ZAKRES EGZAMINU
DYPLOMOWEGO
Zagadnienia eksploatacyjne
(Zakres 3.6 – 3.7)
ZAKRES EGZAMINU
DYPLOMOWEGO
Zagadnienia eksploatacyjne
(Zakres 3.6 – 3.7)
3.6 Budowa i eksploatacja siłowni cieplnej
•
3.6.1 – Definicja i podział
•
3.6.2 – Trójstopniowa przemiana energii
•
3.6.3 – Blok energetyczny
•
3.6.4 – Obieg siłowni cieplnej
•
3.6.5 – Wielkości charakteryzujące elektrownię
•
3.6.6 – Podstawowe układy obiegu parowo - wodnego
3.6.1 – Definicja i podział
•
Siłownia cieplna – zespół urządzeń należących do większego układu
przetwarzającego energię, w którym odbywa się ostateczna konwersja
z pewnego rodzaju energii na energię mechaniczną. W energetyce to
wydzielony budynek, w którym są turbozespół, kocioł i urządzenia
wspomagające (układ sterowania, układ obiegowy czynnika roboczego).
•
Podział siłowni cieplnych:
•
1) ze względu na rodzaj silnika cieplnego
•
- elektrownia parowa klasyczna (czynnik obiegowy to para wytwarzana
w kotle)
•
- elektrownia jądrowa (czynnik obiegowy to para wytwarzana w
reakcjach jądrowych)
•
- elektrownie spalinowe (pracujące w oparciu o silniki tłokowe spalinowe
– Diesel)
•
2) ze względu na rodzaj oddawanej energii
•
- elektrownia (wytwarzanie energii elektrycznej)
•
- elektrociepłownia (wytwarzanie energii elektrycznej i cieplnej)
•
3) ze względu na zakres działania
•
- elektrownie zawodowe: podstawowe zakłady dostarczające energię
elektryczną dla całej gospodarki, główny element systemu
dostarczania energii elektrycznej
•
- elektrownie przemysłowe: wytwarzanie energii elektrycznej w celu
zaspokojenia potrzeb własnych zakładu przemysłowego
•
4) ze względu na czas działania
•
- elektrownie podstawowe: dostarczają do systemu większą części
energii elektrycznej, pracują ze zmienny obciążeniem > 5000 h/rok i
cechują się stosunkowo niską ceną paliwa (elektrownie jądrowe,
elektrociepłownie i przepływowe elektrownie wodne)
•
- elektrownie podszczytowe: zostają uruchomione podczas
zwiększonego zapotrzebowania na moc niż zwykle, pracują 2000 –
5000 h/rok (elektrownie wodne zbiornikowe, elektrownie parowe
prostej konstrukcji)
•
- elektrownie szczytowe: dostarczanie energii elektrycznej podczas
nagłego zapotrzebowania przekraczającego możliwości
podstawowych i podszczytowych elektrowni, ostatni rezerwa, pracują
przez < 2000 h/rok , cechują się znaczną cenna paliwa (stare
elektrownie, elektrownie wodne szczytowo – pompowe, elektrownie
gazowe i gazowo – parowe)
3.6.2 Trójstopniowe przetwarzanie energii
•
Funkcjonowanie siłowni cieplnej jest oparte na przetwarzaniu
energii chemicznej paliwa w energii elektryczną. Podstawowymi jej
elementami jest kocioł parowy ,turbina parowa z upustami,
skraplacz, układ regeneracji, skraplacza, generator i prądnica.
Pozyskanie energii dokonuje się w sposób trójetapowy:
•
W I etapie energia chemiczna paliwa zostaje uwolniona w procesie
spalania w kotle i przekazana jako energii cieplna zawarta w parze.
II etap to rozprężanie pary w turbinie pozwalającej na uzyskanie
energii mechanicznej. Ostatni III etap polega na przetwarzaniu
energii mechanicznej na energię elektryczną.
