background image

2.1. Kotły rusztowe (wodne i parowe) w energetyce komunalnej i przemysłowej.

1. Oznaczenia:

WRXX – wodny rusztowy o wydajności cieplnej XX Gcal/h
ORXX – parowy rusztowy o wydajności cieplnej XX Gcal/h

2. Typy rusztów

stałe

płaskie z ręcznym narzucaniem paliwa (najmniejsze)

schodkowe z ruchomą warstwą paliwa

ruchome

łuskowe

2. Przykłady z rysunkami.

Kotły   rusztowe   obecnie   znajdują   szerokie   zastosowanie   jako   źródła   ciepła   lub/i   pary 
technologicznej zarówno   w ciepłownictwie jak różnorodnych zakładach przemysłowych. Kotły 
rusztowe to najmniejsze z budowanych kotłów opalanych węglem kamiennym. Wykorzystywane są 
przede   wszystkim   przez   ciepłownie   i   elektrociepłownie   lokalne   i   przemysłowe.   Konstrukcja 
współczesnych rusztów  umożliwia bardzo efektywne spalanie, uwalniające ponadto dużo mniej 
szkodliwych substancji niż stare kotły rusztowe.

Do głównych zalet kotłów rusztowych należy zaliczyć:

prostą budowę, 

szeroki zakres obciążeń,

prosty system sterowania.

Do głównych wad eksploatacyjnych palenisk rusztowych należy zaliczyć:

niższą sprawność energetyczną,

spiekanie się paliw na ruszcie, czego efektem są straty niecałkowitego spalania,

spalanie węgli o dużym rozdrobnieniu co powodować może ubijanie się paliwa na ruszcie  a 
w konsekwencji utrudnienia w przepływie powietrza przez warstwę i przesyp drobnych 
frakcji przez ruszt do odżużlacza.

Najważniejsze elementy kotła ruszotwego:

Walczak

Ruszt

Przegrzewacz

Podgrzewacz wody

Podgrzewacz powietrza

Wentylator

Komin

Wentylator spalin

Pompa

Rurociąg

Najbardziej popularne kotły rusztowe parowe to OR, OKR, OSR, o wydajności 2; 2,5; 5; 10; 16; 
20; 25; 32; 50; 64 Mg/h
Kotły   rusztowe   parowe   na   przykładzie  OR   35N  charakteryzują   się   niskimi   parametrami 
wylotowymi   z   kotła,   450

O

C   i   4   MPa   w   porównaniu   do   kotłów   pyłowych.   Kocioł   ten   jest 

walczakowy,   dwuciągowy   z     całkowicie   opromieniowaną   komorą   paleniskową.   Opalany   miał 
węglowy (kamienny węgiel). Zawiera on 3 podgrzewacze wody oraz 3 przegrzewacze pary.

background image

Kotły   rusztowe   wodne   na   przykładzie   kotła  WR   25  charakteryzują   się   jeszcze   niższymi 
parametrami czynnika na wylocie, który stanowi woda, a więc temperatura od 70-150 C i ciśnienie 
od   1,95-2,15   MPa.   Kocioł   dostarcza   gorącą   wodę   do   potrzeb   grzewczych   i   technologicznych. 
Kocioł występuje w formie dwuciągowej, w drugim ciągu widać 2 podgrzewacze wody.
Najbardziej popularne kotły rusztowe wodne to WR 1,25; 2,5; 5; 10; 25;46; 70; 120;

WR-25 Sefako

background image

2.2. Kotły parowe dużej wydajności - podział kotłów ze względu na konstrukcję 
komory paleniskowej i parametry pracy. 

[2.2. Kotły parowe.pdf str. 10]

1. Kotły pyłowe walczakowe posiadają zbiornik- walczak, w którym znajduje się mieszanka parowo-wodna. 
Do   walczaka   z   jednej   strony  dopływa   woda   za   pomocą   pompy  zasilającej,   natomiast   z   drugiej   strony 
dopływa   nasycona   para   wodna   z   rur   wznoszących.   Z   walczaka   rurami   opadowymi   woda   płynie   do 
parownika, natomiast para wodna opuszcza walczak i trafia do przegrzewaczy konwekcyjnego, grodziowego 
i wylotowego. Dodatkowo kocioł wyposażony jest w podgrzewacz wody zasilającej EKO. Kotły występują 
w postaci dwuciągowej, a najbardziej popularne są kotły OP 70, OP 140, OP 230, OP 380, OP 430, OP 650. 
Najczęściej parametry pracy to 540 C i 13,5 MPa.

2.

Kotły przepływowe  w odróżnieniu od kotłów nie posiadają walczak, lecz separator pary i wody. 

Dodatkowo   w   obiegu   zainstalowana   jest   pompa   recyrkulacyjna,   która   wspomaga   przepływ   wody   z 
separatora   do   parownika.   Kotły  przepływowe   zbudowane   są   jako   jednociągowe   i   podobnie   jak  pyłowe 
walczakowe zawierają przegrzewacz grodziowy, konwekcyjny, końcowy i podgrzewacz wody zasilającej. 
Niektóre kotły mogą być także wyposażone w przegrzewacz międzystopniowy, który służy do podgrzewania 

background image

pary wtórnej. Parametry pracy kotów przepływowych to 18 MPa i 540 C, natomiast ciśnienie pary wtórnej to 
około 3,8 MPa. Najczęściej spotykanym kotłami w energetyce zawodowej i przemysłowej są BB- 2400, BP- 
1025, BP 1150.

