Elektrane Termoelektrane

1. Elektrotehnički fakultet u Beogradu Katedra za elektroenergetske sisteme Osnovne i master akademske studije ElektraneTermoelektrane Predmetninastavnik: Dr Željko Đurišić Pripremio: MiletaŽarković, asistent

2. Termoelektrane • Termoelektrane su postrojenja u kojima sehemijska energija goriva pretvara u električnu energiju višestruko, konverzijom energije: • prvo se hemijska energija goriva, sagorevanjem, pretvara u toplotnu energiju, taj proces odvija se sa visokim stepenom iskorišćenja. Ložišta parnih kotlova. • drugi korak je pretvaranje toplotne energije u mehaničku. Ovaj proces odvija se sa niskim stepenom iskorišćenja. Parni kotao – turbina. • treća konverzija je pretvaranje mehaničke energije u električnu, koja se odvija sa visokim stepenom iskorišćenja.Sinhrona mašina. • Osnove termodinamike • Kao medijum za prenos toplotne energije u termoelektranama koristi se vodena para čije osobine ne odstupaju znatno u odnosu na idealne gasove.

3. p 1 dQ 2 v Termodinamika Osnovni pojmovi: temperatura T[K], količina toplote Q[J], pritisak p[Pa], zapremina v[m3], unutrašnja energija u[J], entalpija h[J], entropija s[J/K]. Entropija nekog termodinamičkog procesa ne zavisi od karaktera samog procesa već zavisi samo od početnih i krajnjih temperatura i zapremina. PrednostT-S dijagrama!

4. Osnovni tipovi termodinamičkih procesa Izohorski (ne generiše mehanički rad) Izobarski (gas vrši mehanički rad i povećava se T) Izotermski (sva dovedena energija se pretvara u mehanički rad) Adijabatski (unutrašnja energija gasa pretvara se u mehanički rad ako se gas širi, ili se mehanička energija pretvara u unutrašnju energiju gasa ako se gas se sabija)

5. Termodinamički radni ciklusi Transformacija toplotne energije u mehaničku energiju je moguća pri izobarskom, izotermičkom i adijabatskom procesu. Parne ili gasne turbinesu mašine u kojima se toplotna energija radnog fluida pretvara u mehaničku energiju, pri čemu se toplotna energija niti dovodi niti odvodi iz turbine. U toplotnim turbinama moguće je dobiti mehaničku energiju jedino pri adijabatskom procesu ekspanzije vodene pare ili nekog drugog gasa. Termodinamički proces: 1-2 izobarsko zagrevanje gasa količinom toplote Q12, 2-3 adijabatsku ekspanziju u turbini, 3-4 izobarsko hlađenje gasa koji je prošao kroz turbinu i 4-1 predstavlja adijabatsku kompresiju.

6. Karnoov idealni termodinamički ciklusi T Q12 Q12>Q14,12,23 Q34<Q14,34,23 1 2 T1,T2 12 Stepen iskorišćenja Karnoovog ciklusa je uvek veći od stepena iskorićenja bilo kog termodinamikog ciklusa koji se odvija u istim granicama temperature i entalpije, jer je: 23 14 34 T3,T4 4 3 Q34 s2,3 s1,4 s Konverzija toplotne energije u mehaničku odvija se sa slabim stepenom iskorišćenja. Zato se za toplotnu energiju kaže da je energija najniže vrste. Za praktičnu realizaciju termodinamičkih ciklusa potreban je radni fluid – gas, koji treba da je jeftin i da ima veliku specifičnu toplotu.

7. Proces isparavanja vode Oblast u kojoj nema razlike izme|u p te~nosti i pare K (pk=221,2 bara) Oblast tečnosti Oblast suve pare D F E p1 Oblast vlažne pare 1 2 3 p0 C A B v0 v Sl. 2.8. p-v dijagram vode i vodene pare Eksperimentalno određeni dijagram na kome je: 1 – stanja tečnosti (većem pritisku odgovara veća temperatura); 2 – linija ključanja vode; 3 – linija razgraničenja vlažne i suve pare; K – kritična tačka kojoj odgovara pritisak pk=221,2 bara i temperatura Tk=273+374,1=647,1 °K.

8. Proces isparavanja vode Oblast u kojoj nema razlike izme|u T vode i pare K (Tk=647,1°K) p1 E F Voda p1 p0 p1 D Suva para p0 p0 C B A 1 Vlažna para 2 4 3 x=1 x=const x=0 s Sl. 2.9. T-s dijagram vode i vodene pare 1 – linija T=f(s) za vodu pri zapremini v0 (svakoj zapremini odgovara druga linija). Sve linije stiču se u tački K. 2 – linija ključale vode; 3 – linija razgraničenja vlažne i suve pare; 4 – linija konstantnog sadržaja pare x; mp – masa pare, mv – početna masa vode u trenutku kada je počelo zagrevanje.

9. Karnoov termodinamički ciklus sa vlažnom vodenom parom K Q1 2 p1,2 Q1 2 1 T1=T2 gp T G mreža p1,2>>p3,4 A 1 3 p3,4 T3=T4 k Q2 4 3 Q2 rashladna voda 4 s s1,4 s2,3 K 1–2 – izotermičko isparavanje vode u kotlu – generatoru pare (gp), pri pritisku p1,2 (vodi se dovodi količina toplote Q1); 2-3 – adijabatska ekspanzija u turbini (T) gde se generiš mehanička energija (pritisak opada sa p1,2 na p3,4), hladi se i para pa se javljaja kavitacija(kapljice vode oštećuju lopatice turbine); 3-4 – izotermička kondenzacija pare. Pari se u kondenzatoru (k) oduzima količina toplote Q2 pomoću rashladnog medijuma (vode). Pri kondenzaciji vlažnost pare raste, jer deo pare prelazi u vodu x3>x4. Sva para se ne kondenzuje u vodu, x4>0. 4-1 – adijabatska kompresija u kompresoru (K), para se sva pretvara u vodu.U kompresoru je velika vlažnost, a on je dosta skupa mašina.

