Kogeneracja i techniki niskoemisyjne
Mikroturbiny gazowe układzie CHP
Mikroturbiny są rozwinięciem technologicznym układów
turbin gazowych z regeneracją ciepła, moce osiągane przez
te układy to 25-300 kW.
Różnice:
-zastosowanie sprężarki i turbiny promieniowej
-zastosowanie sprężarki i turbiny promieniowej
-regeneracyjnego podgrzewacza powietrza zintegrowanego
z całym układem.
-Sprawność elektryczna obecnie produkowanych
mikroturbin osiÄ…ga poziom 25-30%,
-Całkowita sprawność układu 85 %
W układzie zastosowano niskie stopnie sprężania i niezbyt
wysokich temperatur - prostÄ… konstrukcja turbiny.
Mikroturbiny gazowe układzie CHP
Charakterystyka:
-temperatura czynnika na wlocie do turbiny wynosi 870-
1000°C
-jednostopniowa sprężarka odśrodkowa pracuje ze
stosunkiem sprężania od 3 do 5.
stosunkiem sprężania od 3 do 5.
-regeneracja ciepła jest stosowana we wszystkich
układach
- w większości turbin prękość obrotowa wynosi 90,000 to
120,000 rpm
- Paliwem do spalania w mikroturbinach może być gaz,
diesel, benzyna, alcohol.
Mikroturbiny gazowe układzie CHP
Koszt mikrotubiny to $700 - $1,100/kW
Układy gazowe - Mikroturbiny
Schemat układu mikroturbiny
Przekrój mikroturbiny gazowej Capstone C-65
Mikroturbiny - charakterystyka
Mikroturbiny - charakterystyka
Mikroturbiny - charakterystyka
- czas między serwisami wynosi w przypadku
mikroturbin 6000-8000 h.
- całkowitym okresie eksploatacji ok. 80 000 h.
Zalety (niewielkie rozmiary, mały ciężar, niska emisja
Zalety (niewielkie rozmiary, mały ciężar, niska emisja
hałasu) mikroturbiny gazowe mogą znalez
ć
zastosowanie w zasilaniu nośnikami energii małych
obiektów, np. biur, mieszkań, domki jednorodzinne,
systemy elektryczno-chłodniczo-grzejnych, tzw. BCHP
(ang. Building Cooling Heat and Power)
Mikroturbiny - charakterystyka
ABB MT100 microturbine combined heat and power
unit
Mikroturbiny - charakterystyka
Mikroturbiny - charakterystyka
Mikroturbiny - charakterystyka
Mikroturbiny - charakterystyka
Mikroturbiny - charakterystyka
Elliot Energy Systems, located in Stuart, Florida,
develops and manufactures the 100-kW TA CHP
Mikroturbiny - charakterystyka
Mikroturbiny - charakterystyka
Mikroturbiny - charakterystyka
Mikroturbiny - charakterystyka
Układy ORC Organic Rankine
Cycle
Układy ORC Organic Rankine Cycle
Odpadowa wysokotemperaturowa energia cieplna jest
znacznie Å‚atwiejsza w zagospodarowaniu, dajÄ…c szereg
możliwości wykorzystania jej zarówno w sposób bezpośredni
(wymiennik ciepła, wytwornica pary
(wymiennik ciepła, wytwornica pary
technologicznej,regenerator), jak i pośrednio (turbogenerator,
ORC).
Wybór optymalnego rozwiązania zależy bowiem od:
- konkretnego strumienia ciepła, gdy nie tylko jego wielkość i
entalpia, ale zwłaszcza masowy strumień czynnika oraz jego
skład są brane pod uwagę.
Mikroturbiny  charakterystyka ORC
Układy ORC Organic Rankine
Cycle
Odpowiednikami turbin parowych wielkiej mocy w
energetyce rozproszonej są małe turbiny lub
mikroturbiny parowe pracujÄ…ce w organicznym obiegu
Rankine a (ORC),
Podstawowymi elementami składowymi siłowni są:
Podstawowymi elementami składowymi siłowni są:
- ekologiczny kocioł przystosowany do spalania różnego
rodzaju biomasy i biopaliw,
-obieg pośredni oleju termalnego odbierający ciepło od
spalin i przekazujÄ…cy je do czynnika roboczego oraz
obieg ORC.
Mikroturbiny  charakterystyka ORC
Układy ORC Organic Rankine
Cycle
W takim rozwiÄ…zaniu prÄ…d elektryczny stanowi ok. 10-
20%mocy cieplnej układu.
UrzÄ…dzenia tego typu pracuje w zakresie mocy
cieplnej do 20kWc i mocy elektrycznej do 4kWe mogÄ…
cieplnej do 20kWc i mocy elektrycznej do 4kWe mogÄ…
stanowić zaspokojenie potrzeb energetycznych
odbiorców indywidualnych. Przy mocy modułu do
1000kWc i 200kWe (maksymalnie do 5MW i 1 MWe
odpowiednio) mogą stanowić wyposażenie lokalnych
centrów agroenergetycznych.
