en postrijenja

Prof. dr. sc. Z. Prelec ENERGETSKA POSTROJENJA Poglavlje:2 (Enegane) List: 1 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

PARNA POSTROJENJA ZA KOMBINIRANU PROIZVODNJU ELEKTRIČNE I TOPLINSKE ENERGIJE

(ENERGANE)

Na mjestima gdje se istovremeno troši električna i toplinska energija, ekonomičan način opskrbe energijom postiže se s postrojenjima za kombiniranu proizvodnju (suproizvodnju) – parna kogeneracijska postrojenja. Takva postrojenja nazivaju se energane, za razliku od elektrana koje proizvode samo električnu energiju, odnosno od toplana koje proizvode samo toplinsku energiju.

Parna kogeneracijska postrojenja mogu biti: - s protutlačnom turbinom, - s kondenzacijskom turbinom uz oduzimanje pare.

Parno kogeneracijsko postrojenje s protutlačnom turbinom

6

4'

5

1

2'

4

5

6

1

2

3

2'

T

s

G

NP

GP

4'

h

1

3

TP

O

RS

Legenda: GP-generator pare, T-turbina (protutlačna), G-generator el. energije, RS-redukcijska stanica, TP-trošila topline, O-otplinjač, NP-napojna pumpa KP-kondenzatna pumpa.

p1

p2

KP


1 – Stanje pare na izlazu iz pregrijača pare / na ulazu u V.T. turbinu:

• protočna količina pare, D • tlak pare, p• entalpija pare, h

1

1

2' – Stanje pare na izlazu iz turbine: • protočna količina pare, D • tlak pare, p• entalpija pare, h

2

2'

3 – Stanje napojne vode (kondenzata) na izlazu iz otplinjača / na usisnoj strani napojne pumpe:

• protočna količina vode, D • tlak vode, p3=p2'=p• entalpija vode, h

2

3

4' – Stanje napojne vode (kondenzata) na tlačnoj strani napojne pumpe: • protočna količina vode, D • tlak vode, p4'=p4=p• entalpija vode, h

1

4'

Teoretski jedinični rad u turbini: ℎ1 − ℎ2 [kJ/kg];

Stvarni (unutrašnji) jedinični rad u turbini: ℎ1 − ℎ2′ = ( ℎ1 − ℎ2)𝜂𝑖,𝑡 [kJ/kg];

Entalpija pare na izlazu iz turbine: ℎ2′ = ℎ1 − ( ℎ1 − ℎ2)𝜂𝑖,𝑡 [kJ/kg]

Snaga proizvedene električne energije: 𝑁𝐸 = 𝐷( ℎ1 − ℎ2)𝜂𝑖,𝑡𝜂𝑚𝜂𝑒𝑔 [kW];

Toplinska snaga predana trošilima topline: 𝑄𝑇 = D(ℎ2′ − ℎ3) [kW];

Protočna količina pare kroz turbinu:

𝐷 = 𝑁𝐸( ℎ1−ℎ2)𝜂𝑖,𝑡𝜂𝑚𝜂𝑒𝑔

= 𝑄𝑇�ℎ2′−ℎ3�

[kg/s];


Toplinska snaga predana vodi /pari u generatoru pare:

𝑄𝐺𝑃 = 𝐷( ℎ1 − ℎ4′) Budući je: h4'-h3~ h4-h3<<h1-h2→h1-h4'~h1-h3

𝑄𝐺𝑃 = 𝐷( ℎ1 − ℎ3) [kW]; ;

Potrošnja goriva u generatoru pare:

𝐵 = 𝐷( ℎ1−ℎ3)𝜂𝑔𝑝𝜂𝑝𝐻𝑑

[kg/s];

Efikasnost proizvodnje električne energije:

𝜂𝑒,𝑒 = 𝑁𝐸𝐵𝐻𝑑

=𝜂𝑡𝜂𝑖,𝑡𝜂𝑚𝜂𝑒𝑔𝜂𝑔𝑝𝜂𝑝 Ukupna energetska iskoristivost energane s protutlačnom parnom

turbinom:

𝜂𝐸𝑁 =𝑁𝐸 + 𝑄𝑇𝐵𝐻𝑑

=𝐷( ℎ1 − ℎ2)𝜂𝑖,𝑡𝜂𝑚𝜂𝑒𝑔 + D(ℎ2′ − ℎ3)

𝐵𝐻𝑑

gdje je: ηt − toplinska iskoristivost kružnoga procesa, ηi,t - unutrašnja iskoristivost parne turbine, ηm − mehanička iskoristivost turbogeneratora, ηeg – električna iskoristivost generatora električne energije, ηgp - iskoristivost generatora pare, ηp − iskoristivost parovoda, Hd

– donja toplinska vrijednost goriva.

Prednosti parnoga kogeneracijskog postrojenja s protutlačnom turbinom: - Visoka ukupna energetska iskoristivost (80 do 90 %), - Jednostavnost postrojenja za pogon i održavanje, - Relativno mali troškovi investicije.

Nedostaci parnoga kogeneracijskog postrojenja s protutlačnom turbinom: - Proizvodnja električne energije ovisi o potrošnji toplinske energije, - Sustav ne može raditi u otočnom pogonu (neovisno o vanjskoj elektroenergetskoj mreži), odnosno kontinuirani i regulirani pogon moguć je samo u paralelnom režimu rada s vanjskom elektroenergetskom mrežom.