2.3. Turbiny parowe i turbiny gazowe – rodzaje i konstrukcje turbin, zasada 
działania, sprawność stopnia. 

[2.3. Turbiny parowe.pdf str.1-10,

2.3. Turbiny gazowe.pdf]

1. Oznaczenia - p

rzykładowe nazwy turbin i wyjaśnienie symboli w nich zawartych :

7C50, 7UC60, 13UP55, 13UC105, 13 UK215 

pierwsze cyfry (tu 7,13) oznaczają ciśnienie świeżej pary, tzn. za kotłem a przed zaworem 

cyfry na końcu (tu 50,60,105,...) oznaczają moc turbiny 

K – turbina kondensacyjna, ciśnienie na wyjściu z turbiny jest mniejsze od atmosferycznego, 
wykorzystywana w elektrowniach.

C – turbina ciepłownicza, ciśnienie na wyjściu z turbiny jest większe od atmosferycznego, wykorzystywana 
w elektrociepłowniach 

UC – turbina upustowo ciepłownicza 

UP – turbina upustowo przeciwprężna.

2. Sprawność stopnia

Sprawność obwodowa: 

u

=

h

u

H

s

=

h

u

i

0

– i

2s

c

0

2

Praca obwodowa: 

h

u

=

H

s

–  dh

d

dh

ł

h

wyl

background image

Praca wewnętrzna turbiny: 

h

i

=

H

s

0 dh

d

dh

ł

h

wyl

h

wew

,

 gdzie: 

h

wew

– straty 

wewnętrzne związane z przeciekiem pary – bardzo małe.

Sprawność wewnętrzna: 

i

=

h

i

H

s

3. Trójkąty prędkości

a) Kierownica

c

1s

=

2 i

0

– i

1s



c

0

2

c

1

=

c

1s

,

 gdzie

- współczynnik opisujący straty prędkości bezwzględnej w kanale

dh

d

=

i

1

– i

1s

=

c

1s

2

– c

1

2

2

 

Z trójkąta prędkości dla kierownicy wyznaczamy wielkość w

1

b) Wirnik

w

2s

=

2 i

1s

– i

2s



w

1

2

w

2

=⋅

w

2s

 , gdzie

współczynnik opisujący straty prędkości względnych w kanale

Z trójkąta prędkości dla wirnika wyznaczamy wielkość c

2

Prędkości obwodowe u są identyczne dla kierownicy i wirnika i wynosi 

u=

d

p

n

60

2.4. Układy hybrydowe i układy skojarzone  małej mocy. 

1. Układy hybrydowe - [2.4. Układy hybrydowe.pdf]

2. Układy skojarzone małej mocy. [Rybak, Spalanie i paliwa, str. 236-260]

Ze   względu  na   złożoność   układu  elektrociepłownie   są   opłacalne   dla   stosunkowo  dużych   mocy.   Bardzo 
interesujące, ze względu na znaczne obniżenie kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych związanych z 
budową i eksploatacją sieci cieplnych, są lokalne układy skojarzone małej mocy.  Generatory elektryczne 
mogą być wówczas źródłem energii elektrycznej i cieplnej. Układ taki może zabezpieczyć potrzeby obiektu 
w energię elektryczną, cieplną, stanowić rezerwowe źródło prądu lub dostarczyć prąd do sieci elektrycznej. 
Takie rozwiązania mogą być stosowane przede wszystkim:

w zespołach budynków mieszkalnych (elektrociepłownie osiedlowe)

background image

w przemyśle i centrach handlowych

w obiektach użyteczności publicznej

w oczyszczalniach ścieków i wysypiskach śmieci (zasilane biogazem)

W zależności od wymaganej mocy najczęściej budowane są modułowe urządzenia do produkcji energii w 
skojarzeniu – bazujące na silnikach tłokowych lub turbinach. Zasilane są głównie paliwem gazowym lub 
olejem. Ich moce są poniżej 10 MW

e

, a sprawność jest duża i zawiera się w przedziale 80-97%. Efektywność 

jest szczególnie wysoka, gdy wyprodukowana energia elektryczna jest wykorzystana do napędu pomp ciepła 
na potrzeby ogrzewania. 

W   zakresie   mocy   układu   poniżej   3-5   MW

e

  energię   elektryczną   można   wytwarzać   w   następujących 

systemach:

1. Gazogenerator zintegrowany z małą turbiną gazową
2. Gazogenerator zintegrowany z silnikiem spalinowym
3. Pirolizer zintegrowany z silnikiem spalinowym
4. Bezpośrednie spalanie połączone z małą turbiną parową i kotłem parowym
5. Silniki parowe z i bez przegrzewu pary
6. Silnik Stirlinga
7. Turbiny stosowane w tzw. Organicznym obiegu Rankina (ORC) 

Cechami, którymi odznaczają się małe systemy skojarzone są:

wysoka sprawność całkowita, która mieści się najczęściej w pobliżu wartości 80%

osiągana   chwilowa   moc   cieplna   jest   większa   od   mocy   elektrycznej,   lecz   dla   coraz   większych 
jednostek moce te ulegają wyrównaniu

kompaktowa budowa, pozwala to na skrócenie czasu budowy kompletnej instalacji i zmniejszenie jej 
kosztu, wpływa także na zmniejszenie ilości miejsca wymaganego pod zabudowę agregatu

paliwo ciekłe (olej priolityczny) bądź gazowe (gaz generatorowy, biogaz, gaz z odmetanowienia 
kopalń, gazy wysypiskowe) są to paliwa znacznie mniej zanieczyszczające środowisko niż paliwa 
kopalne; ponadto w przypadku niektórych gazów pochodzenia odpadowego, wykorzystując je do 
celów energetycznych, unikamy zanieczyszczania atmosfery metanem, który w znacznie większym 
stopniu niż CO