10. Rankine - Klauzijusov ciklus sa vlažnom vodenom parom T 2 K Q1 gp T G p1,2 2 1 T1=T2 1 p1,2 3 A 5 Rashladna voda k p3,4 T3=T4 p3,4 3 4 4 5 P s b) a) Kod ovog ciklusa deo 1-2-3 isti je kao i kod Karnoovog ciklusa. U kondenzatoru (k) toplota se izrađenoj pari oduzima dok sva ne pređe u tečno stanje (tačka 4). Pomoću pumpe (P) podiže se pritisak kondenzovane vode do pritiska koji vlada u kotlu (p1,2) i kondenzat se tako ubacuje u kotao. Pumpe su mnogo manje, jeftinije i pouzdanije mašine od kompresora. Korišenje pumpe (deo ciklusa 4-5) je osnovna prednost Rankine – Klauzijusovog ciklusa u odnosu na Karnoov ciklus. Međutim, problem kavitacije u parnoj turbini je i dalje prisutan!

11. Rankine - Klauzijusov ciklus sa pregrejanom vodenom parom Kako bi ciklus sa vodenom parom bio primenljiv, izvršena je modifikacija postavljanjem pregrejača pare koja se odvodi iz kotla. Na taj način se vodena para, koja sadrži određeni procenat vlage (vlažna para), nakon izlaska iz kotla uvodi u pregrejačgde se dodatno zagreva i iz nje eliminiše sva preostala vlaga (suva para). Deo ciklusa 3-4-5-1-6 je isti! Tačka (3) nalazi se u zoni vlažne pare ali sa velikim sadržajem pare x3>0,85 tako da se ne pojavljuje kavitacija u parnoj turbini! Q1 2 K p p1,2,6,5 T2 6 T 2 G 1 gp 6 T1=T6 3 1 A 5 k p3,4 T3=T4 3 4 4 rashladna voda Q2 5 P hT=h2-h3 - toplotni pad u turbini; hP=h5-h4 - toplotni pad u pumpi

12. Rankine - Klauzijusov ciklus sa pregrejanom vodenom parom Toplotni pad u turbini treba da je što je moguće veći kako bi se imao veći termodinamički stepen iskorićenja. To znači da izlazni pritisak iz turbine (p3,4) treba da bude što niži, jer se tada smanjuje Q2 pa termodinamički stepen iskorišćenja raste. Smanjivanje pritiska p3,4 ograničeno je temperaturom T3=T4, koja ne može biti manja od atmosferske temperature. Temperatura T3 je takođe ograničena količinom i temperaturom rashladne vode (Tr.v.) koja se dovodi u kondenzator. Da li je stepen iskorišćenja veći zimi ili leti? Za Tr.v.=7 °C (zimsko vreme) je T3=17 °C. Za Tr.v.=18 °C (letnje vreme) je T3=28 °C. Prethodna analiza pokazuje da se povećanjem temperature vodene pare na ulazu u turbinu povećava stepen iskorišćenja ciklusa. U praksi temperatura vodene pare na ulazu u turbinu kreće se do 540 °C.

13. Rankine - Klauzijusov ciklus sa pregrejanom vodenom parom p7,9 pk Ako se pritisak pare na ulazu u turbinu poveća sa p1,2 na p7,9 , pri T2=T9 , korisni rad ciklusa će se istovremeno smanjiti za ΔA2 i povećati za ΔA9. Pri tome se gubitak toplotne energije u kondenzatoru smanjuje za ΔQ. T T7 p1,2 K 9 T2=T9 8 2 7 +DA9 1 -DA2 T1 6 A 5 p3,4,8 T3=T4 10 4 3 Q -DQ s Tačka 10 ne sme suviše da zađe u oblast vlažne pare! Povećavanje parametara vodene pare na ulazu u turbinu povećava stepen iskorišćenja termodinamičkog ciklusa. U praksi se koriste temperature T≤540°C i pritisci 16MP≤p≤24MPa (16 MPa- dokritični i 24- nadkritični)! Sl. 2.15. Uticaj pritiska pare na ulazu u turbinu na stepen iskori{}ewa ciklusa

14. Rankine - Klauzijusov ciklus sa pregrevanjem i međupregrevanjem pare Da bi se povećao stepen iskorišćenja realnihtermodinamičkih ciklusa koriste se visoki pritisci pare na ulazu u turbinu. Mora se voditi računa da se tačka 10 ne nađe u oblasti vlažne pare pri ekspanziji zbog kavitacije. Turbina se deli na dva dela, deo turbine visokog pritiska (TVP) i deo turbine niskog pritiska (TNP). Para koja izlazi iz dela turbine visokog pritiska dodatno se zagreva, čime joj se smanjuje vlažnost, pa se zatim uvodi u deo turbine niskog pritiska. Dodatno zagrevanje pare vrši se u međupregrejaču (mp). Korišćenje međupregrejača i razdvajanje turbine na dva dela, omogućava korišćenje visokog pritiska na ulazu u prvi deo turbine. Na taj način povećava se stepen iskorišćenja celog termodinamičkog ciklusa.

