Podstawy elektroenergetyki rok III, semestr IV

Podstawy elektroenergetyki rok III, semestr IV

Zasady sporządzania

Zasady sporządzania

bilansów cieplnych

bilansów cieplnych

urządzeń i obiegów

urządzeń i obiegów

cieplnych

cieplnych

wykład nr 6

wykład nr 6

Plan Prezentacji

Plan Prezentacji

1. Problematyka i potrzeby wykonywania obliczeń

1. Problematyka i potrzeby wykonywania obliczeń

cieplnych

cieplnych

urządzeń i obiegów cieplnych

urządzeń i obiegów cieplnych

2.3. Bilanse cieplne turbin parowych

2.3. Bilanse cieplne turbin parowych

2. Podstawowe zasady sporządzania bilansów

2. Podstawowe zasady sporządzania bilansów

cieplnych

cieplnych

poszczególnych urządzeń cieplnych

poszczególnych urządzeń cieplnych

2.1. Bilanse cieplne wymienników cieplnych

2.1. Bilanse cieplne wymienników cieplnych

2.2. Bilanse cieplne kotłów parowych

2.2. Bilanse cieplne kotłów parowych

3. Problem obliczeniowy – sporządzenie bilansu cieplnego bloku

3. Problem obliczeniowy – sporządzenie bilansu cieplnego bloku

energetycznego o mocy 360 MW

energetycznego o mocy 360 MW

3.1. Schemat cieplny analizowanego układu

3.1. Schemat cieplny analizowanego układu

3.2. Założenia przyjęte do obliczeń

3.2. Założenia przyjęte do obliczeń

3.3. Sporządzenie równań bilansów cieplnych i masowych

3.3. Sporządzenie równań bilansów cieplnych i masowych

podstawowych

podstawowych

urządzeń analizowanego bloku

urządzeń analizowanego bloku

3.4. Podsumowanie rezultatów obliczeń

3.4. Podsumowanie rezultatów obliczeń

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

3

Podstawowe założenia przyjmowane do obliczeń

Schemat układu cieplnego bloku jest podstawą do obliczenia
regeneracyjnego pod-grzewania wody zasilającej i rozpływu wody i
pary oraz ich parametrów (ciśnień, temperatur, entalpii, oraz
strumieni masy) w całym układzie.

Obliczenia te nazywane bilansem cieplnym bloku, pozwalają
określić szereg pod-stawowych parametrów bloku:

•

wydajność kotła,

•

moc elektryczną wydawaną przez elektrownie,

•

ilość skraplanej w skraplaczu pary,

•

wydajności pomp,

•

rozchód pary i ciepła w turbozespole,

•

sprawność termodynamiczną obiegu,

•

sprawność ogólną całego bloku,

•

rozchód pary, ciepła i paliwa w odniesieniu do całego bloku.

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

4

Rys. 1. Uproszczony schemat układu
cieplnego

bloku 360 MW

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

5

Założenia:

•

Znane są wartości entalpii w charakterystycznych punktach

układu:
- entalpie pary upustowej,
- entalpie wody zasilającej za poszczególnymi wymiennikami,

•

Przy znanej wartości mocy turbiny napędzającej pompę wody

zasilającej
(P

tp

= 12 MW), obliczane są ilości pary upustowej z

poszczególnych upustów
turbiny.

•

Strumienie masy pary upustowej będą wyznaczane ze

sporządzonych równań
bilansów cieplnych dla poszczególnych urządzeń wchodzących w
skład układu
cieplnego.

•

Po wyznaczeniu strumieni mas pary upustowej, będzie obliczona

moc turbiny
głównej.

Podstawowe założenia przyjmowane do obliczeń

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

6

Równania

bilansowe

poszczególnych

urządzeń

znajdujących się w układzie cieplnym bloku, wyznacza się
na zasadzie równowagi energii, czyli energia dostarczona
do urządzenia, z uwzględnieniem jego sprawności musi być
równa energii przez nie oddawanej.

Podobnie wyznacza się równania masowe bilansu, czyli
suma strumieni masy pary lub wody dostarczonych do
urządzenia, jest równa sumie strumieni wypływających z
niego.

Główne zasady tworzenia równań bilansowych

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

7

Bilans cieplny bloku 360 MW dla obciążenia znamionowego

Rys. 2. Przebieg rozprężania
pary w turbinie 18K360, linią
przerywaną zaznaczono
przebieg rozprężania pary w
turbinie napędzającej pompę
wody zasilającej

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

8

Z krzywej rozprężania pary w turbinie 18K360 wyznaczono:

•

entalpie pary upustowej otrzymywanej z poszczególnych upustów turbiny,

•

entalpię pary świeżej, wtórnie przegrzanej,

•

entalpię pary kierowanej do skraplacza

Bilans cieplny bloku 360 MW dla obciążenia znamionowego cd.

Entalpie wody za poszczególnymi wymiennikami części

wysoko i niskoprężnej, obliczono, bądź wyznaczono korzystając z
tablic dla przyjętych (z katalogu) temperatur wody za
poszczególnymi wymiennikami.

