5.9 Podstawowe urządzenia przetwarzające energię w elektrowniach parowych. W zależności od realizacji procesu rozprężenia klasyfikuje się stopnie turbin na akcyjne i reakcyjne.Maxymalne wykorzystanie energii rozprężonej pary wpadającej na wieniec wirujący osiąga się wówczas, gdy para po zmianie kierunku przepływu na łopatkach ma prędkość minimalną. Współczesne turbiny energetyczne składają się z trzech stopni. Pierwszy stopień zasila się z wielu dysz rozłożonych równomiernie na obwodzie. Większa liczba stopni pracujących przy różnych parametrach pary jest powodem budowania dużych turbin. Duża objętość pary w końcowych stopniach turbiny powoduje konieczność wykorzystywania turbin z wielostrumieniowym przepływem pary w części niskoprężnej wymiany łopatek ostatnich stopni, gdyż te są bowiem ograniczone względami wytrzymałościowymi. Innym rozwiązaniem są turbiny dwuwałowe. Zespół urządzeń służących do przetwarzania energii chemicznej paliwa na energię cieplną nazywa się instalacją kotłową. Główne elementy kotła: 1.palenisko 2.parownik 3.przegrzewacz pary 4. podgrzewacz pary zasilającej 5.podgrzewacz powietrza Palenisko służy do spalania paliwa, gdzie dostarczone jest wraz z powietrzem. W wyniku spalania paliwa jego energia chemiczna zamienia się w energię cieplną, która jest przekazywana wodzi i parze. Odparowywanie wody odbywa się w parowniku. Jeżeli układ cieplny elektrowni przewiduje między stopniowe przegrzewanie pary to przegrzewacz taki jest umieszczony w obrębie kotła u wylotu spalin z komory paleniskowej. Temperatura spalin w komorze paleniskowej poza nią jest znacznie wyższa od dopuszczalnej dla danych gatunków stali z których wykonywane są powierzchnie ogrzewalne. Wymagane jest więc intensywne chłodzenie przez wodę i parę, robione jest to poprzez ciągłą cyrkulację wody. Następnym urządzeniem służącym do przetwarzania energii jednego rodzaju w drugi jest turbina parowa w której energia cieplna jest przetwarzana na energię mechaniczną. przemiana ta odbywa się w wielu stopniach turbiny , z których każdy składa się z nieruchomych tarcz wbudowanych w kadłub turbiny, wyposażonych w dysze i osadzonych na wale. |
5.8 Możliwości zwiększenia sprawności przemiany w elektrowniach parowych. Istnieje wiele możliwości zwiększenia sprawności , główne zostaną omówione. 1. Wpływ temperatury przegrzania pary. Podwyższenie tem. przegrzania pary zwiększ rozbieżność pomiędzy obiegiem Clausiusa-Rankine'a, a odpowiednim obiegiem Carnota. Pomimo tego uzyskuje się zwiększenie sprawności teoretycznej obiegu Clausiusa-Rankine'a, dzięki podwyższeniu średniej tem. czynnika obiegowego przy pochłanianiu ciepła.
2. Wpływ ciśnienia pary dopływa. do turbiny. Aby uniknąć nadmiernego zawilżania rozprężonej pary, należy przy podwyższeniu ciśnienia pary podwyższać równocześnie tem. jej przegrzania lub stosować międzystopnio-we przegrzewanie pary.