15. Rankine - Klauzijusov ciklus sa pregrevanjem i međupregrevanjem pare 5-1-2 – izobara sa p2=pk gde voda direktno prelazi u suvu paruč p2 može biti i veće i manje od pk; 2-7 – adijabatska ekspanzija u delu turbine visokog pritiska; 7-8 - izobarsko međupregrevanje pare nakon izlaska iz dela turbine visokog pritiska; 8-3 - adijabatska ekspanzija u delu turbine niskog pritiska; 3-4 - proces kondenzacije u kondenzatoru; 4-5 - adijabatska kompresija vode u pumpi. T p2 2 T2 2 p8 K pp T8 8 6 6 TVP TNP G T7 mp gp 1 7 7 8 3 1 A rashladna voda 5 k 3 4 4 5 P s hTVP – toplotni pad u delu turbine visokog pritiska, hTNP – toplotni pad u delu turbine niskog pritiska, hp - toplotni pad u pumpi.

16. Rankine - Klauzijusov ciklus sa regerativnim zagrevanjem napojne vode Jedan od načina da se poveća stepen iskorišćenja Rankin – Klauzijusovog ciklusa sa pregrejanom parom je da se ne propusti sva para kroz turbinu, već da se jedan deo pare iskoristi za zagrevanje vode koja se vraća u kotao. T T 2 K K 1 2 2 pp 6 T a G 1 6 gp 1 6 abA= aAR a 7 (1-a) 5’ 1-a 1 7 3 A(1-a) 5 k 1 agQ2= aQ2R 3 RZ 4 rashladna voda Q2(1-a) 5’ 5 4 P s s P a) b) α<1 je količina pare koja se uzima iz turbine; 1-α je količina vode koja prolazi kroz kondenzator. I jedan i drugi deo pare stvaraju mehanički rad koji ulazi u η! 4-12% se poveća η

17. Termodinamički ciklusi sa namenskim odvođenjem toplotne energije Kada je toplotna energija potrebna za grejanje ili tehnološki proces može se dobiti iz toplana-elektrana. Najčešće se koriste ciklusi sa protivpritiskom ili pogoršanim vakuumom na izlazu iz turbine.Pritisak i temperatura pare na izlazu iz turbine znatno su viši nego kod kondenzacionog postrojenja. Pritisak u kondenzatoru je visok pa se para kondenzuje na znatno većoj temperaturi. U ovom postrojenju kondenzator visokog pritiska (kVP) je praktično razmenjivač energije. Energija Q2 nije gubitak pa je teorijski stepen iskorišćenja η≈1. Praktičniη=0,7÷0,8 zbog gubitaka toplote u turbini i parnim vodovima. T 2 K 2 pp 6 1 6 T G T1 gp A T3£200°C 5 T3 3 1 P 4 3 kVP Q2 vrela voda za grejawe ili generisawe pare 4 5 P s b) a)

18. Toplotna elektrana sa oduzimanjem pare Oduzima se para na vezi delova turbine visokog i niskog pritiska.Ovakvo postrojenje ima manji stepen iskoričćenja od postrojenja sa protivpritiskom ali omogućava promenu potročnje pare, odnosno toplotne energije potrošača. Moguće je i paru iz turbine direktno voditi potrošaču. pp TVP TNP G gp kVP k ka toplotnim potrošačima rashladna voda P P

19. Tehnološka šema termoelektrane 7 Tehnološka šema kondenzacione termoelektrane blokovskog tipa (blok čine kotao – turbina – generator i transformator) sa trostepenom turbinom i četiri regenerativna zagrejača napojne vode kotla. 6 5 TVP TSP TNP 3 mp RP T pp 1 2 G gp 4 SP kVP P7 8 k 16 10 P1 9 P3 15 P6 12 13 11 14 P2 P5 P4 1 - skladište uglja sa sistemom za dopremu iz rudnika i sistemom za lokalni transport; 2 – uređaj za pripremu uglja (mlinovi, transporteri i ventilatori); 3 – parni kotao sa ložištem, generatorom pare, pregrejačem i mešupregrejačem; 4 – ventilator za svež vazduh; 5 – uređaj za otprašivanje dimnih gasova; 6 – ventilator dimnih gasova; 7 – dimnjak; 8 – sistem za otpremu šljake; 9 – odlagalište šljake; 10 – regenerativni zagrejač visokog pritiska; 11 – deareator, uređaj za izdvajanje vazduha iz napojne vode ( vazduh u napojnoj vodi izaziva koroziju na instalaciji za paru i turbini);

20. Tehnološka šema termoelektrane 12 i 13 – regenerativni zagrejač napojne vode srednjeg pritiska; 14 - regenerativni zagrejač napojne vode niskog pritiska; 15 – postrojenje za hemijsku pripremu vode; 16 – sistem vodosnabdevanja, obezbeđuje rashladnu vodu za kondenzator (k) i vodu za nadoknađivanje izgubljene vode u termodinamičkom ciklusu; 7 6 5 TVP TSP TNP 3 mp RP T pp 1 2 G gp 4 SP kVP P7 8 k 16 10 P1 9 P3 15 P6 12 13 11 14 P2 P5 P4 kVP – kondenzator (razmenjivač toplote) visokog pritiska koji obezbe|uje tehnološku paru za potrebe elektrane; P1 – pumpa rashladne vode; P2 – pumpa dopunske vode; P3 – pumpa kondenzata; P4 i P5 – pumpe kondenzata regenerativnih zagrejača; P6 – pumpa napojne vode; P7 – pumpa tehnološke vode; TVP – deo turbine visokog pritiska; TSP – deo turbine srednjeg pritiska; TNP – turbina niskog pritiska; G – generator; T – blok transformator; SP – razvodno postrojenje sopstvene potrošnje termoelektrane; RP – razvodno postrojenje visokog napona