Entalpie skroplin powstających z pary z poszczególnych

upustów określono z odpowiednich tabel dla ciśnień pary z
poszczególnych upustów.

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

9

Lp.

Wielkości (parametry) przyjęte do obliczeń:

wartości

liczbowe

1
2
3
4
5
6
7
8
9

10
11

12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35

entalpia pary świeżej, i

1

entalpia pary kierowanej do przegrzewacza wtórnego, i

m1

entalpia pary wtórnie przegrzanej, i

m2

wydajność kotła (dla obciążenia znamionowego)
temperatura wody zasilającej przed kotłem, t

wz

entalpia wody zasilającej przed kotłem, i

wz

(przy temperaturze t

wz

= 255

0

C)

entalpia pary pobieranej z upustu 1, i

u1

entalpia skroplin pary z upustu 1, i

sku1

(przy ciśnieniu p

u1

= 4,48 MPa)

entalpia wody za wymiennikiem WP2, i

wz1

(przy temperaturze t

wz1

= 215

0

C)

entalpia pary pobieranej z upustu 2, i

u2

entalpia skroplin pary z wysokoprężnych wymienników kierowanych do odgazowywacza, i

skcw

(przy

ciśnieniu

p

u2

= 2,14 MPa)

entalpia pary zasilającej odgazowywacz, i

odg

(przy ciśnieniu p

odg

= 1,07 MPa)

entalpia wody po odgazowaniu, i

wz2

(przy temperaturze t

wz2

= 180

0

C)

entalpia wody za wymiennikiem NP3, i

wz3

(przy temperaturze t

wz3

= 153,4

0

C)

entalpia pary kierowana do turbiny napędzającej pompę wody zasilającej, i

tp

(przy ciśnieniu p

tp

= 1,07 MPa)
entalpia pary kierowanej do skraplacza turbiny napędzającej pompę PZ, i

tp2

moc turbiny napędzającej pompę wody zasilającej, Ptp
sprawność mechaniczna turbiny, η

m

sprawność pompy, η

p

entalpia pary pobieranej z upustu 3, i

u3

entalpia skroplin pary z upustu 3, i

sku3

(przy ciśnieniu p

u3

= 0,55 MPa)

entalpia wody za wymiennikiem NP4, i

wz4

(przy temperaturze t

wz4

= 131,5

0

C)

entalpia pary pobieranej z upustu 4, i

u4

entalpia skroplin pary z upustu 4, i

sku4

(przy ciśnieniu p

u4

= 0,31 MPa)

entalpia wody za wymiennikiem NP5, i

wz5

(przy temperaturze t

wz5

= 96,4

0

C)

entalpia pary pobieranej z upustu 5, i

u5

entalpia skroplin pary z upustu 4,5 i

sku5

(przy ciśnieniu p

u5

= 0,1 MPa)

entalpia wody za wymiennikiem NP6, i

wz6

(przy temperaturze t

wz6

= 69

0

C)

entalpia pary pobieranej z upustu 6, i

u6

entalpia skroplin pary z upustu 6, i

sku6

(przy ciśnieniu p

u6

= 0,04 MPa)

entalpia skroplin, i

sk

(przy p

2

= 0,007 MPa)

entalpia pary na wylocie z turbiny, i

2

(przy p

2

= 0,007 MPa)

sprawność mechaniczna turbozespołu, η

m.

sprawność prądnicy, η

g

sprawności poszczególnych wymienników

3380 kJ/kg

3041,67 kJ/kg
3533,33 kJ/kg

302 kg/s

255

0

C

1110,4 kJ/kg

3041,67 kJ/kg
1120,86 kJ/kg

920,7 kJ/kg

3330 kJ/kg

924,21 kJ/kg

3141,38 kJ/kg

763,3 kJ/kg

644,14 kJ/kg

3141,38 kJ/kg
2393,33 kJ/kg

12 MW

0,97
0,82

2980 kJ/kg

655,25 kJ/kg
550,99 kJ/kg

2886,67 kJ/kg

566,15 kJ/kg
403,92 kJ/kg

2693,33 kJ/kg

417,51 kJ/kg
289,11 kJ/kg

2553,33 kJ/kg

317,65 kJ/kg
162,69 kJ/kg

2366,67 kJ/kg

0,985

0,98
0,99

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

10

Budowa oraz bilanse cieplne wymienników ciepła

D

D

, i

p

D

w

, i

1

i

2

i

sk

F

t

t

1

Δ

t

w

t

sk

t

2

δ

t

=

Δ

t

Rys. 3. Schemat podgrzewacza powierzchniowego i rozkład temperatur w przypadku

pary grzejnej w stanie nasycenia

Wymienniki ciepła stosowane w układach elektrowni służą do
podgrzewania, ochładzania lub zmiany stanu skupienia
czynników występujących w obiegu parowo-wodnym oraz w
obiegach pomocniczych, np. w obiegach chłodzenia wodoru,
oleju, powietrza.