Parno kogeneracijsko postrojenje s kondenzacijskom

turbinom uz oduzimanje pare +

1 – Stanje pare na izlazu iz pregrijača pare / na ulazu u V.T. turbinu: • protočna količina pare, D • tlak pare, p• entalpija pare, h

1

1

2' – Stanje oduzimane pare na izlazu iz VT turbine / na ulazu u trošila topline:

• protočna količina oduzimane pare, D• tlak pare, p

od

• entalpija pare, h2

2'

11

9'

10

1

2'

4

10

2'

VT

s

G

NP

GP

7'

h

1

8

TP

O

RS

Legenda: GP-generator pare, VT-visokotlačna turbina , NT-niskotlačna turbina (kondenzacijska), G-generator el. energije, RS-redukcijska stanica, TP-trošila topline, O-otplinjivač, NP-napojna pumpa. KP- kondenzatna pumpa, K-kondenzator

p1

p2

KP

NT

K

2

3'

3'

3

pk

4

5'

5'

6

7'

9' 8

11

KP

2''

1


3' – Stanje pare na izlazu iz NT turbine / na ulazu u kondenzator:

• protočna količina pare, Dk=D-D• tlak pare, p

od

• entalpija pare, h3'

3'

4 – Stanje glavnoga kondenzata na izlazu iz kondenzatora: • protočna količina glavnoga kondenzata, Dk=D-D• tlak glavnoga kondenzata, p

od

• entalpija glavnoga kondenzata, hk

4

5' – Stanje glavnoga kondenzata na tlačnoj strani kondenzatne pumpe / na ulazu u otplinjivač:

• protočna količina glavnoga kondenzata, Dk=D-D• tlak glavnoga kondenzata, p

od 5' = p

• entalpija glavnoga kondenzata, h2

5'

6 – Stanje povratnoga kondenzata od trošila topline: • protočna količina povratnoga kondenzata od trošila topline, D• tlak povratnoga kondenzata od trošila topline, p

od

• entalpija povratnoga kondenzata od trošila topline, h2

6 ~ h

7'

8 – Stanje napojne vode (kondenzata) na izlazu iz otplinjača / na usisnoj strani napojne pumpe:

• protočna količina napojne vode, D • tlak napojne vode, p8 = p7' = p• entalpija napojne vode, h

5'

8

9' – Stanje napojne vode (kondenzata) na tlačnoj strani napojne pumpe: • protočna količina napojne vode, D • tlak napojne vode, p• entalpija napojne vode, h

9'

9'


Teoretski jedinični rad u turbini: (ℎ1 − ℎ2) + (1 − 𝛼)(ℎ2 − ℎ2′′) [kJ/kg]; gdje je:

𝛼 =𝐷𝑜𝑑𝐷

Stvarni (unutrašnji) jedinični rad u turbini: (ℎ1 − ℎ2)𝜂𝑖,𝑉𝑇 + (1 − 𝛼)( ℎ2′ − ℎ3)𝜂𝑖,𝑁𝑇 [kJ/kg];

gdje je:

ℎ2′ = ℎ1 − (ℎ1 − ℎ2)𝜂𝑖,𝑉𝑇 (entalpija pare na izlazu iz VT dijela turbine

𝜂𝑖,𝑉𝑇 - unutrašnja iskoristivost VT dijela turbine

𝜂𝑖,𝑁𝑇 - unutrašnja iskoristivost NT dijela turbine

Entalpija pare na izlazu iz turbine: ℎ3′ = ℎ2′ − ( ℎ2 − ℎ3)𝜂𝑖,𝑁𝑇 [kJ/kg]

Snaga proizvedene električne energije: 𝑁𝐸 = [𝐷( ℎ1 − ℎ2)𝜂𝑖,𝑉𝑇 + (𝐷 − 𝐷𝑜𝑑)( ℎ2′ − ℎ3)𝜂𝑖,𝑁𝑇]𝜂𝑚𝜂𝑒𝑔 [kW];

Toplinska snaga predana trošilima topline: 𝑄𝑇 = 𝐷𝑜𝑑(ℎ2′ − ℎ6) [kW];

Toplinska snaga predana vodi /pari u generatoru pare: 𝑄𝐺𝑃 = 𝐷( ℎ1 − ℎ9′) Budući je: h9'-h4<<h1-h2'' → h1-h9' ~ h1-h4

𝑄𝐺𝑃 = 𝐷( ℎ1 − ℎ4) [kW]; ;

Potrošnja goriva u generatoru pare:

𝐵 = 𝐷( ℎ1−ℎ4)𝜂𝑔𝑝𝜂𝑝𝐻𝑑

[kg/s];

Ukupna energetska iskoristivost energane s kondenzacijskom parnom turbinom uz oduzimanje pare):

𝜂𝐸𝑁 =𝑁𝐸 + 𝑄𝑇𝐵𝐻𝑑

𝜂𝐸𝑁 =�𝐷( ℎ1 − ℎ2)𝜂𝑖,𝑉𝑇 + (𝐷 − 𝐷𝑜𝑑)( ℎ2′ − ℎ3)𝜂𝑖,𝑁𝑇�𝜂𝑚𝜂𝑒𝑔 + 𝐷𝑜𝑑(ℎ2′ − ℎ6)

𝐵𝐻𝑑


Prednosti parnoga kogeneracijskog postrojenja s kondenzacijskom turbinom uz oduzimanje pare. - Mogućnost regulirane proizvodnje električne i toplinske energije neovisno jedne od druge, - Sustav može raditi u otočnome pogonu, odnosno odvojeno od vanjske elektroenergetske mreže, - Povećana pouzdanost proizvodnje energije.

Nedostaci parnoga kogeneracijskog postrojenja s kondenzacijskom turbinom uz oduzimanje pare. - Povećana složenost postrojenja u odnosu na sustav s protutlačnom turbinom, - Veći troškovi investicija u odnosu na sustav s protutlačnom turbinom, - Smanjena energetska iskoristivost u odnosu na sustav s protutlačnom turbinom, ovisno o količini pare koja ulazi u kondenzator.

en postrijenja

Documents