Mikroturbiny  charakterystyka ORC
Układy ORC Organic Rankine
Cycle
Obieg ORC realizowany jest w następujących
urzÄ…dzeniach technicznych:
" wymienniku ciepła do podgrzewu (czynnika roboczego)
cieczy organicznej (nawet do stanu nasycenia) przy
wykorzystaniu ciepła odpadowego,
- wytwornicy pary do generacji pary nasyconej suchej,
również zasilanej ciepłem odpadowym,
" turbinie parowej do ekspansji pary nasyconej suchej,
do stanu pary przegrzanej,
" rekuperatorze ciepła (chłodnica pary przegrzanej, a
równocześnie
podgrzewacz cieczy),
" skraplaczu pary,
" pompie cieczy zasilajÄ…cej rekuperator i dalsze wymienniki
ciepła.
1 2  izentropowe rozprężanie
pary nasyconej lub przegrzanej
(rozprężanie czynnika jak w
obiegu Carnota),
2 3  izobaryczne
odprowadzanie ciepła 
skraplanie pary (izobaryczno-
izotermiczne odprowadzanie
ciepła jak w obiegu Carnota),
3 4  izentropowe sprężanie
3 4  izentropowe sprężanie
powstałej cieczy (sprężanie
czynnika jak w obiegu
Carnota),
4 1  izobaryczne
doprowadzanie ciepła 
odparowanie
cieczy i ewentualne
przegrzanie powstałej pary.
Mikroturbiny  charakterystyka ORC
Układy ORC Organic Rankine
Cycle
Przy ocenie siłowni parowych zastąpienie obiegu
Carnota obiegiem Clausiusa-Rankine a (obieg C-R)
zwanego w literaturze anglosaskiej, obiegiem Rankine a:
1 2  izentropowe rozprężanie pary nasyconej lub
przegrzanej
przegrzanej
(rozprężanie czynnika jak w obiegu Carnota),
" 2 3  izobaryczne odprowadzanie ciepła  skraplanie
pary (izobaryczno-izotermiczne odprowadzanie ciepła
jak w obiegu Carnota),
" 3 4  izentropowe sprężanie powstałej cieczy
(sprężanie
czynnika jak w obiegu Carnota),
Mikroturbiny  charakterystyka ORC
Układy ORC Organic Rankine
Cycle
Obieg Clausiusa-Rankine a różni się od obiegu Carnota:
-przemianą doprowadzania ciepła
W miejsce izotermicznego doprowadzania ciepła  jak w obiegu
Carnota  zastosowano izobaryczne doprowadzanie ciepła do
czynnika, przy czym w pewnym zakresie  podczas zmiany
czynnika, przy czym w pewnym zakresie  podczas zmiany
fazowej (parowania) tego czynnika  ma miejsce proces
izotermiczny.
Obieg C-R stosowany jest zarówno przy ocenie konwencjonalnej
siłowni parowej (na parę wodną) zasilanej paliwem organicznym,
jak i siłowni jądrowej zasilanej paliwem jądrowym. Może on także
służyć ocenie siłowni na inne czynniki parowe (poza parą wodną)
być tzw. czynniki niskowrzące (oleje syntetyczne, freony,
węglowodory itd.), zwane też organicznymi
Mikroturbiny  charakterystyka ORC
Czynniki robocze układu ORC
R123 orazetanolu
OLEJ SILIKONOWY
oleje syntetyczne, freony, węglowodory
Sprawność energetyczną
dowolnego obiegu określa stosunek
pracy tego obiegu Lob, przez
którą rozumie się różnicę pomiędzy
pracÄ… ekspansji
(w turbinie) a pracÄ… kompresji
(sprężarki, pompy), do ciepła
doprowadzonego Qd:
W przypadku, gdy ten sam strumień
masy czynnika roboczego podlega
cyklicznym przemianom w obiegu,
sprawność wyraża się poprzez
stosunek wielkości
jednostkowych,
czyli pracy i ciepła:
Dla obiegu ORC podczas przemiany
izentropowej ) praca tej przemiany
wyraża się poprzez
różnicę entalpii właściwej stanów
skrajnych:
Ciepło doprowadzone podczas
przemiany izobarycznej
wyraża się również poprzez różnicę
entalpii właściwej
Mikroturbiny  charakterystyka ORC
Układy ORC Organic Rankine
Cycle
Mikroturbiny  charakterystyka ORC
Układy ORC Organic Rankine
Cycle
Mikroturbiny  charakterystyka ORC
Układy ORC Organic Rankine
Cycle
Mikroturbiny  charakterystyka ORC
Mikroturbiny  charakterystyka ORC
model Turboden
Mikroturbiny  charakterystyka ORC
Układy ORC Organic Rankine
Cycle
Mikroturbiny  charakterystyka ORC
Mikroturbiny  charakterystyka ORC
Mikroturbiny  charakterystyka ORC
Mikroturbiny  charakterystyka ORC
Układ ORC z wykorzystaniem oleju termalnego praktycznie nie
posiada żadnej z wad układu parowego. Ciśnienia
występujące zarówno po stronie oleju termalnego, jak i oleju
silikonowego są na poziomie kilku barów. Obydwa obiegi są
szczelne i nie wymagają uzupełniania. Ze względu na
szczelne i nie wymagają uzupełniania. Ze względu na
konserwujące środowisko oleju silikonowego turbina ORC
jest praktycznie niezniszczalna (okresy pomiędzy
przeglądami głównymi wynoszą ~50 tys. godzin). Blok ORC
w zasadzie nie wymaga bieżącej obsługi.