2

 sprzyja powstawaniu efektu cieplarnianego

korzystne   wskaźniki   ekonomiczne   realizacji   inwestycji,   np.:   w   krajach   UE   średni   okres   zwrotu 
nakładów wynosi kilka lat, ponadto rozwijający się rynek na te urządzenia będzie w perspektywie 
skutkował obniżanie się cen agregatów kogeneracyjnych

Przykłady układów skojarzonych małej mocy:

Układy parowo-gazowe [2.3 Turbiny gazowe.pdf]

ORC
Elektrociepłownia na biomasę z organicznym obiegiem Rankine'a (ORC). Biomasa, stanowiąca odnawialne 
źródło energii,  wykorzystywana  jest coraz  częściej,  jako alternatywa  dla paliw kopalnych,  spalanych w 
procesach produkcji ciepła i energii elektrycznej. Jednym z nowoczesnych i zarazem wysoce efektywnym 
procesem   kogeneracyjnym,   opartym   o   bezpośrednie   spalanie   biomasy   jest   układ   elektrociepłowni, 
wykorzystującej   organiczny   obieg   Rankine'a   (ORC   -   Organie   Rankine   Cycle),   której   schemat   został 
przedstawiony na rysunku 1. Idea działania procesu ORC opiera się na wykorzystaniu klasycznego obiegu 
siłowni parowej. Zasadniczą różnicę w stosunku do konwencjonalnego układu wodno-parowego, stanowi 
zastosowany w układzie ORC czynnik termodynamiczny, którym jest związek organiczny np. izopentan, 
izobutan. 
Źródło ciepła dla układu ORC stanowi olejowy kocioł  energetyczny z paleniskiem na biomasę. Obieg oleju 
termalnego wykorzystywany jest jako układ transportu ciepła ze źródła (kotła) do wymiennika głównego 
(podgrzewacz   i   parownik),   w   którym   czynnik   termodynamiczny   pochodzenia   organicznego   ulega 
podgrzaniu i odparowywaniu. Otrzymana para doprowadzana jest na wlot do turbiny wolnobieżnej. Para, 
przepływając  przez  kanały  między łopatkowe   wirnika  turbiny  ulega  rozprężeniu,  napędza  wał  turbiny  i 
sprzężony   z   nim   bezpośrednio   generator   energii   elektrycznej.   Po   wykonaniu   pracy   czynnik 
termodynamiczny  oddaje   ciepło   kondensacji   wodzie   chłodzącej   i   pompą   kierowany  jest   do  ponownego 
odparowania.   Ciepło   odebrane   przez   cyrkulującą   wodę   chłodzącą,   stanowi   potencjał   energetyczny 
wykorzystywany na cele ciepłownicze. Dodatkowo, w celu podwyższenia efektywności procesu, stosuje się 

background image

układy   odzysku   ciepła   ze   spalin   w   postaci   ekonomizerów   i   podgrzewaczy   powietrza.   Zastąpienie 
tradycyjnego   czynnika   roboczego   tzn.   wody  przez   substancje   organiczne,   związane   jest   z   ich  lepszymi 
właściwościami   fizykochemicznymi.   Niskie   ciepło   parowania   i   mała   temperatura   wrzenia   cieczy 
organicznych,   prowadzą   do   obniżenia   energochłonności   procesu   oraz   umożliwiają   wykorzystanie 
niskotemperaturowych     źródeł   ciepła   do   produkcji   energii   elektrycznej.   Poza   właściwościami   cieczy 
roboczych, za wykorzystaniem układów ORC w małej energetyce komunalnej przemawia również szereg 
parametrów technicznych i eksploatacyjnych: 

• wysoka dyspozycyjność (do 99% w skali roku); 

• szeroki zakres stabilnej pracy (minimum technologiczne 

• do 10% obciążenia nominalnego); 

• korzystne warunki pracy turbiny (sprawność na poziomie 85%, brak zjawiska erozji 

łopatek wirnika, mała prędkość obrotowa); 

• długi okres użytkowania jednostki; 

• zwarta konstrukcja i prosta budowa mechaniczna; 

• wysoki stopień zautomatyzowania

2.5. Kotły i kotłownie do użytkowania biopaliw i spalania odpadów. 

[Biomasa.pdf]

2.6. Wymienniki ciepła w procesach przemysłowych (rodzaje, budowa, zasada 
pracy, zastosowania). [Pawlik, Strzelczyk, Elektrownie, str. 245]

Wymiennik ciepła 

– urządzenie służące do wymiany energii cieplnej (podgrzewania, ochładzania, 

zmiany stanu skupienia czynnika) pomiędzy dwoma jej nośnikami, tj. substancjami będącymi w 
stanie ciekłym lub gazowym.

background image

Ogólny podział wymienników:

1. Mieszankowe (bezpośrednie) - dochodzi do mieszania strumieni. 
2. Powierzchniowe (pośrednie):
     a) przeponowe (rekuperatory):

rurka   w   rurce:  najprostszy 
wymiennik.   Składa   się   z 
dwóch współosiowych rur o 
różnych   średnicach.   Jeden 
czynnik   płynie   wewnątrz 
mniejszej   rury,   podczas   gdy 
drugi   przepływa   przez 
przestrzeń   pomiędzy   rurą 
wewnętrzną   i   zewnętrzną. 
Wyróżnia   się   wymienniki 
współprądowe

 

przeciwprądowe.

