Elektrane.pdf

7/21/2019 Elektrane.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/elektranepdf-56dbcc7eacf74 1/177

fakultet ele ktrotehnike i ra~unsrstva

zavod za visoki napon i energet

Termoelektrane

Prof.dr.sc. Sejid TešnjakDoc.dr.sc. Davor Grgi

Doc.dr.sc. Igor Kuzle



Podjela turbina termoelektrana

Podjela turbina

Parne turbine Plinske turbine

Prema smjerustrujanja pare

Prema djelovanjurotora obzirom na

ekspanziju pare

Prema visinitlaka na kraju

ekspanzije

Aksijalne Radijalne Akcijske Reakcijske Kondenzacijske Protutlačne



Usporedba tehnologijaPrednosti

– opskrba gorivom– stabilna i konkurentna

cijena goriva– razvoj CleanCoal

tehnologija (η > 45%)– jedinične snage

400 - 1000 MW– mogućnost korištenja

šljake i pepela ucementnoj industriji

– životni vijek (35+15 g.)

Nedostaci– investicijski troškovi– relativno velike emisije

CO2

– skladištenje goriva

UGLJEN PLINPrednosti

– konkurentna, stabilna ipredvidljiva cijenaelektrične energije

– nema emisija CO2

– smanjenje ovisnosti o uvozuenergenata(skladištenje goriva)

– pozitivan utjecaj nazapošljavanje i ekonomiju(primjer: Finska, Francuska

– razvoj naprednihtehnologija

Nedostaci– investicijski troškovi– dugoročno odlaganje

radioaktivnog otpada– neproliferacija– mogući problemi s

dekomisijom

Prednosti– ekološka prihvatljivost– tehnologija u razvoju– investicijska ulaganja– rok izgradnje– stupanj iskorištenja goriva

(do 60%)– relativno brz povrat

uloženih sredstava

Nedostaci– rizik opskrbe gorivom– cijene plina u budućnosti– životni vijek– fleksibilnost pogona– back-up gorivo

NUKLEARNA



Usporedba tehnologija - troškoviNove elektrane Postojece elektrane

vrsta elektranemax. godišnje

trajanje pogona (h/a)

nuklearne elektrane(1330 MW, 35%)

Investicijskitroškovi(EUR/kW)

troškovi proizvodnje u1. godini (EUR-ct/kWh)

izjednaceni troškoviproizv. (EUR-ct/kWh)

varijabilni troškoviproizv. (EUR-ct/kWh)

TE na kameni ugljen(700 MW, 45.5%)

TE na lignit

(850 MW, 43.5%)plinske elektrane(270 MW, 38%)

kombi postrojenja(800 MW, 58%)hidroelektrane

(700 MW)

male hidroelektrane(30 MW)

vjetroelektrane (obala)(>1 MW)

suncane (photovoltaic)(1 MW)

8000

8000

8000

8000

8000

5000

5000

2500

2400

1700

700

750

280

5.9

3.6

3.7

3.8

4.8

3.2

3.3

4.1

0.7

1.3

1.2

3.2

3.3

5.6

9.7

5.8

43.753.6

6.8

12.1

7.1

3.2380

1800

3000

700

6000

2.1

0.02-0.1

0.02-0.1

0.05-0.5

0.4



Parne termoelektrane 1

Tehnološki proces proizvodnje električne energije u EES-uzapočinje osiguranjem dovoljnih količina primarnih oblikaenergije. Nastavlja se proizvodnjom, odnosnotransformacijom drugih oblika energije u električnuenergiju, prijenosom, te razdiobom električne energije domjesta njene potrošnje odnosno transformacije u drugekorisne oblike energije. Ovo ukazuje na jedno mnoštvouređaja i komponenti, koje učestvuju u okviru ovogtehnološkog sustava.U slučaju tehnološkog procesa proizvodnje električneenergije u termoelektranama loženim ugljenom kaoprimarnim energentom tada vrijedi (kao i u slučajunuklearnih elektrana) da je to svakako jedan od zahtjevnijihi tehnički složenijih sustava za proizvodnju električneenergije.



Parne termoelektrane 2Propisi i zahtjevi za zaštitu okoliša dodatno usložnjavajutehnološki proces.Niz pretvorbi energije

– Primarna energija fosilnog goriva se, u procesu izgaranjai prijenosa topline, u generatoru pare transformira utoplinsku energiju vodene pare

– Toplinska energija vodene pare se u postrojenju parneturbine transformira u mehaničku energiju i toplinskuenergiju degradiranih parametara

– Mehaničke energija se u postrojenju turbogeneratoratransformira u električnu energiju



Parne termoelektrane 3Osnovna je proizvodna jedinica elektroprivrede blok, tj.samostalna skupina uređaja koji su istodobno u pogonu, aosiguravaju odvijanje potpunog tehnološkog procesa zapretvaranje energije goriva u električnu energiju. Blok sesastoji od jednog uređaja za proizvodnju pare, jedneturbine sa sustavom za kondenzaciju, jednog generatora, te

pripadnog transformatora.Termoelektrana može imati samo jedan ili veći broj blokova, istog ili različitih tipova.Uređaj za proizvodnju pare može biti kotlovnica s jednim ilidva kotla, koji se lože fosilnim gorivima.



Kondenzacijske parne termoelektrane Ovaj tip elektrana je najrazvijeniji tip termoelektrana.Takve se elektrane postavljaju pretežno na izvorimatoplinske energije, odnosno blizu ugljenokopa ili nalazištatekućeg i plinovitog goriva.Drugi uvjet za njihovo lociranje je blizina znatnih količinaprotočne vode, potrebne za hlađenje kondenzatoraturbina.Glavna prednost kondenzacijskih termoelektrana sastojise u mogućnosti proizvodnjevelikih količina električneenergije na izvorima fosilnih goriva, uz jednoznačantehnološki proces i veliku snagu pojedinih pogonskih jedinica.Nedostatak im jerelativno nizak stupanjiskorištenjatopline.



Sankey-dijagram energetske bilance TE

TURBINA

GENERATOR

KONDENZATOR

zagrija č 3(otplinja č )

zagrija č 2

zagrija č 1

ejektor

kondenzat

rashladna voda

mehani č ki gubici

gubicigeneratora

gubici kotla

gorivo

kondenzat

oduz. I

oduz. II

oduz. III

84.5 %

15 %84 %

15.5 %

1 %

1 %

4.5 %

4.3 %

13.9 %

9.4 %

5.1 %

1.6 %1.6 %

72 %

45.2 % 21.7 %

elektri č naenergija



Kondenzacijske parne termoelektrane 2

Shematski prikaz procesa u kondenzacionoj parnoj termoelektra



Princip rada TE na ugljen



Princip rada TE na mazut



Proces u termoelektrani 1

Para ka turbiniUlaz napojnevode

ECO

ECO

Bubanj

Konvekcijskipregrijač

Zidnipregrijač

Isparivač

~

Isparivač ŠotPregrijač

Bubanj

210MW



Proces u termoelektrani 2



Termoelektrane – toplane 1Termoelektrane – toplane služe za opskrbu jednog većeg

energetskog područja kakotoplinskom, tako i električnomenergijom.Određeni dio pare u turbini se ne vodi u kondenzator, nego senjezina toplina koristi u tehnološke ili ogrjevne svrhe. Termičkistupanj korisnosti ovakve elektrane znatno je većiodkondenzacijskih elektrana, što im je i glavna prednost.Nedostatak im je potreba za transportom velikih količina goriva domjesta potrošnje. Međutim, ovakve toplane su u stanjuopskrbljivati dotično energetsko područje i dovoljnim količinamaelektrične energije, čime se smanjuje cijena opskrbe električnomenergijom.

