Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

6. témakör Villamosenergia-termelés hőerőművekben.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "6. témakör Villamosenergia-termelés hőerőművekben."— Előadás másolata:

1 6. témakör Villamosenergia-termelés hőerőművekben

2 Tartalom 1. Fosszilis tüzelőanyagú gőzerőművek. 2. Gázturbinás erőművek. 3. Kombinált gáz-gőz erőművek. 4. Tüzelőanyag-cellák.

3 A villamosenergia-termelés folyamata hőerőművekben kémiailag vagy nukleárisan kötött energia HőfejlesztőHőerőgép Generátor Transzformátor hőmechanikai (forgási) energia villamos energia körfolyamat

4 Csoportosítás A felhasznált végenergia %-a villamos energia. Tüzelőanyag: C, CH, nukleáris, Munkaközeg: vízgőz, füstgáz, Hőerőművek: gőz, gázturbinás, kombinált gáz-gőz, (gázmotoros).

5 6.1. Fosszilis tüzelőanyagú gőzerőművek

6 Kapcsolás

7 Szubkritikus gőzkörfolyamat

8 Szuperkritikus gőzkörfolyamat

9 1. Főberendezések és folyamatok Gőzkazán (GK, tv-1): a kémiailag kötött energia felszabadítása a tüzelőanyag elégetésével, a keletkező nagy hőmérsékletű ( o C) láng és füstgáz lehűtése (füstgázoldal), a vízgőz munkaközeg felmelegítése, elgőzölögtetése, túl- és újrahevítése (vízgőzoldal). Tüzelőanyagok: – különböző szenek, különböző tüzelési módokkal, – kőolaj-finomítás maradékai, – földgáz (inertes gáz).

10 1.1. Gőzkazán Tüzelés (108 ill. 58 g CO 2 /MJ):

11 Gőzkazán

12 A hőáram-sűrűség változása a tűztér magassága mentén (p 1


13 Szubkritikus gőzkazán: a felületek elrendezése UH m 1,p 1,t 1 E TE UH LE TH E TE D T T m u,p u,t u..

14 Gőzkazán: T-Q diagram 1’ TH UH E 1” u t v fg 1’ 1 Q T sugárzáskonvektív UH TE LE

15 670 MW névleges hőteljesítményű szénhidrogén-tüzelésű kazán T-F diagramja (dunamenti és tiszai 215 MW-os blokkok kazánja)

16 670 MW névleges hőteljesítményű, lignit-tüzelésű kazán T-F diagramja (mátrai 215 MW-os blokk kazánja)

17 Gőzkazán Gőznyomás szerint: – szubkritikus (p 1

p kr ) 240,280,320 bar (280 bar-tól kétszeres újrahevítés), t 1max : o C (új szerkezeti anyagok). Munkaközeg cirkulációja szerint: – kényszerátáramlású.

18 Cirkulációs elgőzölögtető [Cohen]

19 Kényszerátáramlású gőzkazán [Cohen]

20 Fluid-tüzelésű gőzkazán szilárdanyag gáz füstgáz felületek primer levegő szekunder levegő CCaCO 3 hamu + CaSO 4 arány t ágy ≈ max °C Ca/S - mólarány

21 Forráskép függőleges és vízszintes csőben

22 A víz elgőzölgése függőleges csőben: hőmérsékletek és hőátadási viszonyok [Cohen]

23 Gőzkazán Teljesítménymérleg: Hatásfok: – C (6-28 MJ/kg): 0,82-0,92 – kőolaj: 0,85-0,92 – földgáz: 0,87-0,94.

24 Fajlagos gőzhő

25 Gőzkazán (Tisza II. 670 t/h)

26 1.2. Gőzturbina Gőzturbina (GT, 1-2o, 1-2): A nagy nyomású, hőmérsékletű vízgőz (belső) termikus energiájának forgási (mechanikai) energiává alakítása a turbinalapát-fokozatokban. Fordulatszám: n=3000 1/perc (50 Hz), n=3600 1/perc (60Hz). Tengelyteljesítmény:

27 Fajlagos (technikai) munka p 2 p 1 w T =h 1 -h 2 w T0 Δs irr 2 h s 1 2 0

28 Gőzturbina A körfolyamat termodinamikailag meghatározott (Carnot) hatásfoka: η C =0,35-0,60 → f[ (p 1,t 1,t tv,t UH1,t UH2 ), (p 2 )] η irrT > η irr → (hővisszanyerés)

29 Gőzturbina A körfolyamat hatásfokának (η C ) növelése: – a gőz kezdő nyomásának (p 1 ) és hőmérsékletének (t 1 ) növelése, – megcsapolásos (regeneratív) tápvízelőmelegítés (t tv növelése), – egyszeres (t UH1 ) és kétszeres (t UH1,t UH2 ) újrahevítés, – a gőz végnyomásának (p 2 ) csökkentése (p 2 ≈0,03 bar) elérte a határt. Megcsapolásos tápvízelőmelegítés: a kondenzálódott folyadékfázisú o C-os víz felmelegítése a kazánba lépő tápvíz minél nagyobb hőmérséklete (t tv ) érdekében. (Gőz) újrahevítés: a turbinában expandált gőz kivétele és felmelegítése a gőzkazánban p UH nyomáson.

30 Gőzturbina-lapátok A GT eredő hatásfokát –a lapátok fokozati hatásfoka és –az expanzió mértéke határozza meg. A GT-fokozat hatásfokát befolyásolja a lapátfelület érdessége (<0,3-0,2 μm). Lapátfokozat –akciós (résveszteség csökkenthető), –reakciós (sebességtől függő súrlódási veszteségek csökkenthetők). Eltérő követelmények a nagy- és kisnyomású fokozatokban.

31 Gőzturbina-lapátfokozatok h Δh á akciós Δh f S S reakciós h Δh á Δh f

32 Gőzturbina-lapátok fejlesztése [Büki] a-zárólemez nélkül, b-zárólemezzel, c-nagyteljesítményű lapátok

33 Hőséma: fő elemek

34 Gőzturbina (Tisza II. 215 MW e )

35 Gőzturbina nagynyomású forgórész (Tisza II.)

36 Tápvízelőmelegítő

37 1.3. Generátor és transzformátor Generátor, transzformátor: A gőzturbina forgási energiájának kV feszültségű villamos energiává alakítása (G), és transzformálása (TR) a szállítás nagyfeszültségére ( kV). Hatásfokok: –η Tm =0,99-0,995, –η G =0,99-0,995, –η TR =0,99-0,998, –η ε =0,92-0,96, –η mE =0,89-0,95.

38 Generátor (Mátrai 215 MW e )

39 Transzformátor

40 1.4. Kondenzátor Kondenzátor (K, 2-2’): A gőzturbinában munkát végzett, további munkavégzésre alkalmatlan vízgőz cseppfolyósítása (kondenzálása), s kondenzációs hő elvonása a környezetbe a hűtővíz-rendszerrel. Környezetbe távozó hőteljesítmény: Hűtővíz-rendszerek: – frissvízhűtés (folyó, tó, tenger), – nedves hűtőtorony, – száraz hűtőtorony.

41 Fajlagos elvont hő

42 Kondenzátor

43 Csőkiosztás

44 Gőz és gőz-levegő keverék áramlás a köpenytérben [Cohen]

45 Frissvízhűtés tenger folyó tó K HSZ

46 Nedves hűtőtorony levegő K HSZ póthűtővíz

47 Száraz hűtőtorony levegő HSZFKSZ

48 Nedves hűtőtorony (Mátrai Erőmű)

49 Száraz hűtőtorony (Mátrai Erőmű) kéntelenítővel

50 2. Energetikai jellemzők Hatásfoka: Fajlagos tüzelőhő-felhasználása:

51 Energiafolyam ábra KONDENZÁCIÓS ERŐMŰ HTE Q Q T T           Q T T  T P 2 Q   TmE 1 P  veszt2, Q  ü  mH 1 Q   KE P ü Q 

52 3. Környezeti hatások CO 2 kibocsátás → η KE növelése, mert gCO 2 /kWh csökken. Hőszennyezés: (0,75-0,45)Q ü környezetbe távozik, t élővíz max o C (O 2 tartalom) → kapcsolt energiatermelés szén: – SO x : füstgáz kéntelenítés, – pernye: pernyeleválasztás, – salak: meddőhányók (minél kisebb H ü, annál több meddő) → tájrekultiváció. – NO x : DeNOx (NH 3 ), fluid-tüzelés (SO x ) és kisebb t láng. gudron, pakura: – SO x : füstgáz kéntelenítés, – NO x : DeNOx (NH 3 ).

53 4. Telephely kiválasztás Tüzelőanyag közelében (bánya, olajfinomító), jó megközelítés. Hűtővíz. Szakember, szakmakultúra. Villamos csatlakozás, ellátottság. Lakott területen kívül. Meglévő erőművek telephelyének felértékelődése, mindezek megvannak.

54 6.2. Gázturbinás erőművek

55 Nyitott egytengelyes gázturbina Nyitott egytengelyes gázturbina fő berendezései: –Kompresszor (K): a levegő komprimálása a légköri nyomásról (15) bar-ra. –Égőtér (É): a tüzelőanyag elégetése, a levegő-üzemanyag keverék (füstgáz) hőmérsékletének növelése (1500) o C-ra. –Turbina (T): A füstgáz termikus energiájának forgási energiává alakítása a lapátfokozatokban. –Generátor (G), Transzformátor (Tr). Tüzelőanyag: csak CH, –földgáz (inertes gáz), –kerozin, –fűtőolaj (állandó terhelésen).

56 Kapcsolás

57 Hőkörfolyamat T p 0 p 1 2 S 1 2 0

58 Gázturbina T belső teljesítmény: K belső teljesítmény: GT teljesítmény: Tüzelőhő-teljesítmény:

59 Fokozati és eredő hatásfok T 2 S T K

60 Energiafolyam ábra

61 Energetikai jellemzők A villamosenergia-termelés hatásfoka: Fajlagos tüzelőhő-felhasználása:

62 Gázturbina p 1 =10-12 (20-30) bar, t 1 =1000-( ) o C, p 2 =1 bar (légkör), t 2 = o C. A körfolyamat Carnot hatásfoka: t 1 növelése Ni-Cr szuperötvözetű lapátokkal, s rajtuk speciális kerámia-ötvözetű bevonatokkal, miközben t 2 is nő. Környezeti hatások: NO x (t láng = o C) → égőtér kialakítás, vízbefecskendezéssel hűtés.

63 Gázturbina

64 Hatásfokjavítás Kombinált gáz-gőz erőművek. A kilépő hőáramot maga a gázturbina hasznosítja: –hőregenerálás, –gőztermelés és gőzbefecskendezés (STIG), –légnedvesítés. Többfokozatú kompresszió és expanzió.

65 Hőregenerálás hűtés K1K2 T É

66 6.3. Kombinált gáz-gőz erőművek

67 Kombinált gáz-gőz erőmű Gázturbinából kilépő füstgáz hőmérséklete túl nagy (t 2 >500 o C), a füstgáz lehűthető hőhasznosító gőzkazánban, s a termelt gőz gőzturbinában expandál → füstgáz és gőz munkaközegű turbinák kombinációja (kombinált gáz-gőz erőmű). Hőhasznosító gőzkazán: gázturbinában expandált füstgáz ( o C) lehűtése ( o C-ig), kis- (<40 bar) és közepes (60-90 bar) nyomású gőz termelése. Póttüzelés lehetséges.