Spiętrzenie temperatury zależy od typu i przeznaczenia wymiennika i wynosi:

•

dla podgrzewaczy regeneracyjnych 38 K,

•

dla podgrzewaczy ciepłowniczych podstawowych 58 K,

•

dla podgrzewaczy ciepłowniczych szczytowych i wyparek 820 K.

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

11

Budowa oraz bilanse cieplne wymienników ciepła

Wymienniki parowo-wodne są charakteryzowane przez dwa wskaźniki :

-spiętrzenie temperatury :

t t

t

n

 

2

-wskaźnik wykorzystania wymiennika :

 




t

t

t

t

n

2

1

1

gdzie : t

1

, t

2

– temperatury czynnika podgrzewanego (pobierającego

ciepło) na wlocie
i wylocie z wymiennika,

o

C, t

n

– temperatura nasycenia pary

grzejnej,

o

C.

Wymienniki typu powierzchniowego stosowane w elektrowniach
są zazwyczaj wymiennikami rurowymi, w których powierzchnię
wymiany ciepła tworzy pęk rur.

Na powierzchni rur, stanowiących powierzchnię wymiany ciepła,
powstaje spiętrze-nie temperatury δt, spowodowane oporami
przenikania strumienia cieplnego.
Dla podgrzewaczy powierzchniowych, w których wymiana ciepła
odbywa się przez powierzchnię rurek, δt > 0, ψ< 1.

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

12

Rys. 4. Schemat podgrzewacza powierzchniowego trzystrefowego i rozkład temperatur
F

chp

– strefa schładzania pary; F

sk

– strefa skraplania pary grzejnej;

F

chs

– strefa schładzania skroplin

i

2

D

p

,i

p

D

w

, i

1

i

sk

δ

t

<

0

F

chs

F

skp

F

chp

t

t

p

t

2

t

n

t

sk

t

1

F

Aby wykorzystać stopień przegrzania pary buduje się
wymienniki trójstrefowe. Taki układ wymiennika umożliwia
otrzymanie małego spiętrzenia temperatur lub mniejszego od zera,
tzn. można podgrzać wodę do temperatury wyższej od temperatury
skraplania pary.

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

13

Równania bilansu cieplnego bloku 360 MW przy znamionowym obciążeniu

Równanie bilansu cieplnego wymiennika WP1:

D i

i

D i

i

u

u

sku

WP

wz

wz

wz1

1

1

1

1

(

)

(

)









Po przekształceniu powyższego równania, otrzymuje się zależność
określającą strumień masy pary dopływający D

u1

do wymiennika

WP1:

D

D i

i

i

i

u

wz

wz

wz1

u

sku

WP

1

1

1

1

302 45 11104 9207

3041667 112086 099

30172



















(

)

(

)

, (

,

, )

(

,

, ) ,

,



kg/s

Równanie bilansu cieplnego wymiennika WP2:





D

i

D

i

D

D i

D i

i

u

u

u

sku

u

u

skcw

WP

wz

wz1

wz

2

2

1

1

1

2

2

2

 











(

)

(

)



Przekształcając odpowiednio powyższe równanie, otrzymuje się
zależność określającą strumień masy pary Du2 dopływający do
wymiennika WP2:

D

D i

i

D i

i

i

i

u

wz

wz1

wz

WP

u

sku

skcw

u

skcw

2

2

2

1

1

2

1













(

)

(

)



522

,

17

21

,

924

3330

)

21

,

924

86

,

1120

(

172

,

30

99

,

0

1

)

3

,

763

,

920

(

45

,

302



















kg/s

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

14

Równania bilansu cieplnego bloku 360 MW przy znamionowym obciążeniu

Odgazowywacze są stosowane do usuwania gazów z wody
zasilającej i dodatkowej układu cieplnego elektrowni. Pozbawienie
wody zawartości gazów, a przede wszystkim tlenu i dwutlenku węgla,
które działają korodująco na wewnętrzne ściany powierzchni
ogrzewalnych kotła, można przeprowadzić drogą procesów
chemicznych lub fizycznych. Chemiczne wiązanie O

2

i CO

2

stosuje się

obecnie tylko do usunięcia ich szczątkowych zawartości

wylot
gazów

dopływ
wody

sita

rozbryzgow

e

połączenie ze
zbiornikiem
wody
zasilającej

dopływ pary

Rys. 5. Odgazowywacz termiczny

D

odg

,

i

odg

D

skcw,

i

skcw

D

sk2,

i

wz3

’

D

wz,

i

wz

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

15

Równania bilansu cieplnego bloku 360 MW przy znamionowym obciążeniu

Rys. 6. Bilans odgazowywacza

Równania bilansu odgazowywacza:
- bilans cieplny:

(

')

D

i

D

i

D

i

D

i

odg

odg

skcw

skcw

sk

wz

odg

wz

wz















2

3



- bilans masowy

:

D

D

D

D

odg

skcw

sk

wz







2

D

D

D

skcw

u

u











1

2

30172 17522 47 694

,

,

,

kg/s

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

16

Równania bilansu cieplnego bloku 360 MW przy znamionowym obciążeniu

Na podstawie układu równań bilansu cieplnego i masowego można
określić strumień masy pary zasilającej odgazowywacz D

odg

, z

następującej zależności:

D

D

i

D

i

i

D

i

i

i

odg

wz

wz

odg

skcw

skcw

wz

wz

wz

odg

wz

















2

3

3

3

1



(

')

'

'

Ponieważ nie uwzględniono w obliczeniach przyrostu entalpii wody
węźle 1,
to: i

wz3

’= i

wz3

D

odg





















302 457633

1

099

47 694 924 21 644144 302 45644144

3141379 644144

10016

,

,

,

,

(

,

,

)

,

,

,

,

,

kg/s

Korzystając z bilansu masowego odgazowywacza można określić
strumień masy wody D

sk2

dopływający do odgazowywacza:

D

D

D

D

sk

wz

odg

skcw

2

302 45 10016 47 694 244 74















,

,

,

,

kg/s

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

17

Równania bilansu cieplnego

Skraplacz

stanowi

dolne

źródło

ciepła

w

elektrowni

kondensacyjnej lub w elektrociepłowni wyposażonej w turbiny
upustowo-kondensacyjne. Jest to wymiennik, w którym para
wylotowa z turbiny oddaje ciepło parowania wodzie chłodzącej.
Objętość właściwa pary nasyconej przy ciśnieniu 6 kPa wynosi ok.
24 m3/kg a wody 0,001006 m

3

/kg, zatem 1 kg pary zajmuje ok.

24000 razy większą objętość niż 1kg wody.





1

2

2

w

w

sk

sk

ch

i

i

i

i

D

W







D

sk

,i

2

, t

2

W

ch

, i

w1

, t

w1

W

ch

, i

w2

, t

w2

D

sk

, i

sk

, t

sk

Z równania bilansu cieplnego skraplacza można
wyznaczyć zapotrzebowaną ilość wody chłodzącej

:

gdzie:
W

ch

- strumień wody chłodzącej skraplacz,

i

w2

- entalpia wody chłodzącej na wylocie ze

skraplacza,

i

w1

- entalpia wody chłodzącej na wlocie do

skraplacza,

D

sk

- natężenie pary wypływającej z turbiny do

skraplacza,

i

2

- entalpia pary na wlocie do skraplacza,

i

sk

- entalpia skroplin na wylocie ze skraplacza.

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

18

Pomocnicze urządzenia

Rys. 7. Uproszczony schemat
urządzenia skraplającego ze
smoczkiem parowym

Smoczek parowy jest zasilany para o zredukowanym ciśnieniu.

W dyszy smoczka para rozpręża się wypływa z niej z prędkością 1000 m/s
i zasysa mieszaninę pary, powietrza i gazów z komory mieszania,
połączonej ze skraplaczem.

W dyfuzorze prędkość mieszaniny pary i powietrza zmniejsza się,

a ciśnienie wzrasta powyżej atmosferycznego. W wymienniku para
skrapla się, jej skropliny są doprowadzane do skraplacza, a powietrze (8)
na zewnątrz do atmosfery.

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

19

Pomocnicze urządzenia

Rys. 8. Schemat ideowy smoczka: a) parowego, b) wodnego 1 –
doprowadzenie pary,
1’ – doprowadzenie wody, 2 – dysza , 3 – doprowadzenie mieszaniny
parowo-
powietrznej ze skraplacza, 4 – komora mieszania, 5 – dyfuzor, 6 – wylot
mieszaniny
powietrza, 7 – komora wodna, 8 – klapa zwrotna

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

20

Turbiny parowe – podstawowe wiadomości

W przyrządach rozprężnych turbiny para o określonych
parametrach początkowych rozpręża się, dzięki czemu energia
cieplna przemienia się w kinetyczną, a następnie strumień pary
wpada z dużą prędkością na łopatki wirnika powodując
wytworzenie siły obwodowej i momentu obrotowego wirnika i
wału.
Łopatki wirnika powodują jednocześnie odchylenie strugi pary
skierowanej na wejście do układu kierowniczego następnego
stopnia turbiny

.

Siła obwodowa powodująca moment obrotowy zależy od
prędkości strumienia pary który zależy od parametrów
początkowych pary dolotowej, oraz ciśnienia przestrzeni, do której
para się rozpręża.

Rys. 6. Przekrój turbiny kondensacyjnej 18K360 (producent: Zamech we współpracy z BBC)

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

21

Turbiny parowe – podstawowe wiadomości

W zależność od sposobu realizacji obiegu cieplnego turbiny
dzieli się na:

•

kondensacyjne,

•

przeciwprężne,

•

upustowo-kondensacyjne,

•

upustowo-przeciwprężne.