Zbog toga su one najpovoljnije rješenje složene opskrbe toplinskoi električnom energijom.



Termoelektrane – toplane 2

Shematski prikaz procesa u termoelektrani– toplani s turbinom soduzimanjem pare



Temeljni elementi TE na ugljen 1



73

.

4

5

68

9.

1. Šot pregrijač2. Bubanj3. Bunker i dodavač4. Gorionici5. Mlinovi

6. Skladište ugljena7. Elektrofilter8. Ljungstroem9. Ekrani ložišne komore




Toplifikacija grada

Rezervoar demineralizovanevode

Razvodna stanica

Blok transformator

GeneratorNTSTVT

Kondenzator Dopunskavoda

Regeneracijski zagrijači

Instalacijaza degaziranje

Rashladnitoranj

Regeneracijski zagrijači

Turbina




210 MW KWU parna turbina



Gubitci u TE



Osnovna oprema parne termoelektraneSvi glavni dijelovi parne termoelektrane smješteni su uglavnoj pogonskoj zgradi:Bunkeri ugljenaParni kotlovi (generatori pare)Kondenzatori

TurboagregatiPriprema vode (isparivači, zagrijači, otplinjači, rezervoaripojne vode... )Napojne crpkeRasklopno postrojenje vlastite potrošnjeToplinska i električna komanda



Rotacijski grijač zraka (Ljungstroem) 1



Rotacijski grijač zraka (Ljungstroem) 2



Mlin s čekičima



Mlin s valjcima



Generatori pare 1Zadatak je parnog kotla da toplinu oslobođenu izgaranjemgoriva dovede vodi ili vodenoj pari, koja na njegovom izlazumora imati određeni tlak i temperaturu.Radi se o izmjenjivaču topline koji se nekad izvodio kaoposuda napunjena vodom i grijana plinovima izgaranja goriva,dok se danas parni kotlovi izvode kao sustav cijevi, otkudadolazi i naziv generatori pare.U parni kotao dovode se pojna voda, gorivo i zrak zaizgaranje, a iz njega se odvode proizvedena vodena para,plinovi izgaranja i pepeo (šljaka) kao neizgoreni dio goriva.



Generatori pare 2Karakteristični tipovi parnih kotlova su sljedeći:

– Kotao s plamenim cijevima– Vodocijevni kotao– Kotao s prirodnim strujanjem– Kotao s prisilnim strujanjem– Protočni kotlovi ( Sulzerovi i Bensonovi )

U kotlovima malih učina gorivo se loži na pomičnoj rešetki, a zaveće učine u ložište se dovodi ugljen u obliku prašine, koji se meljeu mlinu termoelektrane.Budući da se često za loženje parnih kotlova upotrebljava mazut izemni plin, ugrađuju se kotlovi koji se mogu koristiti svim trimavrstama goriva.



Generatori pare 3

Shematki prikaz s temeljnim elementima parnog kotla



Water & Steamcycle

Fuel System

Air & flue gas FlowPath

Ash/ rejectsHandling System

Osnovni elementi generatora pare



Generator pare



Bensonovaizvedba

Sulzerovaizvedba

Ramzinovaizvedba

Generatori pare - izvedbe



One-throughgenerator pare (Sultzer)



Sustav gorionika

Hladni zrak

Dogorjevajući zrak

DIZNE SOFA

REBERNING GORIONIK

GLAVNI GORIONICI

DIZNE SOFA

Vrući zrakGorionićki zrak

k k ć



Parni mlazatoma

Sustav gorionika na tekuće gorivo

l k h k



Monobloc nozzle mix gas burner

Sustav plinskih gorionika

S i ik i ij l li



Sustav gorionika i prijelaz topline

G o r i v o

Z r a k

R a d i j a c

i j a i z z i d o v a

R a d i j a c i j a i

k o n v e k c i j a

N či i i j



Vrtložan tok izgaranja

Ravnomjerantok izgaranja

Načini izgaranja u generatoru pare

I j k ć i i li



Nafta i prirodni plin imaju sljedeća zajednička svojstva:Praktički ne sadrže ni vlagu ni pepeo.Proizvode istu količinu izgaranja plinovaista vatra se postiže.Gorenje u plinskim uvjetima sa relativno homogenim (postojanimplamenom ovo može biti izgoreno u sličnim gorionicima sa vrlomalim dotokom zraka.

Naftni plamen. Plinski plamen.

Izgaranje tekućeg goriva i plina

G k ć ili li i i



Naftni ili plinski spremnik sahorizontalnim plamenim zidom[Babcock&Borsig].

Generator pare na tekuće ili plinovito goriv



G i 4



Generatori pare 4

Skica kotla s prirodnim strujanjem

pregrijac pare

zagrijac vode

zagrijac zraka

bubanj

komora izgaranjas cijevima za isparivanje

sabirnici vode



T li k bil k l /



BOILER

Boiler Efficiency (Heat in Steam)

