8. témakör

1. 8. témakör Kapcsolt hő- és villamosenergia-termelés

2. Tartalom • Gőz munkaközegű fűtőerőművek • Gázturbinás kombinációk. • Gázmotoros kombinációk. • A közvetlen és kapcsolt energiatermelés összehasonlítása. • Hőszivattyús hőtermelés.

3. A kapcsolt energiatermelés folyamata

4. Fűtőerőművek típusai • Gőz munkaközegű (hulladékhő a kondenzátorból kilépő gőzben): • ellennyomású, • elvételes kondenzációs, • kondenzációs (részleges és teljes hőkiadással). • Gázturbinás kombinációk (hulladékhő a gázturbinából kilépő füstgázban) • forróvízkazán, • gőzkazán, • ellennyomású gőzturbina, • elvételes kondenzációs gőzturbina. • Gázmotoros kombináció (hulladékhő a gázmotorból kilépő füstgázban, kenőolajban és hűtővízben). • Hőszivattyús hőtermelés (hulladékhő felhasználás).

5. 1.1. Ellennyomású gőzerőmű

6. Hőkörfolyamat

7. 1.1.1. Fő berendezések és folyamatok • Gőzkazán (GK, 3o-1): ua., mint fosszilis tüzelőanyagú gőzerőművek, de p1<pkr (szubkritikus). • Gőzturbina (GT): ua, mint fosszilis tüzelőanyagú gőzerőművek, de kisebb turbina teljesítménnyel: • Mer a körfolyamat Carnot hatásfoka

8. Fő berendezések és folyamatok • Az ellennyomás termodinamikai átlaghőmérsékletét ( ) a visszatérő fűtési forróvíz (tv=36-70 oC) hőmérséklete határozza meg, míg a kondenzációét ( ) a környezeti hűtővíz (10-25 oC), vagy levegő (5-35 oC) hőmérséklete. Ennek következtében • Generátor, transzformátor: ua., mint fosszilis tüzelőanyagú gőzerőműveknél:

9. Fő berendezések és folyamatok • Fűtőkondenzátorok (FK): A gőzturbinában munkát végzett, további munkavégzésre alkalmatlan vízgőz cseppfolyósítása (kondenzálása), s e hő hasznosítása távfűtésre a forróvizes távhőrendszerben. • Fűtési hőteljesítmény (ηmQ≈1):

10. Álló fűtőkondenzátor

11. Fekvő fűtőkondenzátor

12. Segédhűtés: a villamosenergia-termelés rendelkezésre állását javító segédberendezés

13. 1 . Q1 PFE GK . WT T tv ell CSGYT . F Qell megcsapolásos tápvízelőmelegítés Gőz hőkiadás

14. Segédkondenzáció: a villamosenergia-termelés rendelkezésre állását javító segédberendezés

15. 1.1.2. Energetikai jellemzők • Fajlagos villamosenergia-termelés: • Bruttó hatásfok:

16. Energiafolyam ábra

17. 1.2. Elvételes-kondenzációs gőzerőmű

18. 1.2. Elvételes-kondenzációs gőzerőmű • Elvételes-kondenzációs és részleges hőkiadású kondenzációs fűtőerőműnél a környezetbe távozó hőteljesítmény csökken, • és kismértékben csökken a villamos teljesítmény is

19. 1.3. Ellennyomású-kondenzációs gőzerőmű

20. 1.3. Ellennyomású-kondenzációs gőzerőmű • Nagyteljesítményű gőzerőmű (PKE=265 MWe, Pell=235 MWe, Qell=400 MWt). • Pillangószelepek a gőzvezetékben: üzemmód beállítás: • kondenzációs: FK-k nem üzemelnek, minden gőz expandál a KT-ban, • ellennyomású: KT nem üzemel és tengelykapcsolóval leválasztva.

21. 2. Gázturbina vagy gázmotor

22. 2. Gázturbinás kombinációk • A HH-t a gázturbina után kapcsolva, megnő a gázturbinából kilépő füstgáz nyomása • ezért kismértékben csökken a gázturbina teljesítménye

23. 2.1. GT+Forróvízkazán

24. T t2p t2 fg te t2H fv tv Q . . . ΔQüp ΔQfg= ΔQfv T-Q diagram

25. 2.2. GT+Gőzkazán

26. T t2p t2 fg Δtmin t2H TH E TE tv Q . . . ΔQüp ΔQfg= ΔQfv T-Q diagram

27. Hőhasznosító hőátvitel • Hőátviteli tényezők: • Füstgáz: αfg≈10-102 W/m2K, • Folyadékfázisú víz: αvíz≈103 W/m2K, • Kétfázisú vízgőz: αvg≈104 W/m2K, • Túlhevített gőz: αg≈(1-5)102 W/m2K • Ezért füstgázoldalról (kívülről) bordák a TE, E és esetleg a TH felület csövein.

28. tüzelőanyag ellátás fg. É TR TR 1* 1 4 PGT PT ~ ~ GT T K G G 2* 2 3 e (póttüzelés) HH Forróvizes távhőrendszer tv 2H 2Hf 2.3. GT+ellennyomású gőzturbina

29. Energiafolyam ábra

30. 2.4. GT+elvételes-kondenzációs gőzturbina

31. Teljesítmények • Hőhasznosító: • Gőzturbina: • Fűtőerőmű:

32. GK nyomása gőzturbinánál

33. 2.5. Energetikai jellemzők • Fajlagos villamosenergia-termelés (energiagazdálkodási szám): • Bruttó hatásfok: • Az energetikai jellemzők akkor a legjobbak, ha a kombináció feltételre történik.

34. 3. Gázmotoros kombináció

35. Energiafolyam ábra

36. Energetikai jellemzők • Fajlagos villamosenergia-termelés (energiagazdálkodási szám) • Bruttó hatásfok

37. Közvetlen hő- és villamosenergia-termelés energiafolyam ábra

38. Kapcsolt hő- és villamosenergia-termelés energiafolyam ábrája

39. 4. A közvetlen és kapcsolt energiatermelés összehasonlítása • A kapcsolt energiatermelés azonos hő- és villamosenergia-mennyiség előállítására tüzelőanyag megtakarítást eredményez a közvetlen energiatermeléshez képest: • De az ellennyomású gőz fűtőerőmű kevesebb villamos energiát és lényegesen több hőt, • A kombinált gáz-gőz erőmű több villamos energiát és kevesebb hőt állít elő.

40. 5. Hőszivattyús hőtermelés

41. Hőszivattyús (hűtő) hökörfolyamat

42. Energiafolyam ábra

43. Gázmotoros hőszivattyú

44. Energiafolyam ábra

45. 5.1. Fő berendezések és folyamatok • Elpárologtató (E): a hulladékhő (Qa) hasznosítása a kisnyomású (pE) hűtőközeg elgőzölögtetésével. • Kompresszor (K): a gőzfázisú hűtőközeg nyomásának növelése a kondenzátor nyomására (pK). A kompresszor hajtása: • villamos, • gázmotoros (további hőhasznosítás). • Kondenzátor (K): a gőzfázisú pK-nyomású hűtőközeg kondenzációja, a kondenzációs hő elvonása fűtési vízzel. • Fojtószelep (FSZ): a pK-nyomású, folyadékfázisú hűtőközeg nyomásának csökkentése pE-nyomásra, s eközben a hűtőközeg nagy része gőzfázisba kerül.

46. 5.2. Energetikai jellemző • Fajlagos fűtési tényező (ill. teljesítmény-tényező): • εf=2-6(15) a hulladékhő „minőségének” (t és halmazállapot) függvénye.