2. TERMOELEKTRANE
Termoelektrane su energetska postrojenja koje energiju
dobivaju sagorijevanjem goriva, a glavna primjena i svrha
termoenergetskih postrojenja je proizvodnja pare koja e
pokretati turbinu, a potom i generator elektrine energije.
Osnovna namjena im je proizvodnja i transformacija
primarnih oblika energije u koristan rad, koji se kasnije u
obliku mehanike energije dalje iskori邸tava za proizvodnju
elektrine energije. Mehanika energija je proizvedena uz
pomo toplinskog stroja koji transformira toplinsku
energiju. Imamo pretvaranje kemijske energije u toplinsku
koja se pak razliitim procesima predaje nekom radnom
mediju. Radni medij pak slu転i kao prijenosnik te energije,
esto izgaranjem goriva, u energiju vrtnje.
4. Podjela termoelektrana
prema vrsti pokretaa
Prema vrsti pokretaa dijelimo ih na:
2. Plinsko-turbinska postrojenja
3. Parno-turbinska postrojenja
4. Kombinirana postrojenja
Plinsko-turbinsko postrojenje koristi dinamiki pritisak od
protoka plinova za direktno upravljanje turbinom. Sam
proces koji se dogaa u plinskoj turbini nije toliko razliit od
parne turbine. Ukoliko 転elimo poveati stupanj iskoristivosti
moramo poveati temperaturu medija koji ulazi u turbinu.Tu
se javlja problem hlaenja, pogotovo samih lopatica. Kako
bismo ohladili lopatice koristimo komprimirani zrak iz
kondenzatora. Naravno dovoenje zraka za hlaenje e
smanjiti i snagu postrojenja.
5. Dana邸nji razvoj materijala nam je omoguio da i izborom materijal
poveamo otpornost na temperaturu. Za izradu lopatica se danas
koriste visoko legirani materijali na bazi nikla koji uspje邸no podnose
vi邸e temperature. Naravno bez obzira na ova dostignua na podruju
materijala moramo osigurati hlaenje lopatica.U plinskim elektranama
se mehanika energija pretvara u elektrinu pomou plinskih motora,
koji se naje邸e grade kao etverotaktni motori. Svako plinsko-
turbinsko postrojenje sastoji se od kompresora, komore za izgaranje i
plinske turbine. Princip rada : kompresor slu転i za stlaivanje zraka
kojeg usisava iz okoli邸a te ga komprimira do nekog zadanog tlaka,
komprimirani zrak dovodi se do komore izgaranja gdje se grije uslijed
izgaranja goriva. Smjesa koja nastaje (zagrijani zrak i plinovi
izgaranja) ekspandiraju u plinskoj turbini gdje stvaraju moment koji se
iskori邸tava u proizvodnji elektrine energije i pri radu kompresora.
Parno-turbinsko postrojenje-Princip rada parnog - turbinskog
postrojenja: proizvedena para uz pomo topline, dobivena izgaranjem
goriva, odvodi se u turbinu gdje na razne naine ekspandira stvarajui
moment koji pak slu転i za proizvodnu elektrine energije u generatoru.
Koristi dinamiki pritisak generatora tro邸enjem vodene pare za
okretanje lopatica turbine.
6. Najvei broj velikih termoelektrana je s parnim pogonom, kod kojih
se uglavnom koriste parne turbine (oko 80 % elektrine energije je
proizvedeno kori邸tenjem parnih turbina) neposredno spojene sa
generatorom (turbo-generator). U ovim elektranama toplina
dobivena sagorijevanjem goriva predaje se vodenoj pari koja u
parnim turbinama proizvodi mehaniku energiju, a koja se u
generatoru pretvara u elektrinu energiju.
Kombinirano postrojenje ima oboje: plinske turbine lo転ene prirodnim
plinom, parni kotao te parnu turbinu koja koristi iscrpljeni plin iz plinske
turbine kako bi se proizveo elektricitet, tj. to je ciklus koji se sastoji od
plinsko-turbinskog i parno-turbinskog dijela. Glavne sastavnice su
naravno plinska i parna turbina. Osnovna namjena ovakvih postrojenja
je da se iskoristi toplina nastala na izlazu iz plinske turbine. Po邸to
ispu邸ni plinovi koji izlaze iz plinske turbine imaju izuzetno visoke
temperature, oko 600 属C mogu se iskoristiti kao sredstvo koje e grijati
vodu i proizvoditi vodenu paru za parnu turbinu. Iskoristivost takvog
postrojenja dose転e i do 60%.. U kombiniranom postrojenju kompresor
komprimira zrak i 邸alje ga u komoru izgaranja gdje se istovremeno
dovodi gorivo za izgaranje. Plinovi izgaranja vrlo visoke temperature
vode se iz komore izgaranja u plinsku turbinu, gdje ekspandiraju dajui
koristan rad na vratilu spojenom na rotor plinske turbine.
7. Vratilo pokree generator elektrine struje i proizvodi
elektrinu energiju koja se 邸alje u mre転u Jedna od vrlo
dobrih karakteristika plinske turbine je ta 邸to je kod nje
prisutan vrlo visok omjer zrak/gorivo budui se dodaje
nekoliko puta vi邸e zraka