Relatywnie wysoka jest sprawność wytwarzania energii
elektrycznej, tj. 20 24%.
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Układ gazowo-parowy to połączenie otwartego obiegu
turbiny gazowej z zamkniętym obiegiem parowym. Takie
rozwiÄ…zanie wykorzystuje pozytywne cechy turbiny
gazowej w zakresie wysokich temperatur i jednocześnie
niweluje defekt, jakim jest wysoka temperatura spalin,
niweluje defekt, jakim jest wysoka temperatura spalin,
które wykorzystuje się do wytworzenia pary, odbierając
w ten sposób znaczne ilości ciepła w nich zgromadzone.
Ponadto w obiegu parowym sposób odprowadzania
ciepła do dolnego z
ródła, odbywający się przy stałej,
stosunkowo niskiej temperaturze, jest wartością dodaną.
Takiego typu układy znajdują praktyczne zastosowanie
w elektrowniach zawodowych.
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Liczne struktury układów gazowo-parowych można podzielić względem
różnych kryteriów. Zasadniczo mogą różnić się one od siebie:
·ð obiegiem parowym
o układy z jednociśnieniowym kotłem odzyskowym,
o układy z dwuciśnieniowym kotłem odzyskowym,
o układy z trójciśnieniowym kotłem odzyskowym,
o układy z trójciśnieniowym kotłem odzyskowym,
o układy z przegrzewem międzystopniowym,
o układy bez przegrzewu międzystopniowego.
·ð konstrukcjÄ… kotÅ‚a odzyskowego
o poziome,
o pionowe,
o z wymuszonÄ… cyrkulacjÄ…,
o z naturalnÄ… cyrkulacjÄ…,
o bez dopalania,
o z dopalaniem.
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
napędem generatora
o układy jednowałowe  generator pracuje na wspólnym wale z turbina gazową
i parowÄ…,
o układy wielowałowe  osobne generatory dla części gazowej i parowej.
·ð instalacjÄ… turbin gazowych, które można podzielić ze wzglÄ™du na:
o sposób spalania,
o sposób spalania,
·ð spalanie klasyczne (proste),
·ð spalanie sekwencyjne.
o sposób chłodzenia elementów turbiny,
o metodÄ™ ograniczenia emisji NOx,
o rodzaj spalanego paliwa,
·ð gaz ziemny  wysokometanowy, zaazotowany,
·ð gazy specjalne  technologiczne, biogazy,
·ð olej opaÅ‚owy,
·ð gaz ze zgazowania,
·ð wielopaliwowe,
·ð
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
·ð ukÅ‚adem odgazowania*
o układy z odgazowywaczem mieszankowym zasilanym parą z upustu turbiny
parowej,
o układy ze wstępnym spalinowym podgrzaniem kondensatu przed
skierowaniem go do odgazowywacza zasilanego parÄ… z upustu turbiny,
o układy z parownikiem mieszankowym, kondensat niepodgrzewany,
o układy z parownikiem mieszankowym, kondensat niepodgrzewany,
o układy z recyrkulacją kondensatu podgrzanego w wymienniku spalinowym,
o układy z parownikiem mieszankowym zasilanym kondensatem podgrzanym
w wymienniku spalinowym,
·ð sposobem chÅ‚odzenia w części parowej
o obieg otwarty  woda pochodzÄ…ca z rzeki, jeziora, morza
o obieg zamknięty
o chłodzenie powietrzem
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Sposoby sprzęgania układu gazowego z obiegiem parowym
Sposoby łączenia obiegów można podzielić na równoległe i
szeregowe. Najczęściej stosowanymi są rozwiązania szeregowe,
tzw. Combined Cycle ze spalaniem gazu ziemnego
Do podstawowych Combined Cycle, należą:
Do podstawowych Combined Cycle, należą:
·ð turbina gazowa,
·ð kocioÅ‚ odzyskowy,
·ð obieg parowy (turbina parowa z niezbÄ™dnymi urzÄ…dzeniami),
·ð generator (jeden lub wiÄ™cej w zależnoÅ›ci od konfiguracji),
·ð ukÅ‚ad chÅ‚odzenia części parowej.
.
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Układ równoległy - z wysokociśnieniową wytwornicą pary
(WWP)
Powietrze sprężone przez sprężarkę S (trafia do paleniska WWP
 kotła doładowanego  gdzie dochodzi do izobarycznego
spalenia dostarczonego paliwa gazowego lub ciekłego C. WWP
spalenia dostarczonego paliwa gazowego lub ciekłego C. WWP
pełni również rolę komory spalania. Poprzez podwyższenie
ciśnienia i uzyskanie wyższych prędkości przepływu spalin
procesy spalania i wymiany ciepła w kotle doładowanym
zachodzÄ… bardzo intensywnie. Pozwala to na zmniejszenie
wymiarów w stosunku do kotłów konwencjonalnych. Ciepło spalin
wykorzystuje się częściowo do wytworzenia pary oraz częściowo
przetwarzane jest na pracę w turbinie gazowej T. Rozprężone
spalin zanim trafią do atmosfery oddają jeszcze ciepło wodzie
zasilajÄ…cej w wymienniku spaliny-woda E.