21. Skladište za ugalj sa transportnim sistemima • Doprema uglja na dva načina: • Pokretnim trakama ako je TE odmah uz kop • Želecnicom, vagonima ako je TE udaljena od kopa (razlog nedostatka vode) 5 8 1 7 2 14 5 10 5 6 13 6 11 5 7 12 6 5 5 3 4 1 - železnički koloseci; 2 - kolosečna vage za merenje težine dopremljenog uglja; 3 – postrojenje za istovar vagona; 4 – bunkeri za ugalj; 5 – gumene transportne trake; 6 – usmerivači uglja pri pretovaru sa trake na traku; 7 – prebacivači uglja sa trake na traku ili sa trake u bunker; 8 – skladište uglja; 9 – dodavači uglja sa bunkerima; 10 – separatori metalnih predmeta; 11 – sita za izdvajanje krupnijih komada uglja; 12 – drobilica; 13 – izdvajač drvenih otpadaka; 14 – bunkeri kod kotlovskog postrojenja.

22. Skladište za ugalj sa transportnim sistemima Da bi se obezbedio neprekidan rad termoelektrane potrebne su izvesne rezerve uglja. Operativna rezerva nalazi se u bunkerima. U velikim termoelektranama koriste se skladišta opremljena rotacionim trakastim odlagačima i rotorskim bagerom za utovar uglja sa skladišta na transportne trake. Ovakvo skladište ima prstenast oblik i treba da obezbedi jednomesečni rad TE. 3 2 5 4 6 A 7 5 3 8 2 4 1 A 1–traka za dovoz uglja; 2–obrtni uređaj za slaganje uglja sa trakama; 3–centralni stub; 4–odloženi ugalj; 5 – rotacioni bager; 6–traka na bageru; 7-transporter do potrošača; 8-kolosek.

23. Mlinovi za pripremu uglja 1 U savremenim TE velikih snaga (preko 100 MW) ugalj se pre ubacivanja u ložište kotla mlevenjem pretvara u ugljenu prašinu koja se meša sa vazduhom. Tako pripremeljen ugalj lakše sagoreva pa se mogu postići velike snage. Mlevenje, sušenje i mešanje uglja sa vazduhom vrši se u ventilatorskim mlinovima. Prikazana je šema postrojenja sa ventilatorskim mlinom i direktnim uduvavanjem ugljenog praha u ložište kotla. Rotor ventilatorskog mlina istovremeno drobi ugalj, meša ga sa vazduhom i stvara nadpritisak aero mešavine potreban za ubacivanje goriva u ložište kotla. 3 2 5 6 8 7 4 1 – bunker sa ugljem; 2 - dodavač uglja; 3 – dovod vrelih gasova iz ložišta kotla (950 oC) kojim se suši ugalj; 4 – mlin; 5 – ložište kotla; 6 – cevi za ubacivanje mešavine ugljene prašine i vazduha u ložište kotla; 7 – gorionik; 8 – ulaz svežeg vazduha.

24. Parni kotlovi Parni kotao predstavlja sistem za pretvaranje hemijske energije goriva u toplotnu energiju vodene pare. Parni kotao sastoji se od sledećih osnovnih elemenata: ložišta, zagrejača vode, isparivača (generatora pare), pregrejača, međupregrejača, zagrejača vazduha, skeleta, ozida, termičke izolacije i oplate, fine i grube armatre (ventili) i cevovoda. Prema načinu strujanja vode i pare kroz isparivač, odnosno generator pare, kotlovi se dele na kotlove sa prirodnom cirkulacijom, sa prinudnom cirkulacijom i na protočne kotlove. 1 1 – bubanj; 2 – kolektor isparivača; 3 – spusne cevi; 4 – usponske cevi isparivača kojima se dovodi toplota; 5 – cirkulaciona pumpa; 6 – zagrejač vode; 7 – isparivač; 8 – pumpa 3 7 4 q q 6 5 8 2 v) b) a) Kod kotlova sa bubnjem voda isparava u više prolaza kroz cevi generatora pare, dok kod protočnih kotlova voda isparava u jednom prolazu. Temperatura izlazne pare iz kotla se reguliše pomoću hladnjaka (pari se dodaje rasprašena voda i tako joj se snižava temp.)

25. Sistem za otpremu šljake Odšljakivač sa trakom Hidraulični sistem za transport šljake

26. Regerativni zagrejač napojne vode Pre ulaska vode u generator pare, kotao, ona se dodatno zagreva. 1 – ulaz napojne vode; 2 – izlaz napojne vode; 3 – dovod pare; 4 – odvod kondenzata; 5, 6, 9 – površine za razmenu toplote; 7, 8 – kućište; 10 – oslonci; 11 – vodokazno staklo.

27. Dearator napojne vode U deaeratoru se odstranjuju rastvoreni gasovi iz vode. Gasovi (naročito kiseonik i ugljen dioksid) izazivaju koroziju cevi i ventila te se moraju odstraniti. Para koja se dovodi zagreva vodu na 104÷106 oC pri čemu se vazduh izdvaja iz vode i zajedno sa delom nekondenzovane pare odvodi u atmosferu. Pritisak u deaeratoru mora biti niži od pritiska ključanja rastvorenih gasova u vodi.

