ZAKRES EGZAMINU
DYPLOMOWEGO

Zagadnienia eksploatacyjne
(Zakres 3.6 – 3.7)

3.6 Budowa i eksploatacja siłowni cieplnej

•

3.6.1 – Definicja i podział

•

3.6.2 – Trójstopniowa przemiana energii

•

3.6.3 – Blok energetyczny

•

3.6.4 – Obieg siłowni cieplnej

•

3.6.5 – Wielkości charakteryzujące elektrownię

•

3.6.6 – Podstawowe układy obiegu parowo - wodnego

3.6.1 – Definicja i podział

•

Siłownia cieplna – zespół urządzeń należących do większego układu
przetwarzającego energię, w którym odbywa się ostateczna konwersja
z pewnego rodzaju energii na energię mechaniczną. W energetyce to
wydzielony budynek, w którym są turbozespół, kocioł i urządzenia
wspomagające (układ sterowania, układ obiegowy czynnika roboczego).

•

Podział siłowni cieplnych:

•

1) ze względu na rodzaj silnika cieplnego

•

- elektrownia parowa klasyczna (czynnik obiegowy to para wytwarzana
w kotle)

•

- elektrownia jądrowa (czynnik obiegowy to para wytwarzana w
reakcjach jądrowych)

•

- elektrownie spalinowe (pracujące w oparciu o silniki tłokowe spalinowe
– Diesel)

•

2) ze względu na rodzaj oddawanej energii

•

- elektrownia (wytwarzanie energii elektrycznej)

•

- elektrociepłownia (wytwarzanie energii elektrycznej i cieplnej)

•

3) ze względu na zakres działania

•

- elektrownie zawodowe: podstawowe zakłady dostarczające energię
elektryczną dla całej gospodarki, główny element systemu
dostarczania energii elektrycznej

•

- elektrownie przemysłowe: wytwarzanie energii elektrycznej w celu
zaspokojenia potrzeb własnych zakładu przemysłowego

•

4) ze względu na czas działania

•

- elektrownie podstawowe: dostarczają do systemu większą części
energii elektrycznej, pracują ze zmienny obciążeniem > 5000 h/rok i
cechują się stosunkowo niską ceną paliwa (elektrownie jądrowe,
elektrociepłownie i przepływowe elektrownie wodne)

•

- elektrownie podszczytowe: zostają uruchomione podczas
zwiększonego zapotrzebowania na moc niż zwykle, pracują 2000 –
5000 h/rok (elektrownie wodne zbiornikowe, elektrownie parowe
prostej konstrukcji)

•

- elektrownie szczytowe: dostarczanie energii elektrycznej podczas
nagłego zapotrzebowania przekraczającego możliwości
podstawowych i podszczytowych elektrowni, ostatni rezerwa, pracują
przez < 2000 h/rok , cechują się znaczną cenna paliwa (stare
elektrownie, elektrownie wodne szczytowo – pompowe, elektrownie
gazowe i gazowo – parowe)

3.6.2 Trójstopniowe przetwarzanie energii

•

Funkcjonowanie siłowni cieplnej jest oparte na przetwarzaniu
energii chemicznej paliwa w energii elektryczną. Podstawowymi jej
elementami jest kocioł parowy ,turbina parowa z upustami,
skraplacz, układ regeneracji, skraplacza, generator i prądnica.
Pozyskanie energii dokonuje się w sposób trójetapowy:

•

W I etapie energia chemiczna paliwa zostaje uwolniona w procesie
spalania w kotle i przekazana jako energii cieplna zawarta w parze.
II etap to rozprężanie pary w turbinie pozwalającej na uzyskanie
energii mechanicznej. Ostatni III etap polega na przetwarzaniu
energii mechanicznej na energię elektryczną.