Turbiny kondensacyjne są budowane w celu uzyskania maksymalnej
mocy mechanicznej z ener-gii cieplnej zawartej w parze. Turbiny są
wyposażone w nieregulowane upusty pary, zwykle 3 ÷ 8, służące do
wielostopniowego regeneracyjnego podgrzewania wody zasilającej.

Turbiny przeciwprężne w przeciwieństwie do turbin kondensacyjnych
wytwarzają moc mecha-niczną bilansującą się z każdorazowym
zapotrzebowaniem pary przeciwprężnej do celów tech-nologicznych i
grzewczych.

Turbiny upustowo-kondensacyjne umożliwiają odbieranie z upustów
znacznych strumieni pary do celów grzewczych i technologicznych, przy
określonych regulowanych ciśnieniach pary.

Turbiny upustowo-przeciwprężne są wyposażone w jeden bądź więcej
upustów pary, do zasi-lania odbiorców technologicznych, pozostała część
pary (para przeciwprężna) jest oddawana do celów grzewczych. Ciśnienie
pary w upuście technologicznym powyższej turbiny jest regulo-wane
zaworem dławiącym strumień pary za upustem, natomiast upust
ciepłowniczy jest niere-gulowany.

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

22

Turbiny parowe – podstawowe wiadomości

W turbinach akcyjnych rozprężanie pary następuje w
nieruchomych dyszach.
Podczas rozprężania rośnie prędkość pary i osiąga największą
wartość na wylocie z dyszy. Z tą prędkością para uderza w łopatki,
którym przekazuje energię kinetyczną zmuszając wirnik do
obracania się. Strumień pary w łopatkach zmienia swój kierunek i
prędkość jego maleje. W turbinie akcyjnej kanały miedzy łopatkami
posiadają jednakowy przekrój i nie zachodzi w nich dodatkowe
rozprężanie.

W turbinie reakcyjnej para rozpręża się w dyszach oraz między
łopatkami wirnika. Spowodowane jest to faktem że przekrój łopatek
umieszczonych na wale nie jest jednakowy. Przestrzeń między
łopatkami rozszerza się w kierunku rozprężania pary.

Bilans cieplny turbiny, wyrazić można równaniem:

D i

i

P

t

m

g

t

(

)

1

2



  

 

gdzie: D

t

– strumień masy pary przepływającej przez

turbinę, kg/s,
i

1

– entalpia wlotowa pary, kJ/kg,

i

2

– entalpia wylotowa pary, kJ/kg,

η

m

– sprawność mechaniczna turbiny,

η

g

– sprawność generatora,

P

t

– moc turbiny, kW.

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

23

Turbiny parowe – bilans cieplny

Równanie bilans turbiny pompy wody zasilającej:

D i

i

P

tp

tp

tp

m

g

p

(

)



 

2

 

Przekształcając powyższe równanie, można określić strumień
masy pary dopły-wający do turbiny napędzającej pompę wody
zasilającej:

D

P

i

i

tp

tp

tp

tp

m

p

















(

)

(

,

,

) ,

,

,

2

12000

3141379 2393333 097 082

20168

 

kg/s

Bilans węzła numer 1:

D

i

D

i

D

i

u

sku

sk

wz

sk

wz

3

3

1

3

2

3











'

Z powyższego równania można określić strumień masy wody
Dsk1 dopływający do węzła numer jeden

:

D

D

i

D

i

i

sk

sk

wz

u

sku

wz

1

2

3

3

3

3









'

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

24

Równania bilansu cieplnego bloku 360 MW przy znamionowym obciążeniu

Równanie bilansu cieplnego wymiennika NP3:

D i

i

D

i

i

u

u

sku

NP

sk

wz

wz

3

3

3

3

1

3

4

(

)

(

)









Korzystając z równania bilansu cieplnego wymiennika NP3, oraz
z zależności określającej strumień masy wody D

sk1

, można obliczyć

strumień masy pary D

u3

pobierany do zasilania wymiennika NP3 z

następującej zależności

:

D

D

i

i

i

i

i

i

i

i

i

i

u

sk

wz

wz

wz

wz

u

sku

NP

sku

wz

wz

wz

3

2

3

3

4

3

3

3

3

3

3

4

3

1

1

















'(

)

(

)

(

)



D

u3

244 74 644144 644144 550985

1

644144

2980 65525 099 65525 644144 550985

1

644144

9515

























,

,

(

,

,

)

,

(

, ) ,

, (

,

,

)

,

,

kg/s

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

25

Równania bilansu cieplnego bloku 360 MW przy znamionowym obciążeniu

Znając wartość strumienia masy pary D

u3

, można obliczyć strumień masy wody D

sk1

:

D

sk1

244 74 644144 951565525

644144

235061











,

,

,

,

,

,

kg/s

Równanie bilansu cieplnego wymiennika NP4:

D i

i

D

i

i

u

u

sku

NP

sk

wz

wz

4

4

4

4

1

4

5

(

)

(

)