68 Kombinált gáz-gőz erőmű kapcsolása

69 GE LM6000 PD gázturbina generátor set

70 Vízszintes elrendezésű hőhasznosító gőzkazán

71 Hőkörfolyamat

72 Energiafolyam ábra ü Q  GT0 P GT P GT0TrGmGT )1( P  HH Q  ü mÉ )1( Q   füstgáz Q  2,gk Q  T P T0 P TrGmT )1( P  Gőzkörfolyamat 2 Q  E P

73 Teljesítménymérleg HH hőteljesítmény: Turbina teljesítmények:

74 Villamosenergia-termelés Hatásfok: q E = kJ ü /kWh E.

75 Feltöltött kazánban integrált G/G erőmű gt. Pgt Q ü. Q 1gt P GT

76 6.4. témakör Tüzelőanyag-cellák

77 Tüzelőanyag-cella (TC): a tüzelőanyagból – a reagensek közötti elektrokémiai reakciók révén – közvetlenül villamos energiát termel. (Az átalakításból kimaradhat a hőtermelés és a hőkörfolyamat, ill. nem jelenik meg a munka). –A TC anódos oldalára áramlik a redukáló, hidrogén-tartalmú tüzelőanyag, –katódos oldalára az oxidáló oxigén vagy levegő, – H 2 +1/2O 2 →H 2 O, és elektronok egyenárama, amit inverterben váltóárammá alakítanak.

78 Tüzelőanyag-cella ½O 2 Anód H 2 → 2H + + e - 2H + + ½O 2 +2e - → H 2 O Elektrolit H2H2 Katód H2OH2O = ~ 2e -

79 η HEo és η TCo =f(T) [Büki]

80 Tüzelőanyag-cella Tüzelőhő: ΔH a reakciótermékek és reagensek entalpiakülönbsége; Villamos energia ΔS a reakciótermékek és reagensek entrópiakülönbsége.

81 Tüzelőanyag-cella A hőmérsékletnöveléssel ugyan csökken a TC hatásfoka, de nő a T hőmérsékleten távozó D=TΔS i disszipációs hő (ΔS i a reakciótermék (pl. vízgőz) entrópiakülönbsége). A disszipációs hő kapcsolt hőszolgáltatásra vagy gőzerőműben hasznosítható. A disszipációs hő hasznosításával TC hatásfoka alig csökken a hőmérséklet növelésekor, és az eszményi hatásfok közel azonos.

82 Tüzelőanyag-cella TC típusai: –Alkáli (Alkaline Fuel Cell-AFC), –Polimer-elektrolit membrános (Polymere Electrolyte Membrane FC-PEMFC), –Foszforsavas (Phosphoric Acid FC-PAFC), –Folyékony karbonátos (Molten Carbonate FC-MCFC), –Szilárd oxidos (Solide Oxide FC-SOFC).

83 A fejlesztett TC-k jellemzői [Büki] A fejlesztett tüzelőanyag-cellák jellemzői JeleHő- mérséklet °C Tüzelő- anyag (anód) Elektrolit, Iontranszport Oxidáló közeg (katód) Villamos hatásfok % Alkalmazás AFC hidrogén kálilúg(KOH) ← OH - oxigén40-50 közlekedés (mozgó) PEMFC80 polimer H + → levegő, oxigén hő-és villamos energia (stabil) PAFC200 földgáz, széngáz, biogáz foszforsav (H 3 PO 4 ) H + → levegő MCFC650 karbonátok (Li 2 CO 3 +K 2 CO 3 ) ( ← CO villamos energia SOFC keramikus anyag (ZrO 2 ) ←O decentralizált erőművek

84 SOFC TC [Büki] a) csőelem, b) csőköteg, c) a teljes cella

85 Tüzelőanyag-cella A teljes TC igen nagyszámú elemből áll. A megvalósított kWe, az elemek száma ezernél több, a tervezett 1 MW TC 6-10 ezer elemet tartalmaz.


Letölteni ppt "6. témakör Villamosenergia-termelés hőerőművekben."

Hasonló előadás


Google Hirdetések