płaszczowo - rurowe:  wymiennik składa się z pęczka rur umieszczonego w korpusie (dodatkowo 
mogą   być   montowane   przegrody   intensyfikujące   wymianę   ciepła).   Wymiana   ciepła   zachodzi 
pomiędzy   czynnikiem   wewnątrz   rurek   a   czynnikiem   omywającym   rurki   od   zewnątrz.   Są   to 
urządzenia o dużych gabarytach i znacznej masie używane nadzwyczaj często w zastosowaniach 
przemysłowych i energetycznych.

płytowe:  powierzchnię   wymiany   ciepła   stanowią   płyty   płaskie   lub   płyty   tłoczone   o   dobrej 
przewodności   cieplnej.   Dzięki   odpowiednio   ukształtowanym   wytłoczeniom   pomiędzy   płytami 
tworzą   się   wąskie   szczeliny  do   przepływu   czynników   wymieniających   ciepło.  Dodając   kolejne 
pakiety płyt można rozbudowywać wymiennik. Wady takich wymienników to: stosunkowo duże 
straty ciśnienia i konieczność stosowanie czynników o zbliżonych ciśnieniach. Ideę wymiennika 
płytowego   pokazano   poniżej.   Ciekawe   jest,   że   dynamika   wymiany   ciepła   przy   przepływie 
laminarnym może konkurować z tą zachodzącą podczas przepływu burzliwego. 

kompaktowe:  posiadają one dużą powierzchnię wymiany masy przy małej kubaturze urządzenia. 
Przykłady:   chłodnica   samochodowa,   wymienniki   regeneracyjne   w   silnikach   Stirlinga.   Mają   one 
zastosowanie wszędzie tam, gdzie ilość miejsca i dopuszczalna waga jest ograniczona. Zazwyczaj 
czynniki przepływają prostopadle do siebie – mamy więc do czynienia z przepływem krzyżowym.

         b)  akumulacyjne  (regeneratory)   -  zarówno  ciepły  jak i   zimny strumień  przechodzą   przez   tę   samą 
przestrzeń. Może to być np. porowaty materiał o znacznej pojemności cieplnej (np. ceramika) lub kształtki. 
Ciepło   lub   zimno   jest   transportowane   pomiędzy   materiałem   wymiennika   a   czynnikiem   przez   niego 
przepływającym. Materiał wymiennika pełni więc funkcję akumulatora ciepła (zimna). 

W układzie elektrowni wyróżnia się urządzenia będące wymiennikami:

podgrzewacze wody, 

parownik (parowacz), 

przegrzewacze pary, 

podgrzewacze powietrza, 

skraplacz, 

odgazowywacz

chłodnice wodoru, oleju, powietrza.

3. W układzie elektrownie konwencjonalnej i jądrowej wyróżnia się wymienniki powierzchniowe:

podgrzewacze wody regeneracyjne niskiego i wysokiego ciśnienia, 

podgrzewacze wody ciepłownicze podstawowe i szczytowe, 

wyparki, 

background image

podgrzewacz powietrza, 

skraplacz, 

parownik (parowacz), 

przegrzewacze pary, 

oraz wymienniki mieszankowe:

odgazowywacz termiczny - 
jedyny wymiennik 
mieszankowy.

Budowa   ww.   wymienników 
powierzchniowych:

podgrzewacz niskoprężny - 
rury mosiężne lub stalowe 
wygięte w kształcie litery U, zamocowane końcówkami w dnie sitowym; pionowe lub poziome; 
umieszczone możliwie blisko turbiny w celu zmniejszenia strat ciśnienia pary, 

podgrzewacz wysokoprężny - rury kotłowe o właściwościach wytrzymałościowych dostosowanych 
do wysokiego ciśnienia, wytwarzanego przez pompę WZ, rury w kształcie litery U, W lub w postaci 
poziomych spiral wieloskrętnych; często dzielone na kilka gałęzi równoległych w celu minimalizacji 
kosztów, 

podgrzewacz   wody   sieciowej   -   budowa   podobna   do   budowy   podgrzewaczy   regeneracyjnych 
niskiego ciśnienia, 

wyparka - służy do uzupełniania strat w obiegu cieplnym; istnieją dwa wykonania wyparek:
- parorurkowe - wężownice grzejne zanurzone w wodzie odparowywanej, 
- wodnorurkowe (obiegowe) - rurkami przepływa woda, a para grzejna wypełnia przestrzeń między 
rurkami, 

przetwornica   pary  -  wyparka   wysokoprężna,  służy do  wytworzenia  pary wtórnej   kierowanej  do 
odbiorników technologicznych niezwracających skroplin.

Wyparki i przetwornice pary są kosztowne i zmniejszają sprawność elektrowni, są więc wypierane
przez układy demineralizacji wody.

podgrzewacz powietrza - wymiennik ciepła powierzchniowy akumulacyjny (regenerator). Kształtki 
ogniotrwałe umożliwiają kolejno przepływ gazów gorących (spalin) i zimnych (powietrza). Spaliny 
przepływając   oddają   swoje   ciepło  płytom,   a   podczas   obrotu  podgrzewacza   w   strefę   powoetrza, 
przepływające powietrze odbiera je od nich, 

skraplacz - stosowany do skraplania pary wodnej rozprężonej w turbinie. Całkowite skroplenie pary 
umożliwia   zastosowanie   pompy   wodnej   do   wymuszenia   obiegu   czynnika.   Proces   skraplania 
zachodzi zazwyczaj izobarycznie przy ciśnieniu 4-15 kPa, a tym samym przy stałej temperaturze 
(30-kilka 