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Układ równoległy - z wysokociśnieniową wytwornicą pary
(WWP)
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Układ szeregowy z kotłem odzyskowym  Combined Cycle
W układzie tym gazy wylotowe turbiny gazowej, posiadającej
autonomiczną komorę spalania, wprowadzane są do kotła
odzyskowego KO o konstrukcji zbliżonej jak w przypadku kotłów
konwencjonalnych
konwencjonalnych
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy jest tu jedynie wytwornicą pary dla
turbiny parowej. Pod względem termodynamicznym
układ ten jest najlepszym możliwym rozwiązaniem,
ponieważ ciepło dostarczane jest tylko w turbinie
gazowej, co skutkuje uzyskiwaniem najwyższych jak
gazowej, co skutkuje uzyskiwaniem najwyższych jak
dotąd sprawność wśród obiegów gazowo-parowych.
Moc turbiny parowej jest ściśle zależna od mocy części
gazowej. Podobnie jak w poprzednim rozwiÄ…zaniu
możliwa jest niezależna praca samej części gazowej z
odprowadzeniem spalin poza kotłem odzyskowym
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Układ szeregowy z dopalaniem
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Układy wykorzystujące tzw. quasi integrację
Wykorzystanie ciepła spalin do przygotowania paliwa
wprowadzanego go kotła spalającego węgiel brunatny.
Paliwo to ma zazwyczaj wysoką wilgotność, na poziomie
50%, co powoduje, że ok. 15% spalanego w kotle paliwa
50%, co powoduje, że ok. 15% spalanego w kotle paliwa
jest zużywane na jej odparowanie. Ponadto tak duża jej
zawartość wpływa negatywnie na warunki wymiany
ciepła w kotle oraz na działanie instalacji odsiarczania.
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Sprzęgnięcie układu turbiny gazowej z instalacją podawania
paliwa i w efekcie jego podsuszenie daje korzystne efekty w
postaci:
·ð okoÅ‚o dwukrotnego zwiÄ™kszenia wartoÅ›ci opaÅ‚owej wÄ™gla,
·ð poprawienia struktury gazów w komorze paleniskowej,
·ð poprawienia struktury gazów w komorze paleniskowej,
·ð zmniejszenia iloÅ›ci spalin emitowanych przez kocioÅ‚,
·ð podwyższenia sprawnoÅ›ci kotÅ‚a, co zbliża jego osiÄ…gi do kotłów
opalanych węglem kamiennym.
Dodatkowo istnieje możliwość wykorzystania gorących skroplin,
pochodzÄ…cych z instalacji osuszania paliwa, do regeneracyjnego
podgrzewania spalin w instalacji odsiarczania, bÄ…dz
do celów
ciepłowniczych.
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Sprzęgnięcie układu turbiny gazowej z instalacją podawania
paliwa i w efekcie jego podsuszenie daje korzystne efekty w
postaci:
·ð okoÅ‚o dwukrotnego zwiÄ™kszenia wartoÅ›ci opaÅ‚owej wÄ™gla,
·ð poprawienia struktury gazów w komorze paleniskowej,
·ð poprawienia struktury gazów w komorze paleniskowej,
·ð zmniejszenia iloÅ›ci spalin emitowanych przez kocioÅ‚,
·ð podwyższenia sprawnoÅ›ci kotÅ‚a, co zbliża jego osiÄ…gi do kotłów
opalanych węglem kamiennym.
Dodatkowo istnieje możliwość wykorzystania gorących skroplin,
pochodzÄ…cych z instalacji osuszania paliwa, do regeneracyjnego
podgrzewania spalin w instalacji odsiarczania, bÄ…dz
do celów
ciepłowniczych.
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Elektrociepłownie gazowo-parowe o małych i średnich
mocach są budowane zazwyczaj z kotłami odzyskowymi
jednociśnieniowymi.
Stosuje się różne rozwiązania wymienników
Stosuje się różne rozwiązania wymienników
ciepłowniczych, np. klasyczne rozwiązanie polega na
wbudowaniu wymienników zasilanych wyłącznie parą
upustową. W celu możliwie dużego wykorzystania
entalpii spalin celowe jest zainstalowanie w kotle
odzyskowym parowacza deaeracyjnego.
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
schemat elektrociepłowni
gazowo-parowej z
jednociśnieniowym kotłem
odzyskowym i parowaczem
deaeracyjnym LP - walczak
parowacza
parowacza
de-aeracyjnego, HP -
walczak pa-rowacza
wysokociśnieniowego
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
W układach z klasycznym odgazowywaczem zasilanym
parÄ… upustowÄ…, konieczne jest zainstalowanie w
wylotowej części kotła odzyskowego spalinowego
podgrzewacza wody sieciowej, w celu obniżenia
podgrzewacza wody sieciowej, w celu obniżenia
temperatury spalin wylotowych i zwiększenia sprawności
całkowitej elektrociepłowni. W elektrociepłowni
przemysłowej, w której istnieje zapotrzebowanie na parę
wodną do celów technologicznych, można zainstalować
elektrociepłownię gazowo-parową z turbiną parową
przeciwprężną lub upustowo-przeciwprężną.