3.6.3 Blok energetyczny
•
Blok energetyczny – turbozespół współpracujący z kotłem parowym, stanowiący autonomiczny system
energetyczny w elektrowni wraz z podstawowymi systemami umożliwiającymi eksploatację bloku
•
Podstawowe układy bloku energetycznego:
•
1) układ paliwo – powietrze – spaliny
•
Przeprowadzanie procesu spalania paliwa wraz z uwolnieniem energii przejmowanej przez czynnika
obiegowy oraz dostarczeniem niezbędnych substratów oraz transportem zbędnych produktów procesu.
•
Elementy: kocioł parowy, system dostarczania powietrza, system dostarczania paliwa, układ
wyprowadzania spalin wraz z ich oczyszczaniem oraz układ usuwania produktów spalania.
•
2) Układ parowo – wodny
•
Odpowiada za przemiany czynnika obiegowego układu wraz z kolejnymi przemianami postaci energii
uzyskanej podczas procesu spalania. Zalicza się tutaj: elementy kotła (parownik, walczak, podgrzewacz
wody, turbina parowa, skraplacz, układ regeneracji, system rurociągów i pomp.
•
3) układ chłodzenia
•
Bezpośrednio działa z układem parowo – wodnym i odpowiada za wyprowadzenie ciepła skraplanie
pary wylotowej z turbiny po dokonaniu pracy. Opiera się na wymuszonym obiegu wody chłodzącej. W
systemie zamkniętym (skraplacz, pompa, rurociągi i chłodnia kominowa) czynnik chłodzący po oddaniu
ciepła do atmosfery z powrotem wraca do skraplacza. W systemie otwartym brak chłodni kominowej w
jej miejsce wchodzi źródło wysokowydajne, woda z skraplacza trafia do źródła ale nie jest z powrotem
tłoczona do urządzenia ale pobiera się nową porcję wody chłodzącej.
•
4) Układ wyprowadzania mocy
•
Dostarczenie energii elektrycznej wytworzonej przez turbozespół do sieci elektroenergetycznej
przesyłowej i na zaspokojenie potrzeb własnych. Elementami systemu są : prądnica, transformator
blokowy (podniesienie U prądnicy do wartości U rozdzielnicy głównej i sieci przesyłowej), transformator
potrzeb własnych.
3.6.4 Obieg siłowni cieplnej
•
Podstawowym obiegiem wykorzystywanym do opisu procesów
zachodzących w siłowni cieplnej jest obieg Clausiusa – Rankine’a.
•
1 – 2 – izentropowe rozprężenie pary w turbinie
•
2 – 3 – izobaryczne (izotermiczne) skraplanie pary w skraplaczu
•
3 – 4 – izentropowe (izochoryczne) pompowanie wody zasilającej
•
4 – 1 izobaryczne podgrzewanie wody, odparowanie i przegrzanie pary
•
Czynnikiem obiegowym układu parowo – wodnego jest . W kotle
woda ulega podgrzaniu izobarycznemu poprzez pobieranie ciepła
uzyskiwanego podczas spalania przez gorące spaliny, następnie
zostaje odparowana do pary nasyconej suchej i przegrzana. Para
przegrzana transportowana jest do turbiny parowej. Para zostaje
poddana rozprężaniu izentropowemu wykonując pracę i zmieniając
postać z energii cieplnej na mechaniczną. Z turbiny wypływa para
nasycona mokra poddawana izobarycznemu skraplaniu w
skraplaczu. Kondensat poddaje się regeneracji poprzez
doprowadzenie pary z upustu turbiny. Wodny kondensat zostaje
poddany izentropowemu pompowaniu w celu dostarczeniu go o
wartości ciśnienia prawie równemu ciśnieniu pary przegrzanej
opuszczającej kocioł. Ciepło skraplania pary wylotowej z turbiny
zostaje poprzez układ chłodzenia wyprowadzone na zewnątrz.
•
3.6.5 Wielkości charakteryzujące elektrownię
•
1) Moc elektrowni
•
A) Moc zainstalowana – suma mocy zainstalowanych turbozespołów
wchodzących w skład elektrowni
•
B) Moc osiągalna – moc możliwa do osiągnięcia przy dobrym stanie urządzeń i
normalnych warunkach eksploatacji w czasie nie krótszym niż 15h.