3.6.3 Blok energetyczny

•

Blok energetyczny – turbozespół współpracujący z kotłem parowym, stanowiący autonomiczny system
energetyczny w elektrowni wraz z podstawowymi systemami umożliwiającymi eksploatację bloku

•

Podstawowe układy bloku energetycznego:

•

1) układ paliwo – powietrze – spaliny

•

Przeprowadzanie procesu spalania paliwa wraz z uwolnieniem energii przejmowanej przez czynnika
obiegowy oraz dostarczeniem niezbędnych substratów oraz transportem zbędnych produktów procesu.

•

Elementy: kocioł parowy, system dostarczania powietrza, system dostarczania paliwa, układ
wyprowadzania spalin wraz z ich oczyszczaniem oraz układ usuwania produktów spalania.

•

2) Układ parowo – wodny

•

Odpowiada za przemiany czynnika obiegowego układu wraz z kolejnymi przemianami postaci energii
uzyskanej podczas procesu spalania. Zalicza się tutaj: elementy kotła (parownik, walczak, podgrzewacz
wody, turbina parowa, skraplacz, układ regeneracji, system rurociągów i pomp.

•

3) układ chłodzenia

•

Bezpośrednio działa z układem parowo – wodnym i odpowiada za wyprowadzenie ciepła skraplanie
pary wylotowej z turbiny po dokonaniu pracy. Opiera się na wymuszonym obiegu wody chłodzącej. W
systemie zamkniętym (skraplacz, pompa, rurociągi i chłodnia kominowa) czynnik chłodzący po oddaniu
ciepła do atmosfery z powrotem wraca do skraplacza. W systemie otwartym brak chłodni kominowej w
jej miejsce wchodzi źródło wysokowydajne, woda z skraplacza trafia do źródła ale nie jest z powrotem
tłoczona do urządzenia ale pobiera się nową porcję wody chłodzącej.

•

4) Układ wyprowadzania mocy

•

Dostarczenie energii elektrycznej wytworzonej przez turbozespół do sieci elektroenergetycznej
przesyłowej i na zaspokojenie potrzeb własnych. Elementami systemu są : prądnica, transformator
blokowy (podniesienie U prądnicy do wartości U rozdzielnicy głównej i sieci przesyłowej), transformator
potrzeb własnych.

3.6.4 Obieg siłowni cieplnej

•

Podstawowym obiegiem wykorzystywanym do opisu procesów
zachodzących w siłowni cieplnej jest obieg Clausiusa – Rankine’a.

•

1 – 2 – izentropowe rozprężenie pary w turbinie

•

2 – 3 – izobaryczne (izotermiczne) skraplanie pary w skraplaczu

•

3 – 4 – izentropowe (izochoryczne) pompowanie wody zasilającej

•

4 – 1 izobaryczne podgrzewanie wody, odparowanie i przegrzanie pary

•

Czynnikiem obiegowym układu parowo – wodnego jest . W kotle
woda ulega podgrzaniu izobarycznemu poprzez pobieranie ciepła
uzyskiwanego podczas spalania przez gorące spaliny, następnie
zostaje odparowana do pary nasyconej suchej i przegrzana. Para
przegrzana transportowana jest do turbiny parowej. Para zostaje
poddana rozprężaniu izentropowemu wykonując pracę i zmieniając
postać z energii cieplnej na mechaniczną. Z turbiny wypływa para
nasycona mokra poddawana izobarycznemu skraplaniu w
skraplaczu. Kondensat poddaje się regeneracji poprzez
doprowadzenie pary z upustu turbiny. Wodny kondensat zostaje
poddany izentropowemu pompowaniu w celu dostarczeniu go o
wartości ciśnienia prawie równemu ciśnieniu pary przegrzanej
opuszczającej kocioł. Ciepło skraplania pary wylotowej z turbiny
zostaje poprzez układ chłodzenia wyprowadzone na zewnątrz.

•

 

3.6.5 Wielkości charakteryzujące elektrownię

•

1) Moc elektrowni

•

A) Moc zainstalowana – suma mocy zainstalowanych turbozespołów
wchodzących w skład elektrowni

•

B) Moc osiągalna – moc możliwa do osiągnięcia przy dobrym stanie urządzeń i
normalnych warunkach eksploatacji w czasie nie krótszym niż 15h.