28. Kondenzator U kondenzatoru se kondenzuje izražena para koja napušta turbinu. Uobičajeni pritisci u kondenzatoru su 3÷10 kPa. U praksi se najviše koriste površinski kondenzatori u kojima se para i rashladna voda ne mešaju. 2 1 4 3 4 9 10 8 11 12 11 6 7 5 U postrojenju za pripremu napojne vode voda se čisti od mehaničkih i rastvorenih primes određenim hemisjkim postupcima.

29. Sistem vodosnabdevanja termoelektrane Za normalan rad termoelektrane veće snage potrebna je velika količina vode. Oko 93% vode troši se za hlađenje pare u kondenzatoru a 7% za ostale potrebe. U zavisnosti od prirodnih uslova mogu se koristiti otvoreni i zatvoreni sistemi vodosnabdevanja. Otvoreni sistem vodosnabdevanja se primenjuje kada je termoelektrana locirana pored veće reke (TE „Obrenovac”, TE „Morava”, itd.). 1 – zgrada elektrane; 2 – veštački napravljen zaliv za pumpnu stanicu; 3 – pumpna stanica; 4 – magistralni vodovod; 5 – cevi za dovod vode u kondenzator; 6 – kondenzator; 7 – cevovodi za odvod vode iz kondenzatora; 8 - pokriveni odvodni kanali; 9 – ustava za regulaciju nivoa vode u pokrivenim kanalima; 10 – otkriveni odvodni kanali; 11 – uređaj za ispuštanje vode u reku; 12 – cevovod tople vode kojim se u zalivu zimi održava temperatura vode na +5 oC. 1 6 5 7 9 10 11 4 3 8 2 12

30. Sistem vodosnabdevanja termoelektrane Zatvoren sistem vodosnabdevanja se primenjuje kada u blizini termoelektrane nema reke sa dovodnim protokom (TE „Kosovo”, TE „Gacko”, itd.). Zatvoreni sistem vodosnabdevanja mora imati hladnjak za vodu koja zagrejana izlazi iz kondenzatora. Kao hladnjaci koriste se rashladne kule ili tornjevi visine do 100 m. Pri hlađenju tople vode u tornju gubi se oko 1,5% vode što se nadoknađuje iz akumulacije. Promaja u tornju je prirodna jer se vazduh zagrejan toplom vodom penje uvis. 1 – rashladni toranj; 2 – kondenzator u TE; 3 – cirkulaciona pumpa; 4 – cevovod sa mlaznicama za raspršivanje vode po obimu kule; 5 – rashladne ploče; 6 – skupljač kapljica vode koje se nalaze u vazduhu; 7 – bazen u koji se skuplja ohlađena voda; 8 – okna za ulaz svežeg (hladnog) vazduha; 9 – usmerivači vazduha; 10 – mlaznice za toplu vodu kojom se zimi održava temperatura vode u bazenu na oko 10 oC;

31. Sistem za snabdevanje kotla vazduhom Za proces sagorevanja u ložištu kotla potreban je vazduh. Cirkulacija vazduha kroz kotao može biti prirodna ili veštačka. Šematski prikaz načina ostvarenja promaje kroz kotao dat je na sl., gde je : 1 – dimnjak; 2 – ventilator svežeg vazduha; 3 – ventilator dimnih gasova. Prirodnu promaju obezbeđuje visok dimnjak jer topli dimni gasovi prirodno struje naviše kroz dimnjak. Prirodna promaja može se primeniti samo za kotlove male snage. Kod savremenih kotlova velikih kapaciteta promaja se stvara veštački. Tako se kod kotlova na čvrsta goriva koristi prinudna cirkulacija vazduha ostvarena uravnoteženim dejstvom ventilatora za svež vazduh (ubacuje vazduh u kotao) i ventilatora za dimne gasove (izbacuje ih iz kotla i ubacuje u dimnjak). Kotlovi za tečna i gasovita goriva obično imaju samo ventilator svežeg vazduha. U kotlu vlada nadpritisak te isti mora biti dobro zaptiven. 1 1 1 b) a) 2 2 3 v)

32. Uređaji za prečišćavanje dimnih gasova Zađtita okoline postiže se ugradnjom otprašivača dimnih gasova i izgradnjom visokih dimnjaka, koji štetne materije rasejavaju na što veću površinu. Za izdvajanje čvrstih čestica iz dimnih gasova kod manjih postrojenja koriste se ciklonski otprašivači. Na slici je: 1 – ulaz dimnih gasova; 2 – kanali za kružno usmeravanje gasa; 3 – izdvojene čvrste čestice; 4 – prečišćeni dim. Kroz ciklonskih filtara gas struji kružno te se zbog centrifugalnih sila čvrste čestice izdvajaju po obodu kanala ciklo-filtra. Stepen izdvajawa prašine je oko 70%. Nešto su efikasniji mokri otprašivači u kojima se dimni gas tušira vodenim mlazovima. Ovakvi filtri troše mnogo vode i javljaju se teškoće vezane za korozivno dejstvo vode sa rastvorenim materijama iz dimnih gasova. 4 1 2 3