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
schemat
elektrociepłowni
gazowo-parowej z
jednociśnieniowym
kotłem odzyskowym i
ze spalinowym
ze spalinowym
podgrzewaczem wody
sieciowej HP -
walczak parowacza
wysokociśnieniowego
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
Kocioł odzyskowy (HRSG  heat recovery steam generator)
można nazwać  mózgiem układów gazowo-parowych, gdyż jego
dobór prowadzi do optymalizacji całego układu dla danej turbiny
gazowej i stawianych wymagań. Dla obecnego poziomu
technologii nie wykonuje się turbin gazowych na zamówienie. To
wyłącznie od typu kotła zależy moc elektryczna i cieplna
wyłącznie od typu kotła zależy moc elektryczna i cieplna
kombinowanych układów gazowo-parowych .
Kocioł odzyskowy jest zespołem połączonych wymienników
ciepła, których zadaniem jest wykorzystanie ciepła spalin
turbiny gazowej, których temperatura wynosi od 500 do
650°C, do generacji pary przeznaczonej do wykonania pracy w
turbinie parowej napędzającej generator. Może również
występować generowanie gorącej wody bądz
pary do celów
technologicznych.
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
W małych układach skojarzonych stosuje się dwa
rodzaje kotłów odzyskowych:
-wodne (wymienniki ciepłownicze spaliny-woda),
- parowe, tzw. HRSG (ang. Heat Recovery Steam
Generator).
Generator).
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
Porównanie kotła odzyskowego z kotłem klasycznym:
-znacznie mniejszą średnią różnicą temperatury między spalinami
i wytwarzanym czynnikiem (woda, para). Przy tej samej mocy
cieplnej strumień spalin w kotle odzyskowym jest więc znacznie
większy aniżeli w kotle klasycznym.
większy aniżeli w kotle klasycznym.
-wymiana ciepła w kotłach odzyskowych odbywa się głównie na
drodze konwekcji.
- mała różnica temperatury między spalinami a wytwarzanym
czynnikiem (zwłaszcza przy produkcji pary wodnej o
podwyższonych parametrach) sprawia, że kotły odzyskowe
muszą mieć odpowiednio rozbudowane powierzchnie wymiany
ciepła. Zwiększenie różnicy temperatury można uzyskać przez
zastosowanie dopalania, tzn. spalenia dodatkowej ilości paliwa w
strumieniu spalin przed kotłem.
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
Porównanie kotła odzyskowego z kotłem klasycznym:
- dużym strumieniem spalin w stosunku do strumienia
wytwarzanej pary,
-niskimi oporami przepływu spalin,
-dużym udziałem powierzchni ogrzewalnych z rur ożebrowanych,
-dużym udziałem powierzchni ogrzewalnych z rur ożebrowanych,
-lekkÄ… i szczelnÄ… konstrukcjÄ… obudowy,
-budową modułową i wysokim stopniem zblokowania części
składowych kotła,
-wysoką niezawodnością.
Kotły odzyskowe parowe są konstruowane w układzie
przeciwprądowym, tzn. śledząc kierunek przepływu pary, kolejne
elementy kotła to podgrzewacz wody, parowacz i przegrzewacz
pary.
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
Kotły odzyskowe wodne współpracujące z siecią cieplną o
niskich parametrach jest możliwe schłodzenie spalin do niskiej
temperatury i odzysk znacznej ilości ciepła. Spaliny zazwyczaj są
prowadzone wewnątrz rur (płomienica, płomieniówki).
Kocioł odzyskowy wodny ma postać wymiennika płaszczowo-
Kocioł odzyskowy wodny ma postać wymiennika płaszczowo-
rurowego typu spaliny woda, kiedy współpracuje z silnikiem
spalinowym, lub kotła o konstrukcji zbliżonej do kotła wodnego
gazowego. Temperatura wylotowa spalin jest utrzymywana na
poziomie wyższym od teoretycznie możliwej do osiągnięcia
(typowo 120°C).
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
Kotły parowe odzyskowe budowane sa w układzie:
-pionowym, w których powierzchnie ogrzewalne tworzą
rury poziome, pracujÄ… przy cyrkulacji wymuszonej,
-poziomym wykorzystują cyrkulację naturalną, dzięki
pionowemu orurowaniu. Oba typy wykonywane sÄ… jako
pionowemu orurowaniu. Oba typy wykonywane sÄ… jako
konstrukcje modułowe.
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
Kotły poziome odzyskowe
Układ poziomy jest częściej stosowany niż układ
pionowy z uwagi na ułatwienie procesu odparowania i
cyrkulacji w parowniku, łatwość montażu oraz
akceptowalną dyspozycyjność. Kotły z poziomym
akceptowalną dyspozycyjność. Kotły z poziomym
obiegiem naturalnym stanowiły w latach 1996-2000
około 80% wszystkich kotłów odzyskowych
montowanych na świecie
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
W kocioł pionowy jest możliwy do zastosowania w
instalacjach o ograniczonej przestrzeni, gdyż cechują się
one mniejszym niż poziome zapotrzebowaniem na
miejsce. Pozwala to na umieszczenie takiego kotła w
miejsce  starego węglowego w modernizowanych
miejsce  starego węglowego w modernizowanych
elektrowniach. Ponadto wymuszona cyrkulacja daje
możliwość relatywnie szybkich rozruchów oraz
odstawień. W kotłach poziomych występują lepsze
warunki przepływu spalin i są one tańsze w porównaniu
z pionowymi
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
W kotle pionowym po stronie ciśnieniowej są
zabudowane w ułożeniu poziomym sekcje
przegrzewacza, parownika, podgrzewacza wody
(podgrzewacz sieciowy lub podgrzewacz kondensatu).