Heat loss due to dry flue gas

Dry Flue Gas LossHeat loss due to wet flue gas

Heat loss due to moisture in fuel

Heat loss due to unburnts in residue

Heat loss due to moisture in air

Heat loss due to radiation & otherunaccounted loss

5.5%

4.2%

1%0.3%

1%

1%

87%

100%HeatfromFuel

Toplinska bilanca kotla/generatora pare

Kl ifik ij t



Klasifikacija generatora pare

M d EU TE



Moderne EU TE

Ult k itič i ikl b d ć ti



Ultra-superkritični ciklus budućnosti

I gled moderne TE b d ćnosti



Izgled moderne TE budućnosti

Elektrana na biogorivo



Elektrana na biogorivo

Shematski prikaz termoelektrane



Shematski prikaz termoelektrane

T s dijagram procesa



s, kJ/kg

T ,

o C

Tg1Tg2

Tg3

Tg4

Ts1

Ts2

Ts3

Ts4

Ts5

Ts6

Ts7

Ts8

Ts9

Tw1

Tw2

T-s dijagram procesa

Jednadžbe komore za izgaranje



+

−

+⋅⋅=

42

42

10015.323

100

15.273 sgevaevaeva

T T AcQ

B L Ld lozg hhV H H ++=η 1

zr gggeva H H mQ η ⋅−⋅= 21

Jednadžbe komore za izgaranje

Jednadžbe supergrijača



zr ggg H H mQ η ⋅−⋅=

32sup

( )56sup ssgp hhW mQ −⋅−=

mt Ak Q ∆⋅⋅= supsupsup

21

21

ln t t

t t t m

∆∆

∆−∆=∆

∆ t1

∆ t2

0 A

ts6

ts5

tg3

tg2

Jednadžbe supergrijača

Jednadžbe ekonomajzera i grijača vode



zr gggeko H H mQ η ⋅−⋅= 43

( )34 ssgpeko hhW mQ −⋅−=

mekoekoeko t Ak Q ∆⋅⋅=

( )23 _ ssgpvodegrija č hhmQ −⋅=

mvodegrija č vodegrija č vodegrija č t Ak Q ∆⋅⋅= _ _ _

( )97 _ ssovodegrija č hhmQ −⋅=

∆ t1

∆ t2

0 A

ts2

ts3

ts9

ts70 A

∆ t1

∆ t2

ts4

ts3

tg4

tg3

Jednadžbe ekonomajzera i grijača vode

Jednadžbe kondenzatora



( )12 wwcond cond hhmQ −⋅=

( )18 sstout cond hhmQ −⋅=

mcond cond cond t Ak Q ∆⋅⋅=∆ t1

∆ t2

0 A

tw1

tw2

ts8

Jednadžbe kondenzatora

Jednadžbe parne turbine



( )2

28

27

287

⋅−+= toutz

tout szszss m

m p p p p

T

s

6

7

8 x cond

7i

8i

∆h 1

∆h 2

p

p

ihhhh

76

761 −

−=η

ihhhh

87

872 −

−=η

Jednadžbe parne turbine

Interna efikasnost stupnja turbine



Interna efikasnost stupnja turbine

Stvarna ekspanizija



Stvarna ekspanizija

Comparison of ActualExpansion with Isentropic

Expansion in Turbine

Actual Expansion in HP, IP& LP Cylinder

ActualProcess

1-2-3-4-5

Gubitci u turbinskom ciklusu



Gubitci u turbinskom ciklusu

Turbine heat rate (HR) definition



Turbine Heat Rate =Q

1x (H

1 – h

2) + Q

2X (H

3 – H

2)

Gross Generator Output

Turbine heat rate (HR)- definition

• Turbine heat rate (Kcal/kWh) is defined as the heat input (Kcrequired to generate one unit of Electrical output (KWh).

Turbine heat rate (HR)



HR and Condenser Exhaust

Pressure

Variation of Heat Rate with Load

Turbine heat rate (HR)

Utjecaj parametara pare



Effect of IncreasingSteam TemperatureOn Available Energy

Effect of IncreasingPressure on Available

Energy

Effect of IncreasingSteam Pressure &

Temperature Both on Available Energy

P1 P2

P3

T1

P1

T2T3

P1

P2

T1

T2T1

H

S

H

S S

H





Reheat Pressure Reheat Temp.S S

HH


Parne turbine 1



Parne turbine 1Parne turbine su pogonski strojevi koji pretvarajutoplinsku energiju pare u mehanički rad. Kao pogonmedij obično se koristi vodena para.Toplinska energija pare pretvara se u mehanički radposrednim putem. Prva faza procesa je ekspanzijapare, odnosno pad tlaka i temperature, te porast

obujma. Ekspanzijom se postiže ubrzavanje strujanjapare, pa se na taj način toplinska energija pretvara ukinetičku.U drugoj fazi se kinetička energija parnog mlazakoristi za stvaranje obodne sile na rotoru i njegovopokretanje, čime se kinetička energija pretvara umehanički rad. Rotor turbine je spojen sa radnimstrojem, kojem predaje stvoreni mehanički rad.

Parne turbine 2



Parne turbine 2S obzirom na smjer strujanja pare, turbine suradijalneiliaksijalne. Vrlo velika većina turbina je aksijalna.Radijalne se grade samo iznimno, jer se ne mogu graditi zavelike snage i jer se ne može provesti zagrijavanjekondenzata.Turbine se danas grade do snage od 1000 MW, za paru tlaka300 bara i temperature do 600°C.Glavni dijelovi parnih turbina su:

– Rotor– Stator– Kućišta, ležajevi, brtve te sustav uljnog podmazivanja

Akcijske i reakcijske turbine



Akcijske i reakcijske turbine

Presjek reakcijske parne turbine



Presjek reakcijske parne turbine

Parne turbine 4



Parne turbine 4Ispušna para turbine ima zbog ekspanzije znatno veći obujam osvježe pare, zbog toga su presjeci za prolaz pare prema izlaznomkraju turbine sve veći- duže lopatice, veliki presjek ispušnogotvora. Ispušna se para može voditi u kondenzator s tlakom nižiod atmosferskoga ili s većim tlakom u neki sustav zameđupregrijanje.Turbinski pogon ne stvara udare na temelj ili jake prisilne

vibracije, te ako se agregat postavlja na razini tla, npr. u slučajumalih i pomoćnih agregata, posebno složen temelj nije ni potrebAko se agregat postavlja na kat strojarnice, kao što je to u većinslučajeva, a takva je izvedba nužna radi smještanja pomoćnih ikondenzacijskih uređaja, izvođenje temelja postaje složenije.

Pri tome treba kod najvećih agregata nekoliko stotina tona opresmjestiti na visinu od cca 10 m na samo nekoliko pari stupovatemelja, koji mora zadovoljiti sve uvjete što se postavljaju priradu stroja - statička i dinamička opterećenja i drugo.

Parne turbine 5



Parne turbine 5Turbine mogu imati jedno ili više kućišta. Ti se dijelovi mogupovezivati jedan iza drugoga u seriju, te grupa ima samo jedangenerator, što je najčešći slučaj. Zbog poteškoća oko izgradnjevelikih generatora, najveće jedinice katkad se grade s dvageneratora, a i agregat se dijeli na dvije paralelne osovine.Jedinice snage veće od 100 MW obvezatno se izvode smeđupregrijavanjem pare, tj. para se nakon prolaza krozvisokotlačni dio turbine vraća u generator pare koji ima posebnugrađen pregrijač za tu paru, nakon čega ulazi u srednjotlačni dkonačno kroz niskotlačni dio turbine odlazi u kondenzator.Primjena velikih brzina kod parnih turbina nije spojena spoteškoćama oko svladavanja inercijskih sila masa u oscilatornkretanju, pa se dimenzije agregata povećavaju mnogo sporije oporasta jedinične snage. Zbog toga parne turbine zauzimajudominantan položaj među pogonskim toplinskim strojevima vesnaga.

Parne turbine 6



Parne turbine 6Ispravno održavana parna turbina vrlo je izdržljiv stroj, načelnograđen za cjelodnevni pogon od deset mjeseci bez prekida. Sva je godine potreban manji remont ležajeva, uljnog sustava ikondenzacije, dok se kućište turbine otvara jednom u tri ili višegodina.Često zaustavljanje i ponovno pokretanje najnepovoljnije utječutrajnost turbine. Većina mehaničkih oštećenja i raznih kvarovanastaje upravo za vrijeme zaustavljanja i pokretanja. Rad s malopterećenjem i, još više, dulji zastoji uz nedovoljnu konzervacijtakođer su vrlo opasni.U usporedbi s drugim vrstama pogonskih strojeva parna turbina jerazmjerno skupa. Skupoća turbine rezultat je načina izvedbe-složeni čelični odljevci i otkovci, aerodinamički profilirane lopi ostalo što je potrebno s obzirom na traženu izdržljivost iekonomičnost u radu.

