EL_EN_SROKA.doc

(1522 KB) Pobierz

1. Struktura systemu elektroenergetycznego i jego główne elementy:

System elektroenergetyczny to zespół urządzeń do: wytwarzania, przesyłu, rozdziału, konsumpcji energii elektrycznej.

Źródła energii w systemach elektroenergetycznych można podzielić na: Nieodnawialne (węgiel kamienny i brunatny, ropa naftowa, gaz ziemny, paliwa jądrowe). Odnawialne (energia słoneczna, energia wiatru, energia fal i pływów morskich, energia rzek, energia geotermalna, energia biomasy i biogazów).

2. Przemiany energetyczne w procesie wytwarzania energii elektrycznej w elektrowni parowej:

W elektrowni parowej, realizowany jest określony łańcuch przemian energetycznych (rys. 7), a sprawność całej elektrowni zależna jest od sprawności poszczególnych przemian składowych.

W przypadku kolejno po sobie następujących przemian energetycznych sprawność całego układu jest iloczynem sprawności poszczególnych przemian.

Typ	Przemiany	Typowa sprawność
Turbina parowa	cieplna/mechaniczna	45 %

3. Ilośc powietrza wymagana w konkretnym urządzeniu do spalenia 1 kg paliwa stałego:

Teoretycznie niezbędna ilość tlenu:

nO2t = n’C + n’S + ½ n’H2 – n’O2

n’C = C/(100*12) [kmol C/kg paliwa),

n’S = C/(100*32) [kmol S/kg paliwa),

n’H2 = H/(100*12) [kmol H2/kg paliwa),

n’O2 = O/(100*12) [kmol O2/kg paliwa),

C; H; S; O – procentowe udziały wagowe w paliwie poszczególnych pierwiastków: węgla, wodoru, siarki i tlenu,

Przy założeniu, że udział objętościowy tlenu w powietrzu wynosi ok. 21% to na spalenie jednej jednostki paliwa, trzeba dostarczyć teoretycznie:

npowt = nO2t / 0,21 [kmol pow. / kg paliwa]

Ilość powietrza dostarczonego w rzeczywistości określa się poprzez pojęcie współczynnika nadmiaru powietrza, który oznaczamy literą λ:

λ = npow / npowt

Wielkości współczynnika nadmiaru powietrza zależą od rodzaju paliwa, od rodzaju paleniska. Optymalne wartości tego współczynnika są wyznaczane doświadczalnie na ogół wynoszą one: λ ~ (1,05 –2)

Ilość powietrza wymagana w konkretnym urządzeniu do spalenia 1 kg paliwa stałego wyniesie: vpow = 22,42 λ nO2t / 0,21 [um3pow./kg paliwa]

4. Skład i ilośc spalin ze spalania 1 kg paliwa stałego przy spalaniu niezupełnym i niecałkowitym:

Spalanie niezupełne – spalanie nazywamy spalaniem niezupełnym , jeżeli w spalinach występują gazy palne, natomiast spalanie niecałkowite jest wtedy, gdy w stałych produktach procesu spalania (tzn, żużlu i popiele) pozostają substancje palne.

Skład i ilość spalin zależeć będzie od doskonałości procesu spalania:

n”sp = n”CO2 + n”CO + n”SO2 + n”O2 + n”N2 + n”H2O [kmol spalin/kg paliwa]

a objętość: vsp = 22,42 n”sp [um3spalin / kg paliwa ]

gdzie:

n”CO2 + n”CO + n”C = n’C |||| n”SO2 = n’S , |||| n” O2 = (λ –1) nO2t + ½ n”CO + n”C

n”H2O = n’H2 +n’H2O

gdzie: n”C – niedopalone kilomole pierwiastka węgla z 1 kg paliwa na skutek spalania niecałkowitego,

n”CO – ilość kilomoli CO powstała z 1 kg paliwa.

5. Sprawność kotła energetycznego wyznaczana metodą bezpośrednią i pośrednią:

Sprawność kotła to stosunek strumienia ciepła jako różnicy strumieni energetycznych w parze opuszczającej kocioł i w wodzie zasilającej kocioł do strumienia energii chemicznej doprowadzonego w postaci paliwa.

Metoda bezpośrednia: hk = Qk / Qp = D(i0 – iwz) / (B Qw)

Metoda pośrednia:

Qp = Qk + ΔQ gdzie ΔQ – straty w kotle,

Więc sprawność może być wyznaczona metodą pośrednią :

ηk = Qk / Qp = (Qp - ΔQ) / Qp = 1 – Σ Si

gdzie Si = ΔQi/Qp - względna strata energii e kotle.

Sprawność kotłów parowych zawiera się w granicach 85 – 92 %.

6. Przemiany w obiegu Carnota w wykresach p-v i T-s:

7. Obieg Rankine’a – schemat ideowy układu cieplnego; przemiany w układzie p-v i T-s i i-s:

-izobaryczne doprowadzenie ciepła obejmujące podgrzewanie wody zasilającej 4-4’, parowanie wody 4’-4” oraz przegrzanie pary 4”−1,

-izentropowe rozprężanie pary w turbinie 1-2s, które w końcowej fazie (część niskoprężna turbiny) przebiega w obszarze pary mokrej,

- izobaryczno – izotermiczne skraplanie pary w skraplaczu 2s-3,

- izentropowe (izochoryczne) sprężanie kondensatu w pompie wody zasilającej 3−4s

8. Sprawność rzeczywistej elektrowni parowej

9. Metody zwiekszania obiegu Rankine’a:

Sprawność elektrowni parowej zwiększa się stosując zabiegi i udoskonalenia mające na celu:

- zbliżenie przemian izobarycznych do izotermicznych i tym samym uzyskanie podobieństwa do obiegu Carnota (tzw. karnotyzacja obiegu),

- rozsunięcie skrajnych temperatur obiegu poprzez podwyższenie temperatury źródła górnego i obniżenie temperatury źródła dolnego,

- zwiększenie pracy obiegu poprzez podwyższenie ciśnienia pary przegrzanej w obszar nadkrytyczny i obniżenie ciśnienia w obszarze pary mokrej.

10. Międzystopniowe przegrzewanie pary:

Turbina jest wtedy dzielona na kilka kadłubów (część wysoko-, średnio- i niskoprężna). Zamiast jednorazowego rozprężania pary dzieli się go na kilka części, a parę odlotową z każdej części odprowadza się pod niezmienionym ciśnieniem do kotła, gdzie podgrzewa się do temperatury dowolnej, choć zbliżonej do temperatury pary świeżej i kieruje do stopnia następnego. Sposób ten nie tylko prowadzi do zwiększenia sprawności i polepszenia parametrów pary odlotowej, ale również zmniejsza straty cieplne do otoczenia.

Bilans energetyczny turbiny:

Strumień pary D wymagany do wytworzenia mocy Nel można wyznaczyć na podstawie powyższego bilansu:

11. Regeneracyjne podgrzewanie wody zasilającej – obieg z jednym podgrzewaczem regeneracyjnym:

Innym powszechnie stosowanym sposobem zwiększenia sprawności energetycznej obiegu cieplnego elektrowni kondensacyjnej jest wprowadzenie regeneracyjnego podgrzewania wody zasilającej. Po przejściu przez część turbiny, część pary opuszcza tą turbinę (jest to tzw. upust regeneracyjny ). Pozostała część pary przechodzi przez turbinę i rozpręża się dalej a część pary upustowej z turbiny przechodzi do wymiennika ciepła (podgrzewacza). Ciepło pobrane z turbiny wraca do wody zasilającej kocioł (pola koloru zielonego na wykresie powinny być sobie równe).