O

C). Ciśnienie panujące w skraplaczu jest powiązane ściśle z temperaturą wody chłodzącej, 

a ta z kolei uzależniona jest od rodzaju systemu chłodzenia zastosowanego w danym przypadku. 
Woda chłodząca przepływa przez szereg gęsto ułożonych rurek (wymiennik rurowy) skraplacza, na 
zewnątrz których płynie skraplająca się para wodna odprowadzana z turbiny Do skraplacza dopływa 
para mokra, czyli para z niewielką ilością wykroplnej wody.  W skraplaczu następuje skroplenie 
pozostałej pary, i minimalne przechłodzenie kondensatu (ok. 2°C). Ciepło skraplania odprowadzane 
jest do otoczenia za pomocą wody chłodzącej i (zwykle) chłodni kominowych. Podział skraplaczy:

chłodzone cieczą

rurowe, płaszczowo-rurowe, wiązkowe, przeciwprądowe, wielorurowe, pionowe , poziome,

ociekowe

płytowe

wężownicowe

chłodzone powietrzem

wentylatorowe- lamelowe

grawitacyjne ( do 350 W)

natryskowo-wyparne.

parownik - jeden z czynników roboczych ulega odparowaniu, rurowy fragment powierzchni 
ogrzewalnej, w którym następuje przemiana wody w parę wodną.

Budowa wymiennika mieszankowego:

odgazowywacz   -   zwykle   nadbudowany   nad   zbiornikiem   WZ,   dzieli   układ   na   część   nisko   i 

background image

wysokociśnieniową,   panuje   w   nim   ciśnienie   równe   ciśnieniu   pary   grzejnej,   para   skrapla   się 
bezpośrednio w podgrzewanej wodzie, najniższe parametry to 104

O

C i 0,12MPa (odgazowywacz 

atmosferyczny).

2.7. Tłokowe silniki cieplne.

Silnik   -   maszyna   służąca   do   zamiany   doprowadzonej   do   niej   energii   na   pracę   mechaniczną 
(elementu roboczego).

o spalaniu zewnętrznym - na elementy robocze działa czynnik roboczy pośrednio ogrzany, 

o spalaniu wewnętrznym (silniki spalinowe) - na elementy robocze działają bezpośrednio 
gazowe produkty spalania paliwa (spaliny), 

odrzutowe.

tłokowe, 

turbinowe.

1. Podział tłokowych silników cieplnych ze względu na:

czynnik roboczy

rodzaj ruchu tłoka

system zapłonu

liczna suwów w 
cyklu roboczym

prędkość obrotowa

- spalinowe, 
- parowe, 
- hydrauliczne, 
- pneumatyczne.

- posuwisto zwrotne 
(suwowe), 
- przeciwbieżne, 
krążące (obrotowe).

- wymuszony 
(iskrowy), 
- samoczynny.

- dwusuwowe, 
- czterosuwowe.

- wolnoobrotowe, 
- średnioobrotowe, 
- szybkoobrotowe

2. Obiegi teoretyczne:

z zapłonem iskrowym

z zapłonem samoczynnym

z zapłonem samoczynnym (now.)

obieg Otto

obieg Diesla

obieg Sabathego

1 - 2 - sprężanie izentropowe, 

2 - 3 - ogrzewanie izochoryczne, 

3 - 4 - rozprężanie izentropowe,  

4 - 1 - chłodzenie izochoryczne.

1 - 2 - sprężanie izentropowe, 

2 - 3 - ogrzewanie izobaryczne, 

3 - 4 - rozprężanie izentropowe, 

4 - 1 - chłodzenie izochoryczne.

1 - 2 - sprężanie izentropowe, 

2 - 3 - ogrzewanie izochoryczne, 

3 - 4 - ogrzewanie izobaryczne

4 - 5 - rozprężanie izentropowe, 

5 - 1 - chłodzenie izochoryczne, 

stopień sprężania: 

=

V

1

V

2

sprawność:

background image

Otto: 

=

L

Q

=

1−

T

1

T

2

=

1−

V

1

V

2

1−

=

1−

1

−

1

Diesel:  

=

L

Q

=

1−

1

T

4

T

1

T

3

T

2

3. Obiegi rzeczywiste obrazowane są przez wykresy indykatorowe:

a) silnik dwusuwowy (sprężanie, praca), 

b) silnik czterosuwowy (ssanie, sprężanie, praca, wydech)

procesy zachodzące podczas pracy silnika są nieodwracalne, 

doprowadzenie ciepła odbywa się poprzez spalanie, 

uwzględnia się wymianę ciepła między ładunkiem, a ściankami silnika, 

uwzględnia się straty przepływowe występujące w trakcie napełniania i opróżniania cylindra, 

w cylindrze po zakończeniu wydechu pozostaje pewna ilość spalin, stąd w czasie pracy silnika 
czynnik roboczy jest mieszanką świeżego ładunku i pozostałych spalin

4. Układy silnika tłokowego:

karter, 

korbowy (cylindry, tłoki z pierścieniami, korbowody, wał korbowy, elementy mocowania), 

rozrządu, 

zasilania, 

smarowania, 

chłodzenia, 

zapłonowy, 

rozruchowy.

5.  Spalanie   stukowe   -   lokalnie   w   silniku   dochodzi   do   samozapłonu   mieszanki,   co   powoduje   lokalny, 
impulsowy wzrost ciśnienia i temperatury. Proces ten jest niekontrolowany i niepożądany - występuje gdy 
paliwo ma zbyt małą liczbę oktanową, a stopień sprężania jest zbyt duży.