3.Międzystopniowe przegrzewanie pary. W elektrowni z międzystopniowym przegrzewaniem pary turbina jest podzielona na część wysokoprężną i część niskoprężna. Para wypływająca z części wysokoprężnej kieruje się do przegrzewacza międzystopnio-wego, w którym tem. pary ponownie podwy-ższa się . Następnie para płynie do części niskoprężnej. Uzyskuje się jak gdyby dodatkowy obieg. Sprawność teoretyczna obiegu z międzystopniowtm przegrzewaniem pary :
4.Wpływ ciśnienia wskraplaczu. Ciśnienie w skraplaczu winno być jak najmniejsze, co jest uwarunkowane zasto-sowaniem jak najzimniejszego czynnika chłodzącego skraplacza. Nie może być to oczywiście czynnik sztucznie oziębiany, gdtż praca praca napędu oziębiarki byłaby większa niż uzyskane zwiększenie pracy obiegu elektrowni. Dlatego kondensator chłodzi się wodą pobieraną z rzeki, zbiornika lub chłodzoną w chłodni kominowej. Realizowane jest też przekazywanie ciepła Qo do powietrza atmosferycznego bez posrednictwa wody w tzw suchych chłodniach kominowych. W przypadku otwartego sysyemu chłodzenia, wodą z rzeki, tem. wody chłodzącej skraplacz nie jest wyższa od 15oC.
5. Regeneracja ciepła. Znaczne oszczędności ciepła , a co za tym idzie znaczny przyrost sprawności można uzyskać przez wykorzystanie ciepła pary, która już częściowo wykonała pracę w turbinie, do podgrzewania skroplin tłoczonych ze skraplacza do kotła. Układ taki nazywamy regenaracyjnym podgrzewaniem wody zasilającej, może być jedno- lub wielo-stopniowym. |
5.6 Obieg Clausiusa-Rankine'a (T-s,i-s) W celu osiągnięcia jak największej sprawności w obiegu elektrowni parowej powinno się stosować jak najwyższą tem. podczas izobaryczno-izotermicznej przemiany parowania. Kocioł parowy w elektrowni wyposaża się w przegrzewacz pary. Tylko część ciepła doprowadza się podczas przemiany izotermicznej, przy niezbyt wysokiej tem. Parę nasyconą o stopniu suchości zbliżoną do z=1 kieruje się do prze-grzewacza, w którym przegrzewa się parę do tem.na jaką zezwalają materiały konstrukcyjne 1-kocioł,2-przegrzewacz pary,3-turbina, 4-generator,5-skraplacz,6-pompa wody chłodzącej,7-pompa skroplin,8-zbiornik wody zasilającej,9-pompa zasilająca Schemat obiegu cieplnego elektrowni parowej pracującej w/g obiegu Clausiusa-Rankine'a. Kocioł(1) z przegrzewaczem (2) wytwarza parę o parametrach początkowych p1,t1. Para rozpręża się następnie adiabatycznie w turbinie (3), przy czym część zawartego w niej ciepła zmienia się na parę mechaniczną napędzającą prądnice (4). Rozprężona para o ciśnieniu p2 wypływa z turbiny do skraplacza (5), gdzie zostaje skroplona za pomocą wody chłodzącej przetłaczanej pompą(6).Pompa skroplinowa(7) zasysa skropliny ze skraplacza i tłoczy je do zbiornika wody zasilającej (8), skąd pompa zasilająca tłoczy wodę do kotła. Górne źródło ciepła, dostarczające ciepło Qd, stanowi tu kocioł z przegrzewaczem pary, dolny natomiast zbiornik odbierający ciepło Qo - skraplacz. Ciepło zamienione na pracę L jest odbierane z prądnicy w postaci energii ele. Przebieg obiegu Rankina na wykresach a)w układzie T-s , b)w układzie i-s.
Stanowi początkowemu wody skroplonej odpowiada punkt 3. Adiabatyczne sprężenie wody skroplonej przez pompę zasilającą do ciśnienia p1 panującego w kotle przedstawia odcinek 3-4. W kotle woda jest podgrzewana do tem. Tn wrzenia, odpowiadającej ciśnieniu p, odcinek 4-5, a następnie izotermicznie i izobarycznie jest odparowywana odcinek 5-4-Od punktu 1 następuje adiabatyczne rozprężanie pary w turbinie do punktu 2a. Ciepło doprowadzone do obiegu( w kotle ) q1=i1-iwz , zaś ciepło nie wykorzystane , odprowadzone z obiegu w skraplaczu q2a=i2a-isk sprawność teoretyczna obiegu
|
|