stanje, nakon što ekspandira u turbini. Kondenzat se pumpama vraća natrag u proces. Tlak u klasičnom kondenzatoru je izuzetno mali (podtlak – oko 0,045 bara). Pošto je kondenzator izmjenjivač topline potrebno je osigurati i medij kojem će se ta topline predati kako bi se para ohladila do temperature kondenzata. Upravo zbog toga su termoelektrane smještene na rijekama, moru..., kako bi se osigurao medij koji će preuzimati svu tu toplini. Naravno postoji mogućnost da termoelektrana radi dvofazno, odnosno kao i toplana. Tada se ta para može odvoditi vrelovodima i služiti kao grijanje.
  11. 11. Generator pare Za generator pare mogli bismo reći da čini središnji dio svake termoelektrane. Ukratko generator pare, što mu i samo ime kaže, služi za proizvodnju pare s određenim parametrima (temperature i tlaka) koja će se kasnije u turbini iskoristiti za proizvodnju električne energije.
  12. 12. Podjela generatora pare Generatore pare dijelimo na:2) Čelične generatore pare3) Lijevane generatore pare posebne namjene
  13. 13. Podvrste čeličnih generatora pare Čelične generatore pare dijelimo na par podvrsta a to su:2) Vatrocjevne3) Vodocjevne4) Cilindrične
  14. 14. Vatrocijevni generatori pare Vatrocijevni generatori pare funkcioniraju tako da plamen struji kroz cijevi i tako grije vodu koja te cijevi okružuje.
  15. 15. Vodocijevni generatori pare Vodocijevni generatori pare su najčešći i najbrojniji te najzanimljiviji s aspekta termoelektrana. Kao što i samo ime kaže kod vodocjevnih generatora pare voda ili para nalaze se u samim cijevima. Na taj način moguće je postići znatno veće tlakove i temperature nego kod vatrocjevnih generatora pare.
  16. 16. Podjela vodocijevnih generatora pare Vodocjevne generatore pare opet možemo podijeliti na:2) Horizontalne s ravnim cijevima3) Vertikalne sa savinutim cijevima (prirodna ili prisilna cirkulacija)
  17. 17. Vertikalni generatori pare sa savinutim cijevima Vertikalni generatori pare sa savinutim cijevima predstavljaju najveću i nama najvažniju skupinu. Ovakvi tipovi generatora pare se nalaze u velikim termoenergetskim postrojenjima za proizvodnju električne energije. Za izgaranje mogu koristiti sve vrste goriva: kruto gorivo na rešetci (ravnoj ili kosoj), kruto gorivo u fluidiziranom sloju te izgaranje u prostoru (ugljena prašina, tekuće i plinsko gorivo). Prirodna cirkulacija u generatoru pare ostvaruje se zbog razlike u gustoćama vode i vodene pare. Silazne cijevi upravo zbog toga nisu grijane tako da se lakše uspostavi cirkulacija. Temelji hidrodinamike, toplija voda će strujati prema gore dok će se hladna voda kretati prema dolje. Kada ne možemo osigurati uvijete za prirodnu cirkulaciju koristimo različite pumpe kako bismo osigurali nesmetanu cirkulaciju. Takvi generatori se nazivaju La Mont generatori pare.
  18. 18. Posebni generatori pare sa savinutim cijevima Posebni generatori pare iz ove skupine su protočni generatori pare s prisilnom cirkulacijom. Ovakvi generatori grade se za najveća postrojenja sa najvećim protocima, nadkritičnim tlakovima i nadkritičnim temperaturama. Ovakvi generatori mogu proizvoditi oko 2500 t/h pare, temperature od oko 600 ˚C. Ovakav generator možemo zamisliti kao cijev u kojoj se voda zagrijava, isparava te ta vodena para pregrijava. Veliki nedostatak kod protočnih generatora pare je nemogućnost rada pri malim opterećenjima jer se javlja mogućnost pregaranja cijevi.
  19. 19. Dijelovi ugrađeni u generatore pare Postoje postupci i dijelovi, koji se ugrađuju u generator pare kako bismo osigurali veću iskoristivost i povećanje snage, a to su pregrijač pare, međupregrijači, ekonomajzerske površine, zagrijači zraka, kondenzator, rashladni toranj...