Raspored opreme kondenzacijskog agrega



Raspored opreme kondenzacijskog agrega

Turbinski stop i regulacijski ventil



Turbinski stop i regulacijski ventil

Regulacija turbine



Regulacija turbine

Elektrohidraulički sustav regulacije



Elektrohidraulički sustav regulacije

Profil tlaka u turbini za različita opterećenja



Profil tlaka u turbini za različita opterećenja

Ovisnost tlaka turbinskog stupnja o opterećenju



Ovisnost tlaka turbinskog stupnja o opterećenju

Rotor parne turbine 1



oto pa e tu b eIzvedba osovine rotora zavisi o tipu turbine.Reakcijske turbineimaju rotor u obliku masivnog bubnja, koji je često sastavljenzavarivanjem od više šupljih sekcija.Akcijska turbina naprotiv,ima rotor sastavljen od osovine i diskova, koji mogu bitiistokareni u jednom komadu s osovinom, ili navučeni odnosnonavareni na osovinu.Rotor se izrađuje kovanjem od legiranog čelika velike čvrstoćotpornosti na visoke temperature. Koriste se slitine čelika skromom, molibdenom, vanadijem i dr.Lopatice rotora izvrgnute su velikim naprezanjima zbog djelovanjapare i vibracija, erozije i korozije, te visokih temperatura.Izrađuju se od oplemenjenog nehrđajučeg čelika.

Kritična brzina vrtnje jedno je od najvažnijih obilježja svakogrotora. Kao i svaki drugi elastični sustav, rotor ima neku vlastifrekvenciju, kojom titra nakon početnog impulsa. Ta frekvencito veća što je masa rotora manja, a njegova krutost veća, i obrn




pKritičnabrzina vrtnje zove se ona brzina vrtnje pri kojoj je brzinavrtnje rotora jednaka broju vlastitih titraja rotora u istoj

jedinici vremena.Kritična brzina mora pri konstrukciji rotora biti izabrana tako ddovoljno daleko od brzine vrtnje u normalnom radu turbine, ispod iliiznad nje, jer u slučaju da se te dvije brzine podudaraju, dolazizbog rezonancije (jakih vibracija), koje mogu izazvati težaoštećenja. Ako je rotor sastavljen od više dijelova povezanih kruspojkama (npr. visokotlačni rotor, niskotlačni rotor, rotorgeneratora) to pravilo vrijedi za zajedničku kritičnu brzinu togasustava.Ako je rotor "krut", njegova kritična brzina vrtnje znatno je većod normalne pogonske, te do pojave rezonancije ne dolazi. Takrotore obično imajureakcijske turbine. Razmjerno vitkirotoriakcijskih turbinaredovito su "elastični", njihova kritična brzina jmanja od radne. U normalnom radu to ne stvara poteškoće, ali ppokretanju i zaustavljanju treba nastojati da se kroz područjekritične brzine prođe bez zadržavanja.




pNeuravnotežene mase u rotoru izvor su prisilnih vibracija, kojebiti vrlo neugodne. Zbog toga se novi rotor prije puštanja u pogprecizno statički i dinamički uravnotežuje. Balansiranje je potrei poslije, u eksploataciji, kada se izvode veći remontni zahvati.Nepravilno zagrijavanje i hlađenje te nagle promjene opterećentemperature pare najveća su opasnost za rotor i cijelu turbinu.Takve nepravilnosti pogona mogu izazvati razne havarije, poput

pucanja pojedinih dijelova, deformacija, struganja rotora po statoruitd., što sve može imati katastrofalne posljedice.Da bi se postiglo što ispravnije zagrijavanje rotora pri pokretanjsvih većih turbina ugrađuju se uređaji kojima se za vrijemezagrijavanja turbine polagano okreće rotor, da bi se izbjegle

njegove deformacije. Uređaj (motor za prekretanje turbine) sepušta u pogon i za vrijeme ohlađivanja turbine.Spojkesu elementi za međusobno povezivanje dijelova rotirajućsustava turboagregata.

Deformacija osovine rotora



j

Stator parne turbine 1



pStator reakcijskih turbinačine redovi statorskih lopatica, koje suučvršćene izravno u elemente kućišta turbine. One su učvršćenepomoću profilirane “noge”, slično kao i rotorske, ali kako tu nenaprezanja izazvanih centrifugalnim silama, to je učvršćenje jednostavnije.Stator akcijskih turbinaizveden je tako da je red statorskihlopatica koje pripadaju jednom stupnju ugrađen u takozvanu

dijafragmu. Dijafragma je prstenasta dvodijelna pregradna stijeumetnuta između dvaju diskova rotora, kroz čiju sredinu prolazosovina turbine. Vanjski obod dijafragme učvršćen je u kućištuturbine, i to tako da je donja polovina dijafragme učvršćena zadonji, a gornja za gornji dio kućišta.

Stator parne turbine 2



pUlazno sapništestatorski je aparat prvog stupnja turbine. Ako

turbina ima više kućišta, takav sklop obično se ugrađuje za prvistupanj svakog od kućišta. U turbina s reguliranim oduzimanjempare, ulazno sapnište ugrađuje se iza svakog od razvoda pare,kao statorski dio prvog od stupnjeva sljedećega dijela turbine.Ulazno sapnište čine statorske lopatice na odgovarajući način

učvršćene u masivne čelične elemente. Oblik sapništa i rasporedstatorskih lopatica zavise o konstrukciji razvoda pare, načinureguliranja protjecanja pare kroz turbinu, parametrima stanjapare i drugim uvjetima rada.

Brtvenice i sustav brtvene pare 1



pVanjske brtvenice turbina ugrađene su na krajevima kućišta,

tamo gdje rotor izlazi iz kućišta i prelazi u ležajna postolja. Onsprečavaju prodiranje pare iz kućišta turbine u atmosferu- akopara u tom dijelu kućišta ima tlak viši od atmosferskog, ili zrau kućište, ako je tlak pare niži od tlaka zraka.Zbog velike obodne brzine rotora i visokih temperatura pri radu

turbine uvedene su posebne vrste brtvenica, koje ne dodirujurotor. To su takozvanelabirintne brtvenice.Struja pare prigušuje se nizom uskih raspora i širokih komoraBroj šiljaka brtvenice, koji čine uske procjepe, može kod velikodnosa tlakova ispred i iza brtvenice dosegnuti i nekoliko

desetaka.Određeno protjecanje pare kroz takvu brtvenicu ne može seizbjeći.