33. Uređaji za prečišćavanje dimnih gasova Najefikasniji su elektrofiltri jer mogu da odstrane 99÷99,9% čestica iz dimnih gasova. Šema elektrofiltra sa slike: 1 – sud filtra koji je ujedno i pozitivna elektroda; 2 – ulaz dimnih gasova; 3 – visokonaponska usmerača; 4 – provodni izolator; 5 – negativna elektroda; 6 – teg; 7 – korona koja nastaje oko negativne elektrode; 8 – kada sa vodom za taloženje prašine; 9 – izlaz dimnih gasova. Napon U se tako podesi da se na negativnoj elektrodi izazove korona, odnosno jonizacija okolnog vazduha. Čestice prašine se polarišu u električnom polju filtra te usled toga u zoni korone privlače slobodne elektrone ili negativne jone i tako u celini postaju negativne pa ih elektrostatička sila privlači pozitivno naelektrisanom zidu filtra. Kada takva čestica pračine dodirne zid filtra biva neutralizovana (oslobađa se elektrona koji prelazi na metalnu pozitivnu elektrodu – zid filtra) i pada u kadu odšljakivača. 4 9 5 3 - ~ 7 U + 1 2 6 8

34. Parna turbina Parne turbine su osnovni pogonski motori sinhronih generatora u velikim termoelektranama. U njima se unutrašnja potencijalna energija pare transformiše u mehaničku energiju. 1 – sprovodni aparat ili mlaznik (sastavljen od jednog ili vise mlaznika) 2 – lopatice obrtnog kola; 3 – disk obrtnog kola; 4 – vratilo Podela na: aksijalne i radijalne turbine. sprovodni aparat + obrtno kolo = stupanj parne turbine Podela na: kondenzacione (je izlazni pritisak manji od atmosferskog) i protivpritisne turbine ( kod obe vrste turbina para se po izlasku iz turbine kondenzuje ali se to kod protivpritisnih turbina dešava na znatno višoj temperaturi i pritisku). Podela na:turbine sa (velikih snaga sa više stupnjeva) i bez oduzimanja pare. Podela na: bazne (stalnom snagom) i regulacione turbine.

35. Parna turbina Savremene turbine koriste suvu paru sa temperaturom do T=540 oC. Brzina obrtanja parnih turbina su 3000 min-1 (Evropa) i 3600 min-1 (Amerika) sa relativno velikim stepenom iskorišćenja ηT≈0,85. 1 – lopatice sprovodnog aparata; 2 – dijafragma; 3 – lopatice obrtnog kola; 4 – disk rotora; 5 – kućište turbine; cu – brzina ulazne pare u sprovodni aparat; c1 – brzina pare na izlazu iz sa., c2 – izlazna brzina pare iz obrtnog kola; c0 – obimna brzina lopatica obrtnog kola; w1=c1-c0 – brzina ulazne pare u odnosu na lopaticu obrtnog kola; w2=c2-c0 – brzina izlazne pare u odnosu na lopaticu obrtnog kola i Q (kg/s) - protočna količina pare. 5 3 1 cu c2 w2 c0 cu 2 c2 4 w1 c0 c1 Pošto postoji brzina gasa u odnosu na spoljašnju sredinu.

36. Parna turbina Nema odvođenja toplote u okolnu sredinu! Toplotni pad u sprovodnom aparatu (hSA) pretvara u kinetičku energiju gasa! Rotor turbine se obrće i razmenjuje energiju sa okolinom, te je jedinični rad turbine jednak razlici totalnih entalpija pare na ulazu i izlazu turbine. eR– reakcijska komponenta jediničnog rada turbine (toplotni padu u radnom kolu); eA– akcijska komponenta (razlika kinetičkih energija pare na ulazu i izlazu iz radnog kola). Podela turbina na: akcijeske (eA ≥0,85eST) i reakcijeske.

37. Akcijska turbina nominalne snage 50 MW sa parametrima pare na ulazu p=9 MPa i T=535 °C DA SE ZNA DA SE NABROJE NEKI DELOVI! 1 – parovod; 2 – ventilska komora; 3 – regulacioni ventil; 4 – prvi regulacioni stupanj; 5 – sledećih 10 stupnjeva (diskovi su urađeni izjedna sa vratilom); 6 – 12 i 13 stupanj; 7 – zadnjih pet stupnjeva (turbina ima ukupno 18 stupnjeva); 8 – sprovodni aparat prvog stupwa; 9 – sprovodni aparati ostalih stupnjeva; 10 – dijafragme; 11 – vratilo; 12 – liveni oklop prvih 14 stupnjeva; 13 – vareni oklop ostalih stupnjeva; 14 – izlazni prikqučak za paru; 15, 16, 17, 18, 19 – priključci za oduzimanje pare; 20 – prednje ležište; 21 – zadnji ležaj; 22, 23 – zaptivače; 24 – uređaj za zaštitu od prevelike brzine obrtanja; 25 – pogon pumpe za ulje; 26 – pumpa za ulje; 27 – pučni regulatora broja obrtaja; 28 – elastična spojnica; 29 – vratilo generatora; 30 – pomoćni pogon turbine Deljenjem protoka postiže se da dimenzije lopatica budu relativno male a da se ostvari što veći protok pare, potreban za razvijanje velikih snaga!

38. Regulacija parnih turbina Promenu snage, odnosno regulaciju parne turbine moguće je ostvariti: mlazničkim regulisanjem, prigušivanjem pare i regulisanjem pritiska pare u kotlu 2. Na ulaznom parovodu postavlja se ventil koji prigušuje paru i tako smanjuje ulazni pritisak u turbinu. Loša strana ovog načina je pojava gubitka energije u ventilu za prigušenje. 1. Prvi stupanj turbine mora biti akcijskog tipa i sa više mlaznika u sprovodnom aparatu (do 8 komada). Kada se želi smanjiti snaga turbine zatvaraju se sasvim neki od mlaznika i time smanjuje protok pare kroz turbinu. 3. Regulacija snage turbine promenom pritiska pare u kotlu realizuje se promenom pritiska koji stvara napojna pumpa na ulazu u kotao. Time se menja pritisak pare u kotlu pri istoj temperaturi. Povećava se η! Zaštita od nedozvoljene brzine se ostvaruje ekscentrično postavljenom masom na vratilu turbine, koja je fiksirana oprugom. Pri povećanoj brzini masa se odvaja od vratila zbog delovanja centrifugalne sile i aktivira hidraulički sistem za zatvaranje ulaznih ventila turbina visokog i srednjeg pritiska.