Z powyższego równania można obliczyć strumień masy pary
dopływający do wymiennika NP4, z następującej zależności:

D

D

i

i

i

i

u

sk

wz

wz

u

sku

NP

4

1

4

5

4

4

4

235061 550985 403916

2886667 56615 099

15048



















(

)

(

)

,

(

,

,

)

(

,

, ) ,

,



kg/s

Bilans węzła numer 2:

D

i

D

i

D

D

i

sk

wz

u

sku

sk

u

wz











5

45

5

45

5

(

)

'

Z powyższego równania można określić strumień masy wody D

sk

dopływający do węzła numer dwa:

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

26

Równania bilansu cieplnego bloku 360 MW przy znamionowym obciążeniu

D

D

i

D

i

D

i

i

sk

sk

wz

u

sku

u

sku

wz













1

5

4

5

5

5

5

'

Równanie bilansu cieplnego wymiennika NP5:





D i

i

D

i

D

i

i

u

u

sku

u

sku

NP

sk

wz

wz

5

5

5

4

4

5

1

5

6

(

)

(

)













Korzystając z równania bilansu cieplnego wymiennika NP5, oraz
z zależności określającej strumień masy wody D

sk

, można dokonując

odpowiednich przekształceń wyznaczyć strumień masy pary D

u5

dopływający do wymiennika NP5:

D

D

i

D

i

i

i

i

D

i

i i

i

i

i

i

i

u

sk

wz

u

sku

wz

wz

wz

NP

u

sku

u

sku

sku

wz

wz

wz

NP

5

1

5

4

5

5

6

5

5

4

4

5

5

5

5

6

5

5

1

1































(

'

) (

)

( (

)

(

)





Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

27

Równania bilansu cieplnego bloku 360 MW przy znamionowym obciążeniu

Ponieważ nie uwzględniono w obliczeniach przyrostu entalpii
wody węźle 2, to: i

wz5

’= i

wz5

.

069

,

7

99

,

0

916

,

403

1

)

11

,

289

916

,

403

(

51

,

417

)

51

,

417

333

,

2693

(

15

,

566

048

,

15

99

,

0

916

,

403

1

)

11

,

289

916

,

403

(

)

51

,

417

048

,

15

916

,

403

061

,

235

(

5



































u

D

kg/s

Znając wartość strumienia masy pary D

u5

, można obliczyć strumień masy wody D

sk

:

D

sk















235061403916 15048 41751 7 069 41751

403916

212 2

,

,

,

,

,

,

,

,

kg/s

Równanie bilansu cieplnego wymiennika NP6:

D i

i

D i

i

u

u

sku

NP

sk

wz

sk

6

6

6

6

6

(

)

(

)









Z powyższego równania można obliczyć strumień masy pary
dopływający do wymiennika NP6, z następującej zależności:

D

D i

i

i

i

u

sk

wz

sk

u

sku

NP

6

6

6

6

6

212 2 28911 162 685

2553333 317 65 099

12121



















(

)

(

)

, (

,

,

)

(

,

, ) ,

,



kg/s

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

28

Podstawowe informacje o działaniu kotła parowego

Instalacja kotłowa składa się z kotła właściwego oraz urządzeń
pomocniczych do których zaliczają się: wentylatory (powietrza, spalin,
młynowe i uszczelniające), pompy zasilające i przewałowe, urządzenia do
transportu i przygotowania paliwa do spalania (podajniki węgla, młyny),
urządzenia do usuwania żużla i popiołu, do odpylania spalin, urządzenia
do sterowania procesami w kotle, oraz aparatura kontrolno pomiarowa.

Podziału kotłów można dokonać w zależności od różnych czynników,
m.in.:

•

przeznaczenia: energetyczne (elektrownie dużej mocy), przemysłowe,

grzewcze,

•

postaci wyjściowej czynnika: wodne, parowe (para nasycona, para

przegrzana),

•

rodzaju paleniska: warstwowe, komorowe (pyłowe, olejowe, gazowe),

•

konstrukcji głównej powierzchni ogrzewanej: płomienicowe,

płomienicowo–płomieniów-
kowe, rurowe,

•

liczby ciągów (nawrotów) spalin: jednociągowe (wieżowe), dwuciągowe,

wielociągowe;

•

postaci odprowadzanego żużla: ze stałym lub ciekłym odprowadzaniem

żużla,

•

obiegu wody: z obiegiem naturalnym (obieg ten następuje na skutek

różnicy ciężarów wła-
ściwych mieszaniny parowodnej i wody), wspomaganym, wymuszonym,
przepływowym.