  20. 20. Pregrijač pare Kako bismo povećali stupanj iskoristivosti čitavog procesa koristimo pregrijač pare. To ima utjecaj i na samu tehnologiju izrade s obzirom da para nema kapljica vode u sebi pa je manje korozivna i erozivna. Kod današnjih termoelektrana pregrijana para je imperativ zbog strogo određenih zahtjeva za parametre pare na ulazu u turbinu. Prijelaz topline može biti konventivan ili putem zračenja. U praksi se uvijek koristi mješavina ova dva navedena.
  21. 21. Međupregrijač Kod ugradnje međupregrijača moramo imati na raspolaganju i turbinu podijeljenu na visokotlačni i niskotlačni dio. Para ekspandira u visokotlačnom dijelu turbine do tlaka međupregrijanja te se nakon toga vraća u generator pare. U generatoru pare se još jednom zagrijava, najčešće ponovno na temperaturu svježe pare, te se odvodi u niskotlačni dio turbine. Tu para ponovno ekspandira stvarajući koristan rad. Kao i kod pregrijača, kod ugradnje međupregrijača povećava se ukupan stupanj iskoristivosti postrojenja. Smanjujemo vlažnost pare što je izuzetno bitno za dugovječnost turbine. Smanjujemo veličinu kondenzatora, gorionika i samog generatora pare. Negativna strana je povećanje cijene turbine, ali i povećanje ukupnih investicijskih troškova.
  22. 22. Ekonomajzerske površine Ekonomajzerske površine smještaju se u stražnji dio generatora pare tako da se iskorištava dio topline koja bi se inače ispustila u okoliš. Time ujedno i smanjujemo temperaturu dimnih plinova. Na ekonomajzerskim površinama zagrijavamo napojnu vodu i zrak. U zagrijačima napojne vode se voda u pravilu zagrijava ispod temperature zasićenja jer u suprotnom nastaje vodena para što može izazvati oštećenja u obliku kavitacije. Za svoj rad zagrijači vode troše relativno malo energije te zauzimaju malo prostora. Ukoliko imamo zagrijače vode brže ćemo pustiti generator pare u pogon te ćemo smanjiti opterećenje ogrjevnih površina.
  23. 23. Zagrijači zraka Posljednji u generatoru pare su zagrijači zraka koji su ujedno smješteni iza zagrijača napojne vode. Pošto rade na manjim tlakovima, za razliku od zagrijača vode, manji su svojom konstrukcijom. Zrak zagrijavamo zbog podizanja stupnja iskoristivosti, sušenja goriva i poboljšanja izgaranja. Preko 70% svih zagrijača zraka su rotacioni zagrijači sastavljani od limenih saća koje se griju dimnim plinovima a hlade zrakom.
  24. 24. Rashladni tornjeviU nekim velikim termoelektranama postoje veliki hiperbolički dimnjaci poput struktura, kojioslobađaju otpadnu toplinu u ambijent atmosfere isparavanjem vode, a nazivaju se rashladnitornjevi . Rafinerije petroleja, petrokemijska postrojenja, geotermalna postrojenja koristeventilatore kako bi omogućila kretanje zraka prema gore kroz vodu koja se dolazi u smjeruprema dolje i nemaju hiperboličnu konstrukciju nalik dimnjacima. Inducirani ili tlačni rashladnitornjevi su pravokutne konstrukcije nalik kutiji, ispunjene s materijalima koji pojačavajudodirivanje zraka koji struji u vis i vodu koja teče prema dolje. U pustinjskim područjimarashladni toranj mogao bi biti neizbježan od kada će trošak uređivanja vode za hladnoisparavanje biti zabranjen. Ovi imaju nižu efikasnost i višu energetsku potrošnju uventilatorima od mokrih i isparavajućih rashladnih tornjeva. Tvrtke za elektriku preferirajuupotrebljavanje rashladne vode iz oceana, rijeka, jezera, rashladnih umjetnih jezera uzamjenu za rashladni toranj, na području gdje je ekonomičnije i ambijentalno moguće. Ovajtip rashlađivanja može sačuvati trošak rashladnog tornja i može imati nižu energetsku cijenuza pumpanje rashladne vode kroz izmjenjivač topline postrojenja. Uglavnom, otpadna toplinamože uzrokovati da temperatura vode primjetno poraste. Pogonska postrojenja kojaupotrebljavaju prirodne sastojke vode za rashlađivanje, moraju biti konstruirana da preduhitreulazak organizama u rashladni krug, inače će se stvoriti organizmi koji se prilagođavajutoplijim vodenim postrojenjima i utječu tako da nanesu štetu ako se postrojenje ugasi zahladna vremena.