•
C) Moc dyspozycyjna – maksymalna moc możliwa do uzyskania w ustalonym
czasie lub terminie przy rzeczywistych warunkach pracy
•
2) Sprawność elektrowni
•
A) brutto: =
•
B) netto: =
•
C) termiczna: =
•
E – energia elektryczna na zaciskach generatora
•
B – strumień paliwa
•
- energia elektryczna na potrzeby własne
•
- moc elektryczna użyteczna
•
- wartość opałowa paliwa
•
= - względne zużycie paliwa na potrzeby własne (elektrownia kondensacyjna 5
– 9%, elektrociepłownia 20%)
•
3.6.6 Podstawowe układy obiegu parowo -
wodnego
1) Układ cieplny
a) Wymiennik ciepła
Urządzenie, w którym dochodzi do wymiany
ciepła między dwoma czynnikami o różnych
temperaturach (podgrzewanie, chłodzenie,
zmiana stanu skupienia czynników)
b) Podgrzewacz regeneracyjny
Podgrzanie kondensatu pochodzącego ze
skraplacza
c) Podgrzewacz wody sieciowej
Dostarczenie energii cieplnej do odbiorców.
d) Odgazowywacz
Usuwanie z kondensatu rozpuszczonych w
nim gazów
f) Wyparka
Uzupełnianie strat czynnika w obiegu cieplnym,
odparowanie wstępne, zmiękczanie wody zasilającej
g) Przetwornica pary
Wysokoprężna wyparka, w której para pierwotna upustowa odparowuje parę
wtórną przeznaczoną dla odbiorców technologicznych bez zwracania skroplin.
h) Stacje redukujące i schładzające pary
Obniżenie parametrów przepływającego czynnika. Najczęściej występują w
postaci stacji redukcyjno – schładzających (RSCh)
i) Rozprężacze
Ograniczenie strat czynnika w obiegu i odzyskanie części ciepła zawartego w
odsolinach, obniżenie ciśnienia wody w elemencie dławiącym, separacja
powstającej podczas rozprężenia pary.
•
2) Układ regeneracyjnego podgrzewania wody zasilającej
•
Połączenie w jedną całość kotła, turbiny, rurociągów: parowy, kondensatu
•
i wody zasilającej oraz pompy. Dochodzi do podgrzania kondensatu i
•
wody zasilającej parą upustowa celem zmniejszenie strat ciepła w
•
skraplaczu przez mniejszy dopływ pary oraz odzyskanie części ciepła
•
w postaci wzrostu entalpi wody zasilającej.
•
3) Układ pompowania i odgazowania wody zasilającej
•
Usunięcie gazów rozpuszczonych w wodzie zasilającej celem zapewnienia
•
ochrony kotła przed korozją i zapewnienia właściwych warunków
•
kondensacji pary w skraplaczu. Pompowanie pozwala na osiągnięcie
•
ciśnienia zbliżonego do ciśnienia pary wylotowej z kotła.
•
Rodzaje odgazowania
•
A) chemiczne – wiązanie tlenu i azotu w sposób chemiczny ale tylko
•
w przypadku usuwania szczątkowych pozostałości.
•
B) Mechaniczne – rozkroplanie zagazowanej wody do rozmiarów kropel
•
w przybliżeniu rozmiarom pęcherzyków gazów rozpuszczonych.
•
C) termiczne – doprowadzenie wody do stanu wrzenia (nasycenia/0, w
którym rozpuszczalność gazów w wodzie jest znikoma
•
3) Układ skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej
•
Powiązanie przetwarzania energii chemicznej paliwa na energię eklektyczną
z uzyskaniem energii cieplnej. Dokonuje się tego poprzez zastosowanie
turbiny upustowej, z której część pary zasila sieciowe wymienniki ciepła
dostarczając energię cieplna do odbiorców z jednoczesnym otrzymywaniem
energii elektrycznej dzięki rozprężaniu pary przepływającej przez turbinę.