Walczak jest umieszczony na konstrukcji nośnej przy
Walczak jest umieszczony na konstrukcji nośnej przy
kotle. Elementy nośne części ciśnieniowej tworzą
podwieszenia z blach stalowych, w których są ułożone
pakiety z rur ożebrowanych. Z reguły komin umiejscawia
siÄ™ na kotle.
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
Do najważniejszych parametrów projektowych i
eksploatacyjnych kotła odzyskowego należą:
·ð wartość przewężenia temperaturowego "Tmin
(czasem "tpp)  punkt krytyczny kotła (boiler pinch
(czasem "tpp)  punkt krytyczny kotła (boiler pinch
point, BPP),
·ð niedogrzanie wody na wlocie do walczaka "tap
(approach temperature, AT),
·ð strata ciÅ›nienia w kanale spalinowym (HRSG pressure
loss),
·ð temperatura wylotowa spalin z kotÅ‚a.
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
Do innych ważniejszych parametrów projektowych kotła
należą: temperatura wody zasilającej tw1 , temperatura
pary świeżej tp, temperatura spalin na dopływie do kotła
odzyskowego tspl1 ciśnienie wytwarzanej pary p. Od
wymienionych parametrów zależy moc cieplna układu
wymienionych parametrów zależy moc cieplna układu
skojarzonego oraz temperatura spalin wylotowych.
Efektywność wykorzystania entalpii spalin w kotle
odzyskowym zależy w dużej mierze od temperatury
wody zasilajÄ…cej. Ze wzrostem temperatury wody twl na
wejściu do podgrzewacza lub kotła odzyskowego,
zmniejsza się ilość ciepła prze.kazywanego od spalin i
rośnie temperatura spalin na wypływie z kotła
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
Minimalizacja wartości "Tmin prowadzi do
podwyższenia sprawności kotła (liniowa zależność), ale
również do znacznego zwiększenia powierzchni
ogrzewalnych kotła (zależność wykładnicza). Oprócz
ogrzewalnych kotła (zależność wykładnicza). Oprócz
oczywistych wyższych nakładów inwestycyjnych i
zapotrzebowania na miejsce, dodatkową wadą będzie
wzrost oporów przepływu spalin.
Obecnie wartością uzasadnioną eksploatacyjnie i
ekonomicznie jest 6÷10 K dla instalacji bez dopalania i
10÷20 K z dopalaniem
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
Wartość AT określa różnicę między temperaturą
nasycenia w walczaku, a temperaturÄ… na wylocie z
podgrzewacza wody. Im mniejsza wartość, tym większa
jest produkcja pary i co za tym idzie, sprawność kotła.
Jednocześnie większa musi być powierzchnia
Jednocześnie większa musi być powierzchnia
podgrzewacza, ale mniejsza parowacza. Istotnym jest
zwrócenie uwagi na fakt, że przy niskich wartościach AT
przy zmiennych warunkach pracy może wystąpić
parowanie już w podgrzewaczu i blokowanie przepływu
w poszczególnych rurach. Dla kotłów bez dopalania
przyjmuje siÄ™ 5÷10 K, z dopalaniem i pracÄ… ze
zmiennym obciążeniem 20÷80 K
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
Strata ciśnienia na wylocie turbiny gazowej powoduje
spadek jej osiągów, a co za tym idzie również całego
układu. Projektowanie kotła musi odbywać się na
zasadzie optymalizacji osiągów układu. Można dążyć do
uzyskania niskich strat ciśnienia, zwiększając przy tym
sprawność i moc, lecz związane jest to ze zwiększaniem
sprawność i moc, lecz związane jest to ze zwiększaniem
rozmiarów kotła. W praktyce wartość oporów
przepływu wynoszą od 25 do 35 mbarów, przy czym
dolne wartości dotyczą kotłów pionowych. Kotły
odzyskowe pracują więc przy nieznacznym
nadciśnieniu spalin. W razie potrzeby możliwa jest
zabudowa instalacji ograniczania emisji NOx (SCR,
SNCR)
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
W układach kombinowanych gazowo-parowych dużej
mocy podniesienie sprawności kotła można uzyskać
przez zastosowanie większej liczby poziomów ciśnienia
pary. Uzyskuje siÄ™ przez to zmniejszenie temperatury
spalin wylotowych z kotła. Zwykle stosowane są dwa lub
spalin wylotowych z kotła. Zwykle stosowane są dwa lub
trzy poziomy ciśnienia pary (kotły dwu i trójciśnieniowe).
W porównaniu z kotłem odzyskowym jednociśnieniowym
ulega zwiększeniu liczba powierzchni ogrzewalnych
kotła.