Brtvenice i sustav brtvene pare 2



pSpecifičnost brtvenoga sustava kondenzacijskih turbina je uniskotlačnim brtvenicama, koje brtve ulaz zraka u kućišteniskoga tlaka, jer u njemu vlada tlak, niži od atmosferskog.

odvodnjavanj e vodazaporne pare

ispuštanjekondenz ata rastere ćenje

Pdovodjenj e zaporne pare

redukcijskastanica

ABCVT

u atmosferu

svježa para

ispuštanjekondenzata

Slika 61. Shema sustava brtvene pare koddvokucišne kondenzacijske turbine

odvodnjavanj eprestrujnog voda

X P

prestrujni vod 1.1 bar

Y

kondenzator

C

ispuštanje kondenzata

B C

u atmosferu

BNT

B C

u atmosferu

Sustav brtvljenja za različita opterećenja



j j p j

Labirint brtva na izlazu NT dijela



j

Sustav brtvljenja pare



j j p

Kućišta parnih turbina



pVisokotlačna kućišta parnih turbina izvode se lijevanjem odčeličnog lijeva. Kada para ima niže parametre koristi se uglji

ili nisko legirani čelik, dok se za kućišta za turbine sa najvišimparametrima pare lijevaju od čeličnih slitina s kromom,molibdenom i vanadijem.Niskotlačna kućišta se u slučaju malih dimenzija mogu lijevasivog lijeva, a u većim dimenzijama isključivo se proizvode

varenjem od čeličnih limova.Većina kućišta se dijeli u horizontalnoj ravnini na gornje i dondijelove, čime je olakšana montaža statora i rotora. Na kućištse priključuju cjevovodi za dovod, razvod i odvod pare.Debeli sloj mase za toplinsku izolaciju, kojim su obložena svkućišta u kojima je para visoke temperature, ima višestrukuzadaću- zaštita okoline turbine od pretjeranoga zagrijavanja,smanjivanje gubitka topline i ujednačavanje temperatura stijekućišta radi smanjivanja toplinskih naprezanja.

Ležajevi 1



jS vrlo rijetkim iznimkama ležajevi parnih turbina se izvode kklizni, s podmazivanjem uz pomoć cirkulacijskog uljnog sustaRazlikuju se potpornii odrivniležajevi. Potporni ležajevi noseosovinu, koja se u njima okreće, dok je odrivni ležaj učvršćujaksijalnom smjeru.Broj potpornih ležajeva zavisi o broju rotora turboagregata, ato ne znači da svaki dio rotora mora imati svoja dva ležaja. Ase dva dijela rotora (npr. rotori visokotlačnog i niskotlačnogdijela turbine), vežu krutom spojkom, ležaj može biti zajednisamo s jedne strane spojke. Drugi dio rotora, koji nema s testrane svoj ležaj, visi na spojci. Time se skraćuje konstrukcijabroj potpornih ležajeva.

Ako su dijelovi rotirajućega sustava povezani zupčastim ilidrugim elastičnim spojkama, onda je takva izvedba nemogućsvaki dio mora imati svoja dva potporna ležaja.

Ležajevi 2



U pogledu broja odrivnih ležajeva vrijedi pravilo da svaki dio

rotora koji u aksijalnom smjeru čini krutu cjelinu ima jedanodrivni ležaj. Tako npr. rotori velikih turboagregata, koji sesastoje od nekoliko turbinskih i generatorskog rotora, koji suvezani krutim spojkama, smiju imati samo jedan odrivni ležabi se omogućile dilatacije rotora pri promjenama radnetemperature. Taj jedini odrivni ležaj smješten je u jednom odležajnih postolja turbine. U slučaju kada su dijelovi međusobvezani zupčastim spojkama, ili postoji više paralelnih osovinašto je to kod pogona preko reduktora, svaki od aksijalnonezavisnih dijelova mora imati svoje aksijalno vođenje.Podmazivanje ležajeva izvedeno je tako da se uz odgovarajućkonstrukcijsko izvođenje dobiva samo tekuće trenje uležajevima. Između dijelova osovine i ležaja imamo u normapogonu je uljni film.

Ležajevi 3



Ležajevi senajviše troše pri pokretanju i zaustavljanju

agregata, kada se zbog male brzine rotacije ne može ostvaritiuljni film u ležaju.Zbog toga se kod velikih agregata izvodi poseban sustav zarasterećenje ležajeva, koji utiskuje ulje pod visokim tlakomizravno u ležaj, pod rukavac osovine, i tako onemogućuje kon

između metala.Taj sustav djeluje samo pri pokretanju i zaustavljanju turbineRadne površine potpornih i odrivnih ležajeva izvedene su odbijele kovine. Sloj bijele kovine vrlo je tanak. On mora biti usvakom slučaju tanji od najmanje zračnosti u protočnom dijelturbine, tako da se u slučaju havarije, kada ležaj “iscuri”, štetlokalizira na sam ležaj i eventualno na brtvenice, a lopaticerotora i statora ostaju pošteđene.

Kondenzator 1



Para koja je ekspandirala u kondenzatorskoj parnoj turbini dovodi se ukondenzator u kojemu se ona kondenzira uz što je moguće niži tlak.

Kondenzacija se izvodi u izmjenjivaču topline, kojemu se s jedne strdovodi para, a s druge rashladna voda, koja od pare preuzima tolikotopline koliko je dovoljno da se ona potpuno kondenzira.Para i kondenzat odijeljeni su od rashladne vode.To jepovršinskikondenzator.Moguće je i izvesti kondenzator miješanjem u kojemu se para miješarashladnom vodom.U površinski kondenzator para ulazi kroz otvor što je mogućebližeposljednjem stupnju turbine. Na svom putu nailazi na cijevi štoispunjaju unutrašnjost kondenzatora, a kroz koje protječe rashladnavoda. U dodiru s cijevima para predaje toplinu, kondenzira se i priku

kao kondenzat na dnu kondenzatora.

Kondenzator 2



Zbog nemogućnosti potpunog brtvljenja, u kondenzator uvijek prodnešto zraka što u njemu pogoršava prilike (rast tlaka) jer se zrak ne dkondenzirati pri temperaturama koje vladaju u kondenzatoru.Taj se zrak odvodi iz kondenzatora posebnim pumpama koje rade naprincipu ejektora. Rashladna voda odvodi iz pare samo toliko toplinkoliko je potrebno da se para kondenzira.Prema tome para i kondenzat jednake su temperature, a to jetemperatura isparivanja.Dalje ohlađivanje kondenzata ispod temperature isparivanja trebaspriječiti jer će to uzrokovati nepotreban gubitak energije zbog togašto se kondenzat vodi natrag u generator pare i tu se mora ponovogrijati.

Kondenzator 3



U kondenzatoru se kondenzira od 60 do 75%pare proizvedeneu genera toru pare što u prvom redu ovisi o izvedbi zagrijavanjkondenzata i o upotrebi djelomično ekspandirane pare zapomoćne pogone.Termički je stupanj djelovanja procesa to bolji što je manjakoličina unutrašnje energije koju para donosi u kondenzator.To se postiže uz porast tlaka i temperature svježe pare,provedbom međupregrijanje pare, povećanjem broja stupnjevzagrijavanja kondenzata, poboljšanjem stupnja djelovanjaturbine.Kondenzatoru nije jedini zadatak da osigura kondenzacijuekspandirane pare. Osim toga preuzima paru koja se obilaznivodovima dovodi za vrijeme stavljanja u pogon i obustavljanja tekad se naglo smanji opterećenje i djeluje sigurnosno ventil daspriječi gubitak kondenzata.Kondenzator se treba dimenzionirati tako da bude sposobanpreuzeti onu količinu pare koja u najnepovoljnijem slučajudonosi u kondenzator približno dvostruko više energije nego vrijeme maksimalnog opterećenja u normalnom pogonu.

