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