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
Układy jednociśnieniowe
Jest to podstawowe rozwiÄ…zanie cechujÄ…ce siÄ™ prostotÄ…,
szybkim rozruchem, ale i dużymi stratami w kotle
odzyskowym. Ciśnienie generowanej pary jest
stosunkowo niskie, a temperatura niższa od temperatury
stosunkowo niskie, a temperatura niższa od temperatury
spalin turbiny gazowej o 20 do 40 K. Układ jest
dwuwałowy. Generowane spaliny kierowane są do
pionowego kotła odzyskowego. Zbudowany jest on z
trzech zasadniczych sekcji: podgrzewacza wody,
parowacza oraz przegrzewacza.
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
Układy jednociśnieniowe
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
Układy dwuciśnieniowe
Układy jednociśnieniowe nie pozwalają uzyskać dużych
sprawności układu ze względu na znaczne straty egzergii.
Zbliżenie temperatury wody i spalin pozwala je zmniejszyć, a
dokonuje siÄ™ tego poprzez wprowadzenie dodatkowych
powierzchni ogrzewalnych w kotle do generacji pary na dwóch
powierzchni ogrzewalnych w kotle do generacji pary na dwóch
stopniach ciśnienia. Drugi, niższy stopień pozwala na lepsze
wykorzystanie ciepła spalin. Optymalna wartość ciśnienia jest
stosunkowo niska (np. ciśnienie pary świeżej wysokociśnieniowej
10 MPa, niskociśnieniowej 0,5 MPa). Para o niższych
parametrach wprowadzana jest w odpowiednim miejscu do
turbiny parowej, zazwyczaj na wlocie do części niskoprężne
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
Układy dwuciśnieniowe
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
Układy dwuciśnieniowe
Układu z kotłem dwuciśnieniowym z szeregowo-równoległym
rozkładem powierzchni ogrzewalnych umieszczono
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
Układy dwuciśnieniowe
układu z kotłem dwuciśnieniowym z szeregowo-równoległym
rozkładem powierzchni ogrzewalnych umieszczono
Wariant bez przegrzewu. Podgrzewacz niskoprężny i
wysokoprężny są rozdzielone. Para niskoprężna po przegrzaniu
mieszana jest z parą wylotową części wysokoprężnej i trafia do
mieszana jest z parą wylotową części wysokoprężnej i trafia do
części niskoprężnej turbiny. Układ z przegrzewam między
stopniowym Para niskoprężna jest wstępnie przegrzana, po
czym jest mieszana z para wylotową części wysokoprężnej.
Następnie łączny strumień kierowany jest do przegrzewacza
międzystopniowego i po przegrzaniu wprowadzany do części
niskoprężnej. Przegrzew, podobnie jak w przypadku układu
jednoprężnego, jest zabiegiem pozwalającym na zwiększenie
stopnia suchości pary na wylocie turbiny.
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
Układy dwuciśnieniowe
układu z kotłem dwuciśnieniowym z szeregowo-równoległym
rozkładem powierzchni ogrzewalnych umieszczono
Wariant bez przegrzewu. Podgrzewacz niskoprężny i
wysokoprężny są rozdzielone. Para niskoprężna po przegrzaniu
mieszana jest z parą wylotową części wysokoprężnej i trafia do
mieszana jest z parą wylotową części wysokoprężnej i trafia do
części niskoprężnej turbiny. Układ z przegrzewam między
stopniowym Para niskoprężna jest wstępnie przegrzana, po
czym jest mieszana z para wylotową części wysokoprężnej.
Następnie łączny strumień kierowany jest do przegrzewacza
międzystopniowego i po przegrzaniu wprowadzany do części
niskoprężnej. Przegrzew, podobnie jak w przypadku układu
jednoprężnego, jest zabiegiem pozwalającym na zwiększenie
stopnia suchości pary na wylocie turbiny.
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
Układy trójciśnieniowe
Wprowadzenie trzeciego stopnia ciśnienia daje możliwość jeszcze lepszego
odzyskania ciepła spalin turbiny gazowej. Przy zastosowaniu przegrzewu
międzystopniowego układy te są obecnie najbardziej zaawansowanymi i
najsprawniejszymi wśród gazowo-parowych. Woda zasilająca odgazowywana
jest przy bardzo niskim ciśnieniu, co pozwala uzyskać niską temperaturę spalin.
Dwie pompy sprężają wodę do ciśnienia obiegu średnioprężnego i
wysokoprężnego. Woda pod średnim ciśnieniem po przejściu przez
wysokoprężnego. Woda pod średnim ciśnieniem po przejściu przez
podgrzewacz wody wspólny dla części nisko i średnioprężnej jest rozdzielana
na dwa strumienie, z których jeden jest kierowany do ekonomizera części
średnioprężnej, a drugi dławiony i trafia do walczaka niskoprężnego. Para
niskoprężna nie jest przegrzewana, zasila turbinę parową i odgazowywacz.
Para średnioprężna przegrzewana jest równolegle z wysokoprężna do takiej
samej temperatury co para świeża i wprowadzana do turbiny. Układ uzyskuje
sprawność brutto równą 58,7%.