Kondenzator 4



Para koja je ekspandirala u turbini ulazi u kondenzator, gdje sekondenzira i ponovo vraća u rezervoar pojne vode.U kondenzacijskim turbinama sva para dolazi u kondenzator , dok uturbinama s oduzimanjem dio pare se oduzima iz turbine prije negošto je ekspandirala do tlaka kondenzatora, a preostali dio paredolazi u kondenzator.Protutlačne turbine nemaju kondenzatora, jerse sva para pod tlakom većim od tlaka kondenzatora odvodi u pa

mrežu, koja preuzima ulogu kondenzatora.U parnoj elektrani ista se voda isparava u kotlu, nakon ekspanzije uturbini kondenzira se u kondenzatoru i vraća u kotao gdje se ponispari. Voda dakle prolazi kroz zatvoreni proces.

Kondenzator



Energetski uvjeti u kondenzatoru



Stupanj iskoristivosti– poboljšanje



Tlak pare na ulazu turbineSadržaj vlage ili stupanj pregrijanja pare na ulazuEfikasnost rada grijača napojne vode (redukcija TTD)Efikasnost uklanjanja vlage i dodatnog pregrijanja

Tlak u kondenzatoruBajpas protoci u turbiniNetočnosti u kalorimetričkim mjerenjimaNetočnosti u mjerenju izlazne električne snage

Unaprjeđenje stupnja iskoristivosti



– (a) Sniženje tlaka u kondenzatoru(niža temperatura rashladne vodeT L)

– (b)Pregrijanje pare– ( c)Porast tlaka u kotlu (porast temperature pare T H)

T

s

1

2

3

4

(a) Niži tlak kondezatora

s

T

1

2

3

4

s

T

1

2

(b) Pregrijanje

( c) Porast tlaka kotla

Visok sadržaj vlage

Stupanj iskoristivosti



Stupanj iskoristivosti



Uljni sustav parnih turbina 1



Uljni sustav parne turbine čini skup različitih međusobnopovezanih uređaja, pomoću kojih se turboagregatopskrbljuje uljem za podmazivanje i uljem potrebnim zadjelovanje hidrauličkih uređaja sustava za regulaciju izaštitu. Kroz elemente uljnog sustava ulje cirkulira uzatvorenom krugu.U takvu sustavu kruži masa odnekoliko desetaka tona ulja,a kapaciteti pumpi za ulje od više tisuća litara u minuti nisurijetkost. I u malih jedinica uljni sustavi mogu biti priličnosloženi.Svi ležajevi rotora turbine, reduktora, generatora (ilidrugog radnog stroja) i pomoćnih prigona, te mnogi elemenizvrgnuti djelovanju trenja, podmazuju se uljem kojedotječe iz uređaja uljnog sustava.Podmazivanjem se smanjuje trenje i istrošenje dijelova uradu. Smanjivanjem trenja povećava se mehanička korisnosstroja.

Uljni sustav parnih turbina 2



Ulje iz uljnog sustava ima određenu ulogu i pri zaštitidijelova turbine od korozije.U normalnom pogonu turboagregata ulje dobavlja glavnauljna pumpa, koju pokreće osovina turbine.Ona se u manjih turbina izvodi kao zupčasta ili vijčana, a uvećih kao centrifugalna pumpa.

Glavna uljna pumpa dobavlja ulje s visokim tlakom u razdjelniventil za ulje, gdje se struja ulja dijeli na ulje zapodmazivanje i ulje za hidrauliku.Razdjelni ventil propušta ulje za hidraulične uređaje sgotovo nepromijenjenim tlakom.Kako se zbog trenja i prenošenja topline ulje u gotovo svimuređajima turbine zagrijava, u uljni se sustav ugrađujuhladnjaci ulja. U njima se ulje hladi rashladnom vodom.

Sustav uljnog podmazivanja



Ulje



Parne turbine podmazuju se mineralnim uljem, koje može bitinelegiranoi legirano.Nelegirana turbinska ulja fino su rafinirani destilati nafte, bezanorganskih primjesa, dok legirana ulja sadrže u malim količinrazličite dodatke (aditivi) kojima se povećava otpornost ulja nstarenje, stvaranje emulzije itd.Za podmazivanje parnih turbina, turbokompresora i sličnihstrojeva rabi se mineralno ulje viskoziteta od 34 do 41 cSt pri °C. Bitno je naglasiti, da s porastom viskoziteta ulja rastu otpotrenja u ležajevima, te se ulje i ležajevi jače zagrijavaju.Najbolje odgovara ono ulje s kojim se uz najmanje unutarnjetrenje još dobiva dovoljna mazivost za stvaranje uljnog filma.Broj osapunjenjaSb jedno je od najvažnijih svojstava turbinskoulja, jer se njime dobiva mjerilo za sadržaj kiselina u ulju.

Kritične temperature za turbinska mineralna ulja između su100 i130°C. U interesu očuvanja ulja pri radu turbine valja paziti dana jednom mjestu uljnoga sustava temperatura ulja nije viša od°C.U spremniku treba održavati temperaturu ulja od55 do 65°C.

Ostala oprema parne termoelektrane



Dvije crpke su postavljene u glavni toplinski krug:Kondenzacijska crpka – služi za pumpanje kondenzirane pare izkondenzatora u rezervoar pojne vodePojna pumpa –koja pumpa vodu iz rezervoara u generator pare.Za razvod pare na više turbina, koriste se parovodi s parnimsabirnicama i pripadajućim ventilima, koji su pogonjeni motori

imaju mogućnost regulacije.Vlastita potrošnja termoelektrane napaja se iz rasklopnogpostrojenja u samoj elektrani.Sve operacije u električnim i toplinskim krugovima upravljaju scentralno iz komandnih prostorija.

Izvedbe rashladnih tornjeva



Cooling towers: Different

types of cooling towers areused in the power plantsdepending upon thelocation, size, infrastructureand water resources etc .

Close cycle – wet coolingsystems:

-Induced draft

-Forced draft

-Natural draft coolingtowers

Izvedbe rashladnih tornjeva



Pojednostavljeni prikaz parnog bloka



Generatorpare

Gorivo izrak

Parnaturbina

Sinkroni AC

generator

Pregrijana paraMreža

Pretpostavka:Upravljanje parnim kotlom (generatorompare) predviđa odgovarajuće sagorijevanjeustruji zraka, dostavu pojne vode i kontrolu

temperaturu pare (i mnoge druge važne radvarijable) unutar predviđenih granica.

Jednadžbe pogona u stacionarnom stanju



P el ≈ P m = PP m ≈ c 1·Dturb

Dturb ≈ c 2 ·p ·yDgen ≈ c 3·B

Dturb = D gen= D

Generatorpare

P el(električna snaga )

p (pritisak pare)

Uvjetiravnoteže

Omjeri kod tereta :100%): postocima(uteret

...