•

C) Moc dyspozycyjna – maksymalna moc możliwa do uzyskania w ustalonym
czasie lub terminie przy rzeczywistych warunkach pracy

•

2) Sprawność elektrowni

•

A) brutto: =

•

B) netto: =

•

C) termiczna: =

•

E – energia elektryczna na zaciskach generatora

•

B – strumień paliwa

•

- energia elektryczna na potrzeby własne

•

- moc elektryczna użyteczna

•

- wartość opałowa paliwa

•

= - względne zużycie paliwa na potrzeby własne (elektrownia kondensacyjna 5
– 9%, elektrociepłownia 20%)

•

 

3.6.6 Podstawowe układy obiegu parowo -
wodnego

1) Układ cieplny
a) Wymiennik ciepła
Urządzenie, w którym dochodzi do wymiany
ciepła między dwoma czynnikami o różnych
temperaturach (podgrzewanie, chłodzenie,
zmiana stanu skupienia czynników)
b) Podgrzewacz regeneracyjny
Podgrzanie kondensatu pochodzącego ze
skraplacza
c) Podgrzewacz wody sieciowej
Dostarczenie energii cieplnej do odbiorców.
d) Odgazowywacz
Usuwanie z kondensatu rozpuszczonych w
nim gazów
f) Wyparka
Uzupełnianie strat czynnika w obiegu cieplnym,
odparowanie wstępne, zmiękczanie wody zasilającej

g) Przetwornica pary
Wysokoprężna wyparka, w której para pierwotna upustowa odparowuje parę
wtórną przeznaczoną dla odbiorców technologicznych bez zwracania skroplin.
h) Stacje redukujące i schładzające pary
Obniżenie parametrów przepływającego czynnika. Najczęściej występują w
postaci stacji redukcyjno – schładzających (RSCh)
i) Rozprężacze
Ograniczenie strat czynnika w obiegu i odzyskanie części ciepła zawartego w
odsolinach, obniżenie ciśnienia wody w elemencie dławiącym, separacja
powstającej podczas rozprężenia pary.

•

2) Układ regeneracyjnego podgrzewania wody zasilającej

•

Połączenie w jedną całość kotła, turbiny, rurociągów: parowy, kondensatu

•

i wody zasilającej oraz pompy. Dochodzi do podgrzania kondensatu i

•

wody zasilającej parą upustowa celem zmniejszenie strat ciepła w

•

skraplaczu przez mniejszy dopływ pary oraz odzyskanie części ciepła

•

w postaci wzrostu entalpi wody zasilającej.

•

3) Układ pompowania i odgazowania wody zasilającej

•

Usunięcie gazów rozpuszczonych w wodzie zasilającej celem zapewnienia

•

ochrony kotła przed korozją i zapewnienia właściwych warunków

•

kondensacji pary w skraplaczu. Pompowanie pozwala na osiągnięcie

•

ciśnienia zbliżonego do ciśnienia pary wylotowej z kotła.

•

Rodzaje odgazowania

•

A) chemiczne – wiązanie tlenu i azotu w sposób chemiczny ale tylko

•

w przypadku usuwania szczątkowych pozostałości.

•

B) Mechaniczne – rozkroplanie zagazowanej wody do rozmiarów kropel

•

w przybliżeniu rozmiarom pęcherzyków gazów rozpuszczonych.

•

C) termiczne – doprowadzenie wody do stanu wrzenia (nasycenia/0, w
którym rozpuszczalność gazów w wodzie jest znikoma

•

3) Układ skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej

•

Powiązanie przetwarzania energii chemicznej paliwa na energię eklektyczną
z uzyskaniem energii cieplnej. Dokonuje się tego poprzez zastosowanie
turbiny upustowej, z której część pary zasila sieciowe wymienniki ciepła
dostarczając energię cieplna do odbiorców z jednoczesnym otrzymywaniem
energii elektrycznej dzięki rozprężaniu pary przepływającej przez turbinę.