2.8. Reaktory jądrowe w energetyce.

Przeznaczenie:

energetyczne w elektrowniach zawodowych, 

ciepłownicze, 

wysokotemperaturowe, 

badawcze, 

szkoleniowe, 

powielające, 

napędowe, 

do celów specjalnych.

background image

Energia wykorzystanych neutronów:

termiczne - neutrony powolne (termiczne) (E < 0,1 eV), 

prędkie - neutrony prędkie (E > 1 MeV).

Konstrukcja:

zbiornikowe: PWR, BWR, WWER, 

kanałowe: CANDU, RBMK.

Sposób wymiany paliwa (eksploatacja):

okresowe: zbiornikowe, 

ciągłe: kanałowe, wysokotemperaturowe, gazowe.

Rodzaj moderatora i chłodziwa:

moderatory: ciężka woda, lekka, woda, beryl, grafit, 

chłodziwa:   ciężka   woda,   lekka   woda,   hel,   ciekły  sód,   dwutlenek   węgla,   gazy  dysocjujące,   sub. 
organiczne.

System odprowadzenia ciepła:

jednoobiegowe: BWR, 

dwuobiegowe: PWR, WWER, 

trzyobiegowe: reaktory prędkie, chłodzone ciekłym sodem.

Właściwości paliwa:

rodzaj paliwa

stopień wzbogacenia

postać chemiczna elementy paliwowe

- U-235, U-233, 
- Pu-239, 
- MOX (mieszane), 
- Th-232

- uran naturalny, 
- niskowzbogacony (2-5%), 
- średniowzbogacony, 
- wysokowzbogacony
(> 90%)

- uran metaliczny, 
-dwutlenek uranu, 
- węglik uranu

- pręty, pastylki, płytki, rury
- koszulki z: 
stali   nierdzewnej,   stopów 
cyrkonu,   magnezu,   alu-
minium,   powłok   pirowę-
glowych.

Charakterystyka wybranych reaktorów:

1. PWR - reaktor z wodą pod wysokim ciśnieniem.

obieg pierwotny

obieg wtórny

zbiornik reaktora + rdzeń, 

wytwornica pary, 

pompa wodna cyrkulacyjna, 

stabilizator ciśnienia.

T = 300-350

o

C, p = 15-16 MPa

wytwornica pary, 

turbina parowa,

skraplacz, 

pompa wody zasilającej.

T = 275 

o

C, p = 6-7 MPa

woda jako moderator, chłodziwo, reflektor.

rdzeń   i   paliwo:   dwutlenek   uranu   UO

2

,   lekko   wzbogacony  3-4%   U-235,   pręty  paliwowe,   pręty 

regulacyjne, rdzeń jako walec kilkuset kaset paliwowych.

zbiornik reaktora: walec, stanowi osłonę termiczną, zasadniczy element układu chłodzenia.

wytwornica pary: w układzie pionowym.

stabilizator ciśnienia: jeden w obiegu dla wszystkich pętli.

2. WWER - reaktor z wodą pod wysokim ciśnieniem (konstrukcji radzieckiej). Różnice między PWR:

sześciokątne kasety prętów paliwowych, 

wytwornica pary w układzie poziomym (większa masa, mniej zawodna, szczelniejsza), 

background image

3. BWR - reaktor zbiornikowy z wodą wrzącą.

Obieg bezpośredni (jednoobiegowy):

reaktor jako wytwornica pary, 

turbina parowa, 

pompy strumienicowe, 

separatory wilgoci i osuszacze pary.

T = 280

O

C, 

p = 7 MPa, 

x = 99,7%.

woda jako czynnik roboczy, moderator, chłodziwo, reflektor, 

rdzeń i paliwo: dwutlenek uranu UO

2

, lekko wzbogacony < 2,5%, pręty paliwowe, pręty regulacyjne 

krzyżowe (węglik boru) wprowadzane od dołu zbiornika, rdzeń z kaset paliwowych zgrupowanych 
w moduły po 4 kasety i krzyżowy element regulacyjny, kanały wodne w kasetach paliwowych, 

3. RBMK - lekkowodny reaktor kanałowy.

obieg bezpośredni (jednoobiegowy):

woda jako czynnik obiegowy i chłodziwo, 

grafit  jako  moderator,  reflektor  i osłona  biologiczna  - zespół  grafitowych  bloków z  pionowymi 
otworami na kanały paliwowe, 

paliwo: dwutlenek uranu UO

2

 lekko wzbogacony < 1,8%, produkcja plutonu.

4. CANDU - ciężkowodny reaktor kanałowy.

dwuobiegowy: ciśnieniowy obieg pierwotny jak w PWR, 
ciężka woda jako moderator i chłodziwo, 
rdzeń   i   paliwo:   paliwo   naturalne,   niewzbogacone,   rdzeń   umieszczony   w   kalandrii   -   poziomym 
cylindrycznym niskociśnieniowym zbiorniku metalowym.

5. Reaktory prędkie i powielające (np. LMFBR).

paliwo   wysokowzbogacone   -   mieszanina   tlenków   uranu   i   plutonu   (MOX),   otoczone   płaszczem 
paliwa naturalnego, który stanowi materiał paliworodny, 

brak moderatora = mniejszy rdzeń = duża gęstość mocy, 

chłodziwo   -   ciekły  sód   (mały  przekrój   czynny  na   rozpraszanie   i   absorpcję,   dobre   właściwości 
odprowadzania   ciepła,   wysoka   temp.   wrzenia,   mała   korozyjność,   toksyczność,   radioaktywność, 
reakcja wybuchowa z wodą), 

pośredni obieg chłodziwa między obiegiem pierwotnym a roboczym (sód - sód, sód - woda).