×=≈≈nazivnazivnaziv B B

D D

PP

Parnaturbina

B (dotok goriva)

D (protok pare)

(otvorenostturbinskih

ventila )

y

Dgen

Dturb

(mehaničkasnaga)

P m

Generator

Dva ekstremna pogonska režima 1



1. Konstantan tlak pare

P el (električnasnaga)

Generatorpare

Generator

B (dotok goriva )

D (protok pare) p (pritisak pare )


ventila )

y

(mehaničkasnaga )

P m

Parnaturbina

p = p naziv. = konst. y ≈ teretdakle: D ≈ c2 ·p ·y

Dva ekstremna pogonska režima 2



2. Prirodni klizni režim tlaka

P el (električnasnaga)

p (pritisak pare )

Generatorpare

Generator

B (dotok goriva )

D (protok pare)


ventila )

y

(mehaničkasnaga )

P m

Parnaturbina

y = 1 (potpuno otvoreno ) p ≈ teret × p naziv.dakle: D ≈ c2 ·p ·y

Dva ekstremna načina promjene proizvodn



1. T urbina vodi(parni kotaoslijedi)

D

pKontrolerpritiska

Generator

B

P el

y

P mGeneratorpare

Parnaturbina

p

p

Promjenaopterećenja



Dva ekstremna načina promjene proizvodn



2. Parni kotao vodi(turbina slijedi)

BKontrolerpritiska

D Režim konst. pritiska

p

Generator

P ely

P mGenerator

pare

Parnaturbina

pp

Promjenaopterećenja

1prirodni kliznirežim tlaka



Ovisnost pogona o načinu promjene proizvod



Za slučaj upravljanje u režimu konstantnog tlaka,obje strategije (turbina vodi i generator parevodi) su izvedive;prirodni klizni režim tlaka traži potpuno

otvorene turbinske ventile pa pogon tipaturbina vodi nije izvediv .

Napomena:U stalnom pogonu na punom opterećenju, nerazlike između operacijskih režima iprimjene strategije mijenjanja opterećenja.

Pogon pri promjenjivom opterećenju



Mijenjanje opterećenja u oba smjera je neizbježnopraćeno sa akumulacijom ili otpuštanjem mase(tvari) ienergije, uskladištene unutar komponenti bloka.

Akumulacijski procesi određuju konačan ostvariv posporasta opterećenja. Oslobađanje mase (tvari) i energijuskladištene unutar komponenti bloka omogućava mabrze porast izlazne električne snage.

Povećanje proizvodnje promjenom dovoda go



p

Generatorpare

Parnaturbina Generator

B

P elyDgen Dturb

P m

Kad je B poraslo : Veće toplinsko zagrijavanje → porast temperaturečestica plina → veće toplinsko zagrijavanje vode u cijevima → porasttemerature cijevi → veće zagrijavanje vode → veći Dgen → porastmase pare u isparivanju- ispunjen međuprostor → viša gustoća pare→ veći p → veći Dturb → veća P m→ veća P el. P orast snage jezakasnio s obzirom na porast dotoka goriva, akumulacija toplinskeenergije u elementima postrojenja.

(parni kotao vodi)

Povećanje proizvodnje promjenom dovoda goriv



Rezultati simulacije

Porast snage izazvan otvaranjem turbinskog ventila



p

Generatorpare

Parnaturbina Generator

B

P elyDgen

Dturb

P m

Kada y poraste: veći Dturb i veća P el ali Dturb veći od Dgen→smanjenje mase pare u isparivanju – ispunjen međuprostor →niža gustoća pare → niži p (dok nije Dturb jednako Dgen ) → niža

zasićenost temperature vode → hlađenje isparivačkih cijevi →smanjenje temperature metala i radnog medija .Privremeni rast snage na račun korištenja energije prethodnouskladištene unutar komponenti

Porast snage ostvaren otvaranjem turbinskog ventila(rezultati simulacije):



Neka opažanja:



1. Za primarnu regulaciju frekvencije regulacije neophodan je porast snagunutar sekundi. To se može ostvariti samo oslobađanjem uskladišteneenergije iz komponenti bloka nakon otvaranja turbinskog ventila. Premtome upravljanje blokovima u prirodnom kliznom režimu tlaka nepodržava rad u režimu primarne regulacije frekvencije.

2. Režim kliznog tlaka ima neke prednosti u odnosu na konstantan tlak al

uzrokuje naprezanje u komponentama sa povišenim tlakom i povećanupotrošnju energije za pojne pumpe.

Uobičajeno se koristi modificirani režim kliznog tlaka i koordinirannačin regulacije

Modificirani režim kliznog (promjenjivog) tlaka



p = f (teret)y ≈ f (teret)

P naziv.

teret

p

pmin

1

y

1

yidle

teret 1

Propor cionalnarezervaProporcionalna rezerva :

• omogućavanje kratkotrajnogporasta snage oslobađanjemuskladištene mase i energije,

ali• Utjecaji na stupanj djelovanjablokova (deset postotna

proporcionalna rezerva povećavaspecifičnu potrošnju goriva za 1posto)

Koordinirani način upravljanja



Kordinacija

Generator B

P ely

P m

Generatorpare Parna

turbina

p

Promjenaopterećenj

a



Porast snage u koordiniranom načinu upravljanja(ΔP/P )



0 100 200 300 400 500 6000

0.05

0.1

0 100 200 300 400 500 600

-0.1

0

0.1

0 100 200 300 400 500 6000

0.05

0.1

0.15

0 100 200 300 400 500 6000

0.1

0.2

time s

(ΔP/P nazivna )potrebna

(ΔP/P nazivna )postignuta

(Δp/p nazivna )

Δ y

(ΔB/Bnazivna )

Nepoželjnoopterećivanje

Unatočforsiranju

dotoka goriva

Rezultati simulacije

Dodatne mogućnosti promjene snage bloka.



Dodatne mogućnosti promjene snage bloka.



Ograničenja obzirom na izvedbu turbine i režimpogona bloka



Ograničenja određena veličinom promjene opterećenja



Da se podsjetimo na tvrdnju: »Akumulacijski proces određuje ukupni

ostvarivu veličinu promjene opterećenja. Šta je sa drugimograničenjima koja konačno određuju dozvoljeni iznos (veličinu)promjene opterećenja?Promjene opterećenja su neizbježno praćene oscilacijamatemperature i tlaka unutar komponenti postrojenja.

Temperaturne oscilacije uzrokuju termička naprezanja materijala, koja sedodaju naprezanjima izazvanim radnim silama (Sile tlaka, centrifugalne sileu rotirajućim dijelovima itd.)

Konačno:

Velike, nagle i učestale oscilacije temperature i tlaka. Rezultirajuzamorom i oštećenjem materijala i na taj način smanjuju životnivijek postrojenja

Što je to termičko naprezanje?