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
Układy trójciśnieniowe
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
Układy trójciśnieniowe
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
Układy trójciśnieniowe
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Kocioł odzyskowy
Układy trójciśnieniowe
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Modernizacja układów
węglowych
Jednym ze sposobów poprawy sprawności wytwarzania energii
elektrycznej oraz obniżenia jednostkowej emisji substancji
szkodliwych jest nadbudowa węglowego bloku parowego turbiną
gazowÄ…. Zmodernizowany blok parowy starego typu staje siÄ™
dwupaliwowym układem gazowo-parowym, w którym jest spalany
pył węglowy w kotle parowym oraz gaz ziemny w turbinie
pył węglowy w kotle parowym oraz gaz ziemny w turbinie
gazowej. Węgiel pozostaje zazwyczaj głównym paliwem w bloku.
Podstawowym warunkiem realizacji nadbudowy bloku turbinÄ…
gazową jest odpowiednio duża żywotność pozostałych urządzeń,
tak aby był możliwy zwrot nakładów inwe-stycyjnych poniesionych
na modernizacjÄ™ bloku.
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Modernizacja układów
węglowych
Wśród możliwych układów gazowo-parowych
można wyróżnić następujące podstawowe konfiguracje :
" układy sprzężone szeregowo z czołową turbiną gazową (spaliny
wylotowe z turbiny gazowej sÄ… kierowane jako utleniacz do komory
spalania istniejącego kotła węglowego, tzw. układ Hot Windbox; w
układzie brak kotła odzyskowego),
" układy sprzężone równolegle (poprzez układ para-woda; sprzężenie
polega np. na produkcji w kotle odzyskowym zasilanym spalinami
wylotowymi z turbiny gazowej pary wysoko- i/lub średniociśnieniowej,
i/lub przegrzewania np. pary międzystopniowej w kotle odzyskowym,
i/lub podgrzewu wody zasilającej kocioł i skroplin ze skraplacza turbiny
parowej w wymiennikach ciepła spaliny-woda zabudowanych w kotle
odzyskowym, wyłączając tym samym z obiegu częściowo lub całkowicie
istniejące regeneracyjne wymienniki ciepła),
" układy mieszane łączące cechy obu powyższych konfiguracji
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Modernizacja układów
węglowych
Wśród możliwych układów gazowo-parowych
można wyróżnić następujące podstawowe konfiguracje :
- Układ ze spalinowym podgrzewaczem odzyskowym wody
zasilającej kocioł parowy, entalpię spalin wylotowych z turbiny
gazowej wykorzystuje się do częściowego podgrzewania wody
zasilającej kocioł węglowy. Podgrzewanie wody następuje w
zasilającej kocioł węglowy. Podgrzewanie wody następuje w
spalinowych pogrzewaczach zasilanych spalinami bezpośrednio z
tur-biny lub z kotła odzyskowego. Do zalet układu należy zaliczyć
dużą elastyczność współpracy części gazowej z węglową.
Przedstawione rozwiązanie cechuje mała przebudowa układu
cieplnego starego bloku, a także prostota obsługi i eksploatacji.
Podstawową wadą układu są duże nakłady inwestycyjne na
spalinowe podgrzewacze wody zasilającej (duże powierzchnie
wymiany ciepła)
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Modernizacja układów
węglowych
Wśród możliwych układów gazowo-parowych
można wyróżnić następujące podstawowe konfiguracje :
- Układ ze spalinowym podgrzewaczem odzyskowym wody
zasilającej kocioł parowy, entalpię spalin wylotowych z turbiny
gazowej wykorzystuje się do częściowego podgrzewania wody
zasilającej kocioł węglowy. Podgrzewanie wody następuje w
zasilającej kocioł węglowy. Podgrzewanie wody następuje w
spalinowych pogrzewaczach zasilanych spalinami bezpośrednio z
tur-biny lub z kotła odzyskowego. Do zalet układu należy zaliczyć
dużą elastyczność współpracy części gazowej z węglową.
Przedstawione rozwiązanie cechuje mała przebudowa układu
cieplnego starego bloku, a także prostota obsługi i eksploatacji.
Podstawową wadą układu są duże nakłady inwestycyjne na
spalinowe podgrzewacze wody zasilającej (duże powierzchnie
wymiany ciepła)
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Modernizacja układów
węglowych
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Modernizacja układów
węglowych
UKA
ADY GAZOWO-PAROWE
Modernizacja układów
węglowych
Układ równoległy jest szczególnie polecany wówczas, gdy stary kocioł parowy
nie może pracować pełną mocą lub gdy w znacznym okresie jego pracy
obciążenie cieplne jest na granicy dopuszczalnego minimum technicznego
kotła. Układ gazowy pokrywa wtedy niedobory pary lub też przejmuje całkowite
obciążenie kotła węglowego. W porównaniu z innymi rozwiązaniami układ
równo-legły odznacza się większą elastycznością przy doborze mocy turbiny
gazowej. Jednak jest konieczna instalacja kotła odzyskowego do wytwarzania
gazowej. Jednak jest konieczna instalacja kotła odzyskowego do wytwarzania
pary o średnich lub wysokich parametrach, co wiąże się ze znacznymi
nakładami inwestycyjnymi na jego budowę. Koszty powierzchni ogrzewanych
są większe niż w układzie z podgrzewaniem wody zasilającej, ale mniejsze niż
w układzie Hot Windbox. Jednym z korzystnych rozwiązań tego układu jest
wariant, w którym para z kotła odzyskowego o średnich parametrach jest
podawana do przelotni części średnio-i niskoprężnej turbiny parowej