6. HTR - reaktory wysokotemperaturowe.

grafit jako moderator, reflektor, materiał konstrukcyjny rdzenia, 

hel (gaz chemicznie obojętny) jako chłodziwo, 

paliwo - węglik uranu lub tlenek uranu, wysokowzbogacony, około 93% uranu w mieszaninie z 
torem jako materiałem paliworodnym.

2.9.   Techniki   redukcji   zanieczyszczeń   pyłowych   i   gazowych   w   spalinach 
emitowanych do atmosfery.

I Odpylanie gazów - proces rozdziału fazy stałej i gazowej w polu sił zewnętrznych.
Systematyka odpylaczy:

mechaniczne (grawitacyjne, inercyjne, odśrodkowe) - różnica masy ziarna pyłu i molekuły gazu, 

filtracyjne - efekt różnicy wielkości ziarna pyłu i wielkości przekrojów przepływowych gazu w 
labiryntowej strukturze filtracyjnej, 

elektrostatyczne   -   efekt   przyciągania   uprzednio   naładowanego   ziarna   pyłu   przez   elektrodę   o 
przeciwnej biegunowości - jonizacja gazu.

background image

skuteczność odpylania:

c

=

Z

U

=

E

U

=

Z

E

przedziałowa skuteczność odpylania: 

pi

=



i

ziarno graniczne 

gr

- ziarno pyłu zatrzymane w odpylaczu ze skutecznością 

pi

=

50

%.

Odpylacze mechaniczne:

1.  grawitacyjne - komory osadcze (z półkami, z żaluzjami wlotowymi)- działanie siły ciężkości w czasie 
spowolnionego poziomego przepływu zapylonego gazu powoduje opadanie ziaren pyłu do lejów pyłowych 
zlokalizowanych na dnie komory.

2. inercyjne - koncentratory inercyjne (żaluzjowe, stożkowe) - efekt odpadania pyłu od głównego strumienia 
gazu na skutek elastycznych zderzeń ziaren z odpowiednio uformowanymi przeszkodami.

3. odśrodkowe:

cyklony, cyklony bateryjne, multicyklony - ściśle określona średnica cyklonu, istotna prędkość gazu 
(siła   odśrodkowa,   czas   przebywania   w   odpylaczu)   oraz   szczelność   zamknięcia   pyłowego;   duża 
skuteczność odpylania dla cyklonów małych średnic, smukłej konstrukcji.

koncentratory odśrodkowe (nie jest urządzeniem odpylającym) - zastosowanie w celu zatężenia gazu 
zapylonego, aby zwiększyć skuteczność zainstalowanego dalej cyklonu.  

przeciwbieżne   odpylacze   cyklonowe   -   efekt   siły   odśrodkowej,   wzmocniony   w   porównaniu   z 
cyklonami, poprzez wprowadzenie do przestrzeni roboczej dodatkowego strumienia gazu, tzw. gazu 
pomocniczego (w układzie otwartym, zamkniętym, recyrkulacyjnym), odporność na erozję pyłową.

Odpylacze filtracyjne - filtry tkaninowe.

Filtracja - proces osadzania rozdrobnionej fazy stałej w medium porowatym, które może posiadać strukturę: 
włóknistą uporządkowaną, włóknistą nieuporządkowaną, ziarnistą, kapilarną. 
Aglomeraty   pyłu   powodują   wzrost   oporów   przepływu,   miejscowy   wzrost   prędkości   gazu,   rozsuwanie 
tkaniny, a w efekcie zmniejszenie skuteczności odpylania. W celu uniknięcia ww. - regeneracja materiału 
filtracyjnego:

mechaniczna - strzepywanie pionowe lub poziome, wibracje, 

pneumatyczna - strumień gazu o kierunku przeciwnym do przepływu gazu zapylonego; ciągła - filtry 
rewersyjne, pulsacyjna - filtry pulsacyjne

Odpylacze elektrostatyczne - elektrofiltry.

Budowa elektrofiltru:

komora robocza, 

elektroda ulotowa (emisyjna) o biegunowości ujemnej, wykonana z drutu metalowego, 

elektroda zbiorcza (osadcza) o biegunowości dodatniej, wykonana z blach, 

transformatorowo - prostownikowy zespół zasilający elektrodę emisyjną prądem stałym o wysokim 
napięciu, 

system oczyszczania elektrod z pyłu.

Rozwiązania konstrukcyjne:

kierunek przepływu gazu: pionowe, poziome, 

kształt elektrody zbiorczej: rurowy, bateria elektrofiltrów, płytowe, 

liczba pól elektrycznych:jednopolowe, wielopolowe, 

liczba sekcji: jednosekcyjne, wielosekcyjne.

Bardzo wysokie skuteczności odpylania, powyżej 99%, możliwość odpylania dowolnych ilości gazu.

background image

II Odsiarczanie spalin.

Metody ograniczenia emisji:

usuwanie siarki z paliwa - najłatwiej z gazu ziemnego i produktów naftowych (skuteczność 
odsiarczania ponad 99%); z węgla metodami:
- mechanicznymi - wzbogacanie węgla (różnica gęstości pirytu i substancji organicznych),
- chemicznymi, 
- biologicznymi.

wiązanie SO

2

 podczas spalania - metoda sucha, 

usuwanie SO2 z gazów odlotowych - metoda półsucha i mokra.

1. Metoda sucha - wdmuchiwanie alkalicznego sorbentu do komory paleniskowej kotła,  w strefę temperatur 
800 - 900

O

C (nad strefę płomienia). 

sorbent: kamień wapienny CaCO

3

 lub wapno hydratyzowane Ca(OH)

2

 w postaci mączki, 

konieczna niska temperatura, aby ziarna się nie spiekały, 

pogarsza skuteczność działania elektrofiltru, 

najlepiej sprawdza się w kotłach fluidalnych ze względu na niską temperaturę w palenisku (800-
900

O

C) i długi czas przebywania, 

skuteczność odsiarczania 30-40%.