1ϑ

2ϑ 3

ϑ 1ϑ

2ϑ 3

ϑ

321 ϑ ϑ ϑ ==321 ϑ ϑ ϑ <<

Zamislite : tri odvojene ploče natemperaturama

321 ,, ϑ ϑ ϑ Različita izduženjamaterijala uzrokujuunutrašnja naprezanja(tlačna ili vlačna ovisno orelativnom položaju)

1ϑ

2ϑ 3

ϑ

321 ϑ ϑ ϑ <<

U

o b i č a

j n

a

d u

l j i n a

2 pT

c T k s

t

ρ σ β

λ

⋅ ∂= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅∂

Režimi promjenjivog i konstantnog tlaka uz uvažavanjepromjene nazivnog opterećenja



U režimu promjenjivog (kliznog) tlaka, kotao je kritičan:

Turbina: Promjena opterećenje uzrokuje blage oscilacijetemperature pare duž stupnjeva turbine.

Kotao: Promjene opterećenja su praćene sa značajnim tlakom parei oscilacijama temperature usljed međusobne povezanostitlaka i temperature u isparivačkoj zoni.

U režimu konstantnog tlaka turbina je kritična :

Turbina: Promjene opterećenja uzrokuju oscilacijetemperature pare duž stupnjeva turbine (<2.5%Pn/min).

Kotao: Promjene opterećenja su praćene blagim oscilacijama(promjenama) temperature.



Plinske turbine

Brayton/Joule Cycle



COMPRESSOR

AIR

COMBUSTIONCHAMBER

EXHAUST

WORK

FUEL

TURBINE

Brayton/Joule cycle



Ts diagram of the Joule cycle (Gas turbine cycle)

1

2

T

s

3

4

122121 P H Q H +=+



Generator pare:

)()( 1423 H H H H P −−−=

121212 0 H H PQ −=→=Compressor

Combustion chamber 233232 P H Q H +=+232323 0 H H Q P −=→=

Gas turbine344343 P H Q H +=+

433434 0 H H PQ −=→=Net Power

Heat efficiency23

1423

23

)()( H H

H H H H Q P

th −−−−==η

23

14

23

1423 1)(

)()( h h

h h

h h m

h h m h h m th −

−−=−⋅

−⋅−−⋅=η

0 4



23

14

23

14 1)(

)(1

T T T T

T T c

T T c

p

p th −

−−=−⋅

−⋅

−=η

π κ

κ κ

κ

==

=

−−

1

21

4

31

1

2

p

p

T

T

T

T

κ κ

π η −

−=1

1 th

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 2 4 6 8 10 12

Compression ratio, p2/p1

th

Gas Turbine Engine



Gas turbine plant

650C is the mainreason for low

eff .



FOUR MAJOR COMPONENTS OFA GAS TURBINE ENGINE

CompressorCombustor

TurbineAccessory Drive Assembly

Basic Components



COMPRESSOR



Function: Provides required air mass at theappropriate pressure to burn the required amountof fuel and to control combustion temperatureTwo types

– Axial Flow– Centrifugal or Radial Flow

Stupanj je ovanjau ovisnosti o specifičnoj brzini



Compressor:



Compressor:1. radial type

2. axial type

Radial compressor



Axial compressor

Radial Flow (Centrifugal) Compressor



Axial flow v. Radial flow



Centrifugal compressors are simple, inexpensive, lightweight,and have a high pressure rise per stageCentrifugal compressors experience large inter-stage lossesand require a large frontal area; they are typically lessefficient than multistage axial compressorMultistage axial compressors can achieve larger compressioratios and are better suited for high-power applications

Uses of Compressed Air



PRIMARY AIR– Typically 30% of all compressed air– Passed directly to combustor, mixed with fuel, and burned

SECONDARY AIR– Approximately 70%– Passes through holes in inner shell and mixes with combustion gases– Two purposes

Places an air film between the inner shell and combustion gases to prevent overheating ofthe inner shellCools combustion gases to an acceptable inlet temperature for the turbine

FILM AIR– A small percentage of compressed air may be used to cool turbine blades

COMBUSTION CHAMBER



Function: mixes fuel and air and burns this mixture toproduce hot combustion gasesConsists of a casing, perforated inner shell, and fuel nozzlesArrangement

– Annular– Can or Tubular– Can-annular

TURBINE



Develops shaft rotational energy from the kinetic energy ofthe hot combustion gases entering through the vanesUsually of axial flow design

Drives the compressor and various engine accessoriesThe remaining useful energy can be used as jet thrust orshaft mechanical work

Turbine Construction



STATOR– Stationary guide nozzles (vanes) discharge gas at high

velocity onto the moving blades– Attached to turbine casing

ROTOR– Consists of a shaft and bladed wheel (disc)– Attached to the main power-transmitting shaft

Film Cooling



High rotational speeds and high temperaturecombustion gases may cause a decrease in rotorand blade strengthIn addition to secondary air, some turbines employfilm coolingFilm cooling air can use approximately 5% of thecompressed air

Interior and ExteriorC li i Ci l ti



Cooling-air Circulation

Film Cooling and Impingement



Film Cooling and Impingement

Convection Cooling



ACCESSORY DRIVE ASSEMBLYProvides the space for mounting and the motiveforce for driving the accessories required for theoperation and control of the gas turbine engine

May be used to drive the fuel pump, lube oil pumetc.

Advantages

They are small in size mass and initial cost per unit output



They are small in size, mass, and initial cost per unit outputWeight reduction of 70% when compared to a steam plantof comparable powerSimplicityDelivery time is relatively short and they can be installedquickly.Reduced manning requirements with more highly automatedequipmentQuicker response time (quick starting, as low as 10 s)Faster acceleration/decelerationModular replacementMore economicalThey are subject to fewer environmental restrictions

Wide variety of liquid and gaseous fuels

Disadvantages



Many parts under high stressHigh pitched noiseNeeds large quantities of air Large heat sourceShorter life time

Small to medium units

ciklusu



Zahvati u turbini i kompresoru

reheating



reheating

intercooling

Rekuperacija



T-s dijagram realistične izvedbe GT



Plinska turbina s dodavanjme pare (STIG)



Kombinirani plinski i parni ciklus



Plinski ciklus s kogeneracijom



Kombinirani ciklus s kogeneracijom



Uobičajeni CHP sustavi



plinska turbina i parni kotao/turbina :

parni kotao/parna turbina :

Kako CHP štedi energiju



Prednosti stupnja korisnosti CHP-a



Ekološka korisnost od CHP-CO2



manja turbina odkondenzatora

Kogeneracijsko postrojenje sa turbinom zaoduzimanje pare



kondenzatorskipritisak

kondenzatora

T

1

2

3

4

s

povratni pritisak

Qkorisno

Kogeneracija



High VoltagePower to Grid

NADOKNADAVODE

KONDENZIRANA PARA(topla voda)

KONDENZATOR

GENERATOR

PARNA TURBINA

(opcija)

PARA PODNISKOMTLAKOM

PLINSKA TURBINA

GORIVOZRAK

VRUĆIPLINOVI

PARA POD VISOKIMTLAKOM

TOPLI PLINOVI

KOTAO ZA PREGRIJAVANJEPARE

POVRATKONDENZATA

GENERATOR

PREMAKUPCIMA

PARA

SNAGAPREMAMREŽI

Kombinirani(usklađeni) parni i plinski turbinskiciklus.

Elektrane.pdf

Documents

Transcript of Elektrane.pdf