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Energetyka konwencjonalna

29

Rys. 7. Schemat kotła
dwucią--gowego z
naturalnym obiegiem
wody

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Zasady sporządzania bilansów obiegów cieplnych

30

Rys. 8. Wykres entalpii wody i’ i pary i”, gęstości wody q’ i pary q” w
stanie nasycenia, ciepła parowania r, entalpii pary i dla różnych
temperatur przegrzania w funkcji ciśnienia

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Zasady sporządzania bilansów obiegów cieplnych

31

Rys. 9. Poszczególne
etapy spalania
mieszanki pyłowej

Spalanie pyłu w kotle pyłowym – mieszanina pyłu i powietrza (powietrze pierwotne
20-25%) po doprowadzeniu przez palniki do komory paleniskowej ma temperaturę 70-
80

0

C (120-140

0

C) i musi być dalej podgrzewana ciepłem spalin co zachodzi dzięki

recyrkulacji spalin z wnętrza komory paleniskowej do strefy zapłonu. Po podgrzaniu i
zapaleniu pyłu powinno nastąpić wymieszanie z powietrzem wtórnym celem zupełnego
spalenia paliwa. Jakość spalania zależy od prędkości, kierunku wlotu oraz stopnia
wymieszania mieszanki pyłowo-powietrznej w komorze paleniskowej.

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Zasady sporządzania bilansów obiegów cieplnych

32

Rys. 10. Schemat pracy palnika wirowego, 1 – powietrze pierwotne oraz
pył, 2 – powietrze
wtórne, 3 – rozeta, 4 – kierownica, 5,6 – zawirowywacze pyłu i
powietrza wtórnego

Zasada pracy palnika wirowego polega na wprawieniu w ruch
wirujący mieszanki pyłowo powietrznej dzięki czemu w osi
wirującej mieszanki wytwarza się podciśnienie powodujące
przepływ recyrkulację spalin z wnętrza komory do obszaru
podciśnienia do podstawy płomienia. W wyniku mieszania z
gorącymi spalinami następuje podgrzanie a następnie zapłon pyłu.

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Zasady sporządzania bilansów obiegów cieplnych

33

Rys. 11. Schemat instalacji z
palnikiem
szczelinowym
1 - młyn wentylatorowy; 2 -
separator;
3 - kanał mieszanki pyłowo-
powietrznej;
4 - rozdzielacz powietrza
wtórnego;
5 - wylot mieszanki; 6 - wylot
powietrza
wtórnego;
7 - spaliny zasysane z komory
paleniskowej;
8 - podajnik węgla surowego; 9 -
węgiel;
10 - rurosuszarka; 11 - powietrze
pierwotne; 12 - widok pal nika od
strony komory pa-
leniskowej z fragmentem
orurowania;
13 - powstawanie cyrkulacji
zewnętrznej
spalin w wyniku przepływu
powietrza
wtórnego

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Zasady sporządzania bilansów obiegów cieplnych

34

Równanie bilansu kotła parowego

Dla kotła pracującego z turbiną posiadającą międzystopniowe
przegrzewanie pary, ilość ciepła dostarczonego parze będzie równa:

Q

D i

D

i

D i

i

k

wz

wz

m

m

m



 

 



1

1

2

1

(

)

Sprawność kotła określa się jako stosunek ciepła przejętego przez
parę wodną do ciepła dostarczonego w paliwie:



k

k

pal

Q

Q



Q

Q

pal

k

k





stąd

Ciepło dostarczone do kotła w paliwie można również określić z zależności:

Q

B Q

pal

w

r

 

Na podstawie wcześniejszych równań, można określić ilość paliwa z
następującej zależności:

B

Q

Q

D i

D

i

D i

i

Q

pal

w

r

wz

wz

m

m

m

k

w

r





 

 





1

1

2

1

(

)



Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Zasady sporządzania bilansów obiegów cieplnych

35

Ponieważ D

1

= D

wz

, to:

Równanie bilansu kotła parowego

B

D i

i

D i

i

Q

wz

m

m

m

k

w

r











1

1

2

1

(

)

(

)



Dla sprawności kotła wynoszącej ηk = 0.9, oraz dla wartość
opałowej paliwa do-starczanego do kotła = 1900 kcal/kg = 7952,857
kJ/kg ilość paliwa dostarczanego do kotła wynosi:

B















302 45 3380 11104 272 278 3533333 3041667

09 7952857

114 607

, (

, )

,

(

,

,

)

,

,

,

kg/s

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Zasady sporządzania bilansów obiegów cieplnych

36

Równanie bilansu dla głównej turbiny parowej

P

i

i

D

D i

i

i

D i

i

i D

i

i

i

D i

i

i

D i

i

i

D i

i

i

D i

i

i

D i

i

i

g

u

u

u

u

m

tp

tp

m

odg

odg

m

u

u

m

u

u

m

u

u

m

u

u

m

m

m

g





















































 

[(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)]

1

1

1

2

1

2

1

1

3

1

3

4

1

4

5

1

5

6

1

6

2

1

2

















 

Strumień masy pary na wylocie z turbiny można określić z równania:

D

D

D

D

sk

tp

u

2

6

212 2 20168 12121 179 911















,

,

,

,

kg/s

Przyrost entalpii w międzystopniowym przegrzewaczu pary, można określić zależnością:

i

i

i

m

m

m











2

1

3533333 3041667 491666

,

,

,

kJ/kg

Mając wyznaczone strumienie masy pary upustowej, można obliczyć moc turbiny głównej:

P

g









































































[ ,

(

,

)

,

(

,

)

,

(

,

,

)

,

(

,

,

)

,

(

,

)

,

(

,

,

)

,

(

,

,

)

,

(

,

,

)

,

(

,

,

)] ,

30172 3380 3041667

17522 3380 3330 491666

20168 3380 3141379

491666 10016 3380 3141379 491666 9515 3380 2980 491666 15048 3330 2886667

491666

7 069 3380 2693333 491666

12121 3380 2553333 491666

179 911

3380 2366667 491666 0985









098 36012373 0985098 347 627

,

[

, ] ,

,

,

MW

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Zasady sporządzania bilansów obiegów cieplnych

37

Lp.

Wielkość

Wymiar

Wartość

1

D

1

kg/s

302,5

2

i

1

kJ/kg

3380

3

p

1

MPa

17,6

4

t

1

0

C

535

5

D

m

kg/s

272,3

6

i

m1

kJ/kg

3041,7

7

p

m1

MPa

4,48

8

t

m1

0

C

333

9

i

m2

kJ/kg

3533,3

10

p

m2

MPa

3,99

11

t

m2

0

C

535

12

D

nc

kg/s

215,0

13

i

nc

kJ/kg

2988

14

p

nc

MPa

0,54

15

t

nc

0

C

262

16

D

u1

kg/s

30,2

17

i

u1

kJ/kg

3041,7

18

p

u1

MPa

4,48

19

t

u1

0

C

333

20

i

sku1

kJ/kg

1120,9

21

t

sku1

0

C

257,1

22

D

u2

kg/s

17,5

23

i

u2

kJ/kg

3330

24

p

u2

MPa

2,14

25

t

u2

0

C

439

26

D

skcw

kg/s

47,7

27

i

skcw

kJ/kg

924,2

28

t

skcw

0

C

215,8

29

D

odg

kg/s

10,0

30

i

odg

kJ/kg

3141,4

31

p

odg

MPa

1,07

32

t

odg

0

C

346

33

D

tp

kg/s

20,17

34

i

tp

kJ/kg

3141,4

35

p

tp

MPa

1,07

36

t

tp

0

C

346

37

D

u3

kg/s

9,52

38

i

u3

kJ/kg

2980

39

p

u3

MPa

0,55

40

t

u3

0

C

262

41

i

sku3

kJ/kg

655,3

42

t

sku3

0

C

154,9

43

D

u4

kg/s

15,1

44

i

u4

kJ/kg

2886,7

45

p

u4

MPa

0,31

Rezultaty obliczeń bilansu cieplnego dla bloku 360 MW

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Zasady sporządzania bilansów obiegów cieplnych

38

Lp.

Wielkoś

ć

Wymiar

Wartość

46

t

u4

0

C

205

47

i

sku4

kJ/kg

566,2

48

t

sku4

0

C

134,6

49

D

u5

kg/s

7,07

50

i

u5

kJ/kg

2693,3

51

p

u5

MPa

0,1

52

t

u5

0

C

105

53

i

sku5

kJ/kg

417,51

54

t

sku5

0

C

99,62

55

D

u6

kg/s

12,12

56

i

u6

kJ/kg

2553,3

57

p

u6

MPa

0,04

58

t

u6

0

C

74

59

i

sku6

kJ/kg

317,7

60

t

sku6

0

C

75,9

61

D

2

kg/s

179,9

62

i

2

kJ/kg

2366,7

63

p

2

MPa

0,007

64

t

2

0

C

38,6

65

D

sk

kg/s

212,2

66

i

sk

kJ/kg

162,7

67

p

sk

MPa

0,007

68

t

sk

0

C

38,8

69

i

wz6

kJ/kg

289,1

70

t

wz6

0

C

69

71

i

wz5

kJ/kg

403,9

72

t

wz5

0

C

96,4

73

D

sk1

kg/s

235,1

74

i

wz5

’

kJ/kg

403,9

75

t

wz5

’

0

C

96,4

76

i

wz4

kJ/kg

550,9

77

T

wz4

0

C

131,5

78

I

wz3

kJ/kg

644,1

79

t

wz3

0

C

153,4

80

i

wz3

’

kJ/kg

644,1

81

t

wz3

’

0

C

153,4

82

D

wz

kg/s

302,5

83

i

wz2

kJ/kg

763,3

84

p

wz

MPa

20,9

85

t

wz2

0

C

180

86

i

wz1

kJ/kg

920,7

87

t

wz1

0

C

215

88

i

wz

kJ/kg

1110,4

89

t

wz

0

C

255

Rezultaty obliczeń bilansu cieplnego dla bloku 360 MW

Przedmiot: Podstawy elektroenergetyki, Temat: Zasady sporządzania bilansów obiegów cieplnych

39

Rys. 12. Schemat układ
cieplnego bloku 360 MW, z
wynikami obliczeń bilansu
cieplnego