•

•

3.7 Budowa i eksploatacja siłowni jądrowej

•

3.7.1 – Definicja i podstawowe elementy

•

3.7.2 – Budowa siłowni na przykładzie PWR

•

3.7.3 – Główne elementy siłowni

3.7.1 Definicja

•

Siłownia jądrowa – siłownia wyposażona w źródło ciepła w postaci
reaktora jądrowego. Energię uzyskuje się na drodze przemian
jądrowych (rozszczepianie jąder izotopu U -235). Reaktor
wyposażony jest w obieg chłodzący, który ciepło odebrane
przekazuje do części parowej identycznie zbudowanej i
funkcjonującej jak w siłowni parowej.

Wielkość

PWR

BWR

AGR

Candu

RMBK

HTR

Moc [MW]

1200

600

600

600

1000

1300

Paliwo [% U-
235]

3,2

2,6

2,3

0,7

2,0

10

Wymiary
rdzenia [ m[

3x3,7

3,7x3,7

9,1x8,5

7,1x5,9

11,8x7

9,8x6

Ciśnienie
[MPa]

150

70

40

86

67

48

Temperatura
na wyjściu [

324

286

650

305

284

720

Ciśnienie
pary [MPa]

4,0 – 6

7

16

4,7

6,5

16,5

Temperatura
pary [

250 - 290

280

565

260

280

530

Sprawność
[%]

35

34

42

30

31

40

Wielkość

PWR

BWR

AGR

Candu

RMBK

HTR

Moc [MW]

1200

600

600

600

1000

1300

Paliwo [% U-
235]

3,2

2,6

2,3

0,7

2,0

10

3x3,7

3,7x3,7

9,1x8,5

7,1x5,9

11,8x7

9,8x6

Ciśnienie
[MPa]

150

70

40

86

67

48

324

286

650

305

284

720

Ciśnienie
pary [MPa]

4,0 – 6

7

16

4,7

6,5

16,5

250 - 290

280

565

260

280

530

Sprawność
[%]

35

34

42

30

31

40

3.7.2 Budowa siłowni na przykładzie PWR

•

Siłowni jądrowa dzieli się na dwie części : jądrowa i konwencjonalną. Część
jadrowa skład się z reaktora, układu chłodzenia, układu sterowania i układów
zabezpieczeń. Odpowiada ona za przemianę energii chemicznej paliwa na
drodze rozszczepiania jąder izotopu U – 235 w energię cieplną przenoszoną
za pomocą czynnika chłodzącego do części konwencjonalnej. Część
konwencjonalna posiada identyczną budową i funkcjonowanie jak w
przypadku siłowni cieplnej (różnica to brak kotła) czyli turbozespół, układ
chłodzenia, układ regeneracji i system rurociągów oraz pomp. Dochodzi tej
części do przemiany energii cieplnej zawartej w parze w energię
mechaniczną w turbinie, a następnie w energię elektryczną. Połączeniem
obu części jest wytwornica pary.

3.7.2 Główne elementy siłowni

•

1) Reaktor jądrowy

•

Główne źródło energii pełniące identyczna funkcję jak kocioł parowy w
siłowni parowej. Podstawowym paliwem jest izotop U – 235 w postaci U.

•

2) Stabilizator ciśnienia

•

Kompensacja zmian objętości wody w układzie chłodzenia reaktora (obieg
pierwotny) wskutek zmian temperatury. Utrzymywanie ciśnienia na stałym
poziomie.

•

3) Pompa cyrkulacyjna

•

Wymusza obieg czynnika chłodzącego w obiegu pierwotnym
przepływającego przez reaktor zapewnia właściwe funkcjonowanie reaktora.

•

4) Wytwornica pary

•

Urządzenie spinające obieg pierwotny i wtórny. Dochodzi do przekazania
energii z obiegu chłodzącego do obiegu parowego z wykorzystaniem efektu
odparowania czynnika obiegowego w części konwencjonalnej.

•

Część parowa jest identyczna jak w przypadku punktu 3.6.

•