2.  Metoda półsucha - sorbent w postaci zawiesiny wodnej lub roztworu wodnego wprowadzany jest do 
suszarki rozpyłowej (absorbera), przez który przepływają spaliny, gdzie zachodzi absorpcja SO

2

 w kroplach 

roztworu alkalicznego.

sorbent:  Na

2

CO

3

, NaHCO

3

, NaOH, Ca(OH)

2

, woda amoniakalna (25% roztwór amoniaku), 

skuteczność odsiarczania 60-80%.

3.  Metoda   mokra   (wapniakowa)   -   w   IOS   sorbent   (roztwór   wodny)   jest   rozpylany   w   spalinach 
przepływających w przeciwprądzie przez reaktor. Produktem jest opadający na dno reaktora uwodniony 
siarczan wapnia

sorbent: CaCO

3

, Ca(OH)

2

 (mleczko wapienne), 

produkt końcowy: gips, dlatego, gdy znajdzie się jego odbiorca, to technologia jest bezodpadowa, 

skuteczność odsiarczania > 90%.

III Odazotowanie spalin - ograniczenie emisji NO

x

.

1. recyrkulacja spalin - obniżenie temperatury w palenisku, 

2. zmniejszenie nadmiaru powietrza - obserwuje się skutki uboczne: niedopał, korozja, 

3. stopniowanie powietrza - 15-25% powietrza podawanego do palników kieruje się jako powietrze wtórne 
(dopalające) dodatkowymi dyszami (dysze OFA) nad palnikami pyłowymi, pierwsza strefa spalania jest z 
niedomiarem powietrza, co obniża temperaturę spalania,  

4.  stopniowanie paliwa (reburning) - spalanie trójstopniowe, podanie innego niż podstawowe paliwo lub 
ultradrobnego pyłu węglowego, 

5. SNCR - selektywna redukcja niekatalityczna - iniekcja do komory paleniskowej, w strefę temperatur 900-
1000

O

C:

amoniaku

mocznika, 

6.  SCR  - selektywna redukcja katalityczna - konwersja tlenków azotu do N

2

  z wykorzystaniem amoniaku 

jako gazu redukującego w obecności katalizatora; sprawność w warunkach przemysłowych > 90%. 

background image

2.10. System elektroenergetyczny i jego elementy składowe.

Sieć   elektroenergetyczna   -   zespół   urządzeń   służących   do   przesyłu,   rozdziału   i   przetwarzania   energii 
elektrycznej   wytworzonej   w   elektrowniach   i   zużywanej   w   odbiornikach.   Krajowy   System 
Elektroenergetyczny  (KSE)   -   zbiór   urządzeń   do   rozdziału,   przesyłu   i   wytwarzania   energii   elektrycznej, 
połączonych w system umożliwiający dostawy energii elektrycznej w sposób ciągły i nieprzerwany. Suma 
mocy osiągalnych w KSE = 35 594 MW (2009 r.). 

Elementy składowe:
1.  Linia   elektroenergetyczna   -   zespół   przewodów   służących   do   przesyłania   energii   elektrycznej, 
odpowiednio izolowanych, biegnących obok siebie. 

linia napowietrzna -  przewody, izolatory, osprzęt, konstrukcje wsporne, 

linia kablowa - w ziemi, żyła, izolacja, pancerz, powłoka (niskiego - 1kV, średniego - do 30 kV, 
wysokiego - ponad 30 kV napięcia).

2. Stacja elektroenergetyczna - zespół urządzeń służących do rozdziału energii elektrycznej, składający się z 
aparatów   łączeniowych,   szyn   zbiorczych,   transformatorów,   urządzeń   pomiarowych,   zabezpieczających, 
sterowniczych i sygnalizacyjnych. 

elektrowniana, 

odbiorcza, 

sieciowa. 

3.  Odbiorca   -   osoba   prawna   lub   fizyczna,   która   zawarła   z   dostawcą   umowę   o   dostarczenie   energii 
elektrycznej. 

4.  Odbiornik   -   urządzenie   przemieniające   energię   elektryczną   na   inny   rodzaj   energii   użytecznej: 
mechaniczną, cieplną, świetlną lub chemiczną.

5.  Dostawca - właściwy terytorialnie zakład energetyczny, który zawarł z odbiorcą umowę o dostarczenie 
energii elektrycznej

System dzielimy na podsystemy: 

wytwórczy (elektrownie), 

sieć przesyłowa - linie i stacje elektroenergetyczne 750 kV, 400 kV i 220 kV. Sieć przesyłowa jest 
siecią ogólnopolską i jest zarządzana przez jednego operatora - PSE Operator SA. 

sieć   dystrybucyjna   lub   rozdzielcza   -   linie   średniego   napięcia   i   linie   niskiego   napięcia.   Sieci 
dystrybucyjne są sieciami regionalnymi i są zarządzane przez regionalnych operatorów. Sieć 110 kV 
jest częścią sieci dystrybucyjnej, jednak ze względu na sposób pracy (sieć oczkowa, zamknięta) 
identyczny jak w sieci przesyłowej, jej praca jest koordynowana przez PSE Operator S.A. 

Operatorzy systemu dystrybucyjnego: ENEA, ENERGIA, RWE, Polska Grupa Energetyczna, EnergiaPro, 
TAURON, Vattenfall, ENION.