  25. 25. Rashladni tornjevi
  26. 26. Utjecaj termoelektrana na okoliš Danas je sve manje termoelektrana budući da su veliki onečišćivači prirode. Kod termoelektrana dva su osnovna učinka koji utječu na onečišćenje okoliša. Prvi i osnovni je učinak koji nastaje zbog izgaranja fosilnih goriva. Drugi i manje bitni jest toplinsko onečišćenje rijeka ili jezera. Mi ćemo se o ovom poglavlju baviti samo ovim prvim, odnosno onečišćenjem uslijed izgaranja fosilnog goriva. Izgaranje je proces u kojem se kemijska energija sadržana u gorivu transformira u unutrašnju energiju koja se opet dalje iskorištava u raznim procesima. Kod izgaranja u atmosferu se ispuštaju plinovi kao što su CO, voda, NOx, različiti ugljikovodici,... Od svih navedenih ugljik dioksid i voda nisu direktno otrovni za ljude. No oni izravno utječu svojom koncentracijom na zagrijavanje atmosfere (apsorpcija toplinskog zračenja u atmosferi). Vrsta i sastav plinova nastalih uslijed izgaranja ovisi o sastavu goriva koje izgara u procesu. Elementi koji čine većinu fosilnih goriva su ugljik, vodik i sumpor. Ugljik može izgarati potpuno i djelomično. U potpunom izgaranju imamo CO2 kao produkt dok kod djelomičnog izgaranja kao produkt imamo CO. Upravo zbog toga veći udio CO imamo u termoelektranama na ugljen jer je teže osigurati kvalitetno miješanje goriva i zraka.
  27. 27.  Izgaranjem vodika dobivamo vodu, a izgaranjem sumpora SO2. Kod izgaranja težimo što potpunijem izgaranju. Da bismo to ostvarili cilj je imati što bolje miješanje zraka i goriva. Naravno da je to najjednostavnije ostvariti kod plinskih goriva, a najteže kod krutog. Za izgaranje potrebno je osigurati minimalnu količinu zraka. O količini sumpora u produktima izgaranja najviše ovisi udio sumpora u samom gorivu. Dakle težimo ugljenu i nafti sa što manje sumpora. Kod dušika i njegovih oksida gorivo ne utječe toliko na produkciju NOx-a. Isto tako treba spomenuti i izuzetno veliku količinu pepela kojeg jedna prosječna termoelektrana izbaci u okoliš. U svrhu zaštite okoliša u posljednjih desetak godina donijelo se mnoštvo zakona i odredaba koje bi trebale pridonijeti smanjenju zagađenja okoliša iz termoelektrana. Jedan od glavnih parametara je kontrola i smanjenje sumpornih oksida. Postupak odsumporavanja može se vršiti tako da se odvaja već iz goriva ili iz produkata izgaranja. Veći efekt se postiže ukoliko sumporove okside uklanjamo iz produkata izgaranja. Ovakvi postupci zahtijevaju dodatna ulaganja koja poskupljuju i krajnju cijenu električne energije. Dušikove spojeve je najjednostavnije reducirati stupnjevanim izgaranjem. Na taj način možemo smanjiti emisiju dušičnih oksida za oko 50%.
  28. 28. Utjecaj termoelektrana na okoliš
  29. 29. Utjecaj termoelektrana na okoliš Protokolom iz Kyota termoelektrane bi se do kraja 2020. trebale izbaciti iz upotrebe.
  30. 30. HVALA

×