•
•
3.7 Budowa i eksploatacja siłowni jądrowej
•
3.7.1 – Definicja i podstawowe elementy
•
3.7.2 – Budowa siłowni na przykładzie PWR
•
3.7.3 – Główne elementy siłowni
3.7.1 Definicja
•
Siłownia jądrowa – siłownia wyposażona w źródło ciepła w postaci
reaktora jądrowego. Energię uzyskuje się na drodze przemian
jądrowych (rozszczepianie jąder izotopu U -235). Reaktor
wyposażony jest w obieg chłodzący, który ciepło odebrane
przekazuje do części parowej identycznie zbudowanej i
funkcjonującej jak w siłowni parowej.
Wielkość
PWR
BWR
AGR
Candu
RMBK
HTR
Moc [MW]
1200
600
600
600
1000
1300
Paliwo [% U-
235]
3,2
2,6
2,3
0,7
2,0
10
Wymiary
rdzenia [ m[
3x3,7
3,7x3,7
9,1x8,5
7,1x5,9
11,8x7
9,8x6
Ciśnienie
[MPa]
150
70
40
86
67
48
Temperatura
na wyjściu [
324
286
650
305
284
720
Ciśnienie
pary [MPa]
4,0 – 6
7
16
4,7
6,5
16,5
Temperatura
pary [
250 - 290
280
565
260
280
530
Sprawność
[%]
35
34
42
30
31
40
Wielkość
PWR
BWR
AGR
Candu
RMBK
HTR
Moc [MW]
1200
600
600
600
1000
1300
Paliwo [% U-
235]
3,2
2,6
2,3
0,7
2,0
10
3x3,7
3,7x3,7
9,1x8,5
7,1x5,9
11,8x7
9,8x6
Ciśnienie
[MPa]
150
70
40
86
67
48
324
286
650
305
284
720
Ciśnienie
pary [MPa]
4,0 – 6
7
16
4,7
6,5
16,5
250 - 290
280
565
260
280
530
Sprawność
[%]
35
34
42
30
31
40
3.7.2 Budowa siłowni na przykładzie PWR
•
Siłowni jądrowa dzieli się na dwie części : jądrowa i konwencjonalną. Część
jadrowa skład się z reaktora, układu chłodzenia, układu sterowania i układów
zabezpieczeń. Odpowiada ona za przemianę energii chemicznej paliwa na
drodze rozszczepiania jąder izotopu U – 235 w energię cieplną przenoszoną
za pomocą czynnika chłodzącego do części konwencjonalnej. Część
konwencjonalna posiada identyczną budową i funkcjonowanie jak w
przypadku siłowni cieplnej (różnica to brak kotła) czyli turbozespół, układ
chłodzenia, układ regeneracji i system rurociągów oraz pomp. Dochodzi tej
części do przemiany energii cieplnej zawartej w parze w energię
mechaniczną w turbinie, a następnie w energię elektryczną. Połączeniem
obu części jest wytwornica pary.
3.7.2 Główne elementy siłowni
•
1) Reaktor jądrowy
•
Główne źródło energii pełniące identyczna funkcję jak kocioł parowy w
siłowni parowej. Podstawowym paliwem jest izotop U – 235 w postaci U.
•
2) Stabilizator ciśnienia
•
Kompensacja zmian objętości wody w układzie chłodzenia reaktora (obieg
pierwotny) wskutek zmian temperatury. Utrzymywanie ciśnienia na stałym
poziomie.
•
3) Pompa cyrkulacyjna
•
Wymusza obieg czynnika chłodzącego w obiegu pierwotnym
przepływającego przez reaktor zapewnia właściwe funkcjonowanie reaktora.
•
4) Wytwornica pary
•
Urządzenie spinające obieg pierwotny i wtórny. Dochodzi do przekazania
energii z obiegu chłodzącego do obiegu parowego z wykorzystaniem efektu
odparowania czynnika obiegowego w części konwencjonalnej.
•
Część parowa jest identyczna jak w przypadku punktu 3.6.
•