39. TNP TVP Tipovi toplotni šema termoelektrana U termoelektranama većih snaga (preko 100 MW) uglavnom se koristi toplotna blok šema u kojoj kotao napaja svoju turbinu. Za postizanje veće snage elektrana sadrži više, obično identičnih blokova. Standardna slika! Kada se želi povećati sigurnost elektrane zbog ispada kotla iz pogona i obezbediti niži tehnički minimum elektrane od 70% Pnom, gradi se elektrana sa blok spojem dva kotla i jedne turbine. Pri ispadu jednog kotla elektrana može da radi sa preostalim kotlom i snagom P=(0,35÷0,5)Pnom , gde je Pnom - nominalna snaga turbine. Priključak više turbina na sabirnice pare i kondenzata nije izvodljiv zbog jako komplikovanog razvoda. pp pp mp mp gp gp ventil TSP G

40. pp pp pp gp gp gp G G G Tipovi toplotnih šema termoelektrana U termoelektranama sa turbinama manje snage bez pregrevanja pare može se primeniti rešenje sa sabirnicama pare i kondenzata. Obično je broj kotlova veći od broja turbina da bi se postigao manji tehnički minimum elektrane. Takvo rešenje je uslovljeno manjom pouzdanošću kotlova u odnosu na turbinu. Snage kotlova su obično nekoliko desetina MW. SK SP Cena agregata u termoelektranama po jedinici snage (NJ/kW) opada sa porastom nominalne snage. Zato je tendencija u svetu da se grade blokovi sve većih snaga (preko 1000 MW). Maksimalna snaga agregata u termoelektranama mora biti takva da ne pređe 10% instalisane snage u celom elektroenergetskom sistemu (ako bi bila veća ondapri ispadu njega restrikcije!) Pouzdanost velikih agregata je niža zbog neiskustva!

41. Sinhroni generator u termoelektrani U termoelektranama se koriste turboegeneratori sa dva pola, odnosno sa sinhronom brzinom od 3000 min-1 za učestanost od 50 Hz. Dvopolni generatori koriste se u termoelektranama da bi se turbinama omogućila najveća moguća brzina obrtanja, jer parne turbine imaju veći stepen iskorišćenja pri većim brzinama!

42. Generalni plan termoelektrane • Generalni plan elektrane definiše prostorni raspored osnovne i pomoćne opreme i objekata u krugu elektrane. Čime su obuhvaćeni: • glavni pogonski objekat, • razvodno postrojenje sa komandom, • objekti vodosnabdevanja, • skladište za gorivo, • sistem za prevoz šljake, • radionice i laboratorije, • skladišta opreme i materijala, • službene prostorije i drugo. Termoelektrana „Pljevlja” u odnosu na okolinu, gde je: 1 – krug elektrane; 2, 3, 4, 5, 6 – površinski kopovi uglja (rudnik); 7 – deponija šljake; 8– akumulaciono jezero na reci Đehotini.

43. Generalni plan termoelektrane 1 – mašinska zgrada; 2 – kotao; 3 – elektrofiltri; 4 – dimnjak visine 250 m; 5 – skladište uglja kapaciteta 128000 t, 6 – trakasti transporter za ugalj; 7 – bager pumpa za šljaku; 8 – cevovod za šljaku;9 – rezervoar mazuta koji služi za potpalu kotla; 10 – pumpe za mazut; 11 – pomoćna kotlarnica; 12 – rashladni toranj; 13 – pumpe za rashladnu vodu; 14 – hemijska priprema vode; 15 – postrojenje za demineralizaciju vode; 16 – razdelnik za vodu iz akumulacije; 17 – elektroliza za proizvodnju vodonika za hlađenje generatora; 18 – blok transformator; 19 – transformator sopstvene potrošnje; 20 – transformator opšte potrošnje; 21 – ispravljačka stanica za elektrofiltar; 22 – razvodno postrojenje; DA SE ZNA DA SE NABROJE NEKI DELOVI! 23 – komanda razvodnog postrojenja; 24 – pumpna stanica za ulje 25 – radionice i magacin; 26 – upravna zgrada; 27 – ulaz u krug elektrane sa portirnicom; 28 – restoran; 29 – sklonište; 30 – ruža vetrova koja je bitna za izbor lokacije

44. Sopstvena potrošnja u termoelektrani Veliki broj potrošača električne energije su uglavnom asinhroni i sinhroni motori koji pokreću veliki broj ventilatora, pumpi, mlinova za ugalj, transportnih. Snaga sopstvene potrošnje u termoelektrnama kreće se opsegu Psp=(0,05÷0,1)Pnom, gde je Pnom- nominalna snaga generatora. • sp. sa sabirnica visokog napona preko TSsp. • sp. direktno sa generatora ili preko srednjenapnskih sabirnica i TSsp. • sp. direktno sa generatora ili preko blok TS u slučaju uključenja agregata 220 kV 220 kV 35 kV TSP T T TSP SSP SSP G G a) 400 kV b) DA SE ZNA DA SE NACRTA! (TSP) T SSP - rastavqač - prekidač G c)

45. Sopstvena potrošnja u termoelektrani 400 kV T T2 T1 DA SE ZNA DA SE NACRTA! SP2 (TSP) G1 G2 - rastavljač SP1 - prekidač Ako u termoelektrani postoje bar dva bloka onda nisu potrebni generatorski prekidači ali se pri startovanju jednog agregata, ako su oba bila van pogona, za napajanje sopstvene potrošnje jednog bloka može upotrebiti blok transformator drugog bloka. U normalnom pogonu svaki generator napaja svoju sopstvenu potrošnju.

46. G Stepen iskorišćenja termoelektrane TR Pe KO PV T TC PSP SP PSP=αPn , gde se a kreće u opsegu α=(0,05÷0,1) Pn , ili (5÷10)%, što je znatno više nego u hidroelektranama. Stepeni iskorišćenja ostalih elemenata termoelektrane su: ηKO=0,8÷0,91; ηTC=0,3÷0,55; ηPV=0,97÷0,99; ηT ≈0,85; ηG=0,94÷0,97; ηTR=0,96÷0,98 . KO – kotao; TC – termodinamički ciklus; PV – parovodi; T – turbina; G – generator; TR – blok transformator; SP – sopstvena potrošnja; Pu – ulazna snaga uglja; Pe – korisna električna snaga elektrane; PSP – električna snaga sopstvene potršnje.

47. Karakteristični radni režimi termoelektrane U toku eksploatacije termoelektrana razlikuju se četiri karakteristična režima: režim startovanja, režim normalnog opterećenja, obustava rada i rad u rezervi. • Režim startovanja je veoma složen i sastoji se od provere svih sistema koji su bitni za rad kotla, turbine i generatora. Prvo se vrši startovanje (potpala) kotla (potpala kotla vrši se visokokaloričnim gorivom – mazutom). Prelaz na ugljenu prašinu obavlja se kada kotao razvije oko 30% od nominalne snage. Turbina se pri startovanju postepeno predgreva i postepeno joj se povećava brzina i snaga. • Termoelektrana može da startuje iz : • hladnog (najtopliji deo kotla ili turbine ne prelazi temperaturu od 150 °C) ;(traje i do 8 časova), • neohlađenog (svi delovi kotla i turbine imaju temperaturu bar 150 °C. ) i • toplog stanja (po parametrima blisko nominalnom radnom režimu).

48. 150 100 50 0 Karakteristični radni režimi termoelektrane Puštanje termoelektrane u rad vrši se po startnim šemama. Postoje dva načina puštanja blokova u pogon: start sa konstantnim pritiskom (prvo u kotlu dostignu nominalni parametri pare pa se zatim pušta turbina) i start sa promenljivim pritiskom (turbina se pušta u rad pre nego što parametri pare u kotlu dostignu nominalne vrednosti) kod hladnog starta jer se tako štedi vreme pri startu. Tpp - temperatura pregrejane pare; Tmp - temperatura međupregrejane pare; ppp - pritisak pregrejane pare; n - brzina obrtanja turbine; P - snaga turbine (ili generatora) t[°C] P [MW] PROTO^NI RE@IM SINHRONIZACIJA POKRETAWE TURBINE 540 POTPALA KOTLA 210 200 500 p [bar] 150 400 NOMINALNI RE@IM 300 100 p Tpp n [o/min] n 3000 Tmp 200 50 ppp 2000 1000 0 0 0 0 1 3 2 4 5 6 7 8

49. Karakteristični radni režimi termoelektrane U režimu normalnog opterećenja najvažnije je postići dobre tehno-ekonomske pokazatelje i snagu bloka prilagoditi tom zahtevu. Obustava rada bloka može biti planska i neplanska. U zavisnosti od vremena koje stoji na raspolaganju za operaciju zaustavljanja bloka, obustava može biti normalna ili prinudna. Međutim, bez obzira na način izvršenja obustave, hlađenje svih elemenata termodinamičkog ciklusa mora biti postepeno i ravnomerno. Pri hlađenju turbina se mora obrtati smanjenom brzinom. Termoelektrana može biti u hladnoj (kao kod hladnog starta) i toploj rezervi(lože se mazutom i održavaju 20-30% Pnom). Od termoenergetskih blokova se traži da budu u stanju da snagu promene za 5% od nominalne snage, i to u periodu od 10 s. Ovo je potrebno da bi blokovi mogli da prate brze promene snage u mreži. Traži se i da blokovi mogu da promene snagu za (0,02÷0,05)Pn u svakom narednom minutu. Ovo su zahtevi koji obezbeđuju određena regulaciona svojstva blokova.

50. Termoelektrane sa gasnim turbinama Termoelektrane sa parnim turbinama, u kojim se kao gorivo koristi ugalj, traže mnogo vremena za pokretanje iz hladnog stanja. Primenom gasnih turbina umesto parnih, mogu se termoelektrane pribliđžiti hidroelektranama po brzini pokretanja. Učešće gasno-turbinskih elektrana u elektroenergetici je samo oko 5%. Razlozi za to su sledeći: gasne turbine mogu se izraditi za snage do 200 MW; koriste skupa tečna ili gasovita goriva (mazut, benzin, prirodni gas) gasne turbine imaju manji stepen iskorišćenja od parnih turbina. U zavisnosti od vrste goriva termoelektrana sa gasnom turbinom može imati toplotnu šemu sa zatvorenim ili sa otvorenim ciklusom. Elektrane sa zatvorenim ciklusom kao gorivo koriste ugalj ili mazut, a kao radni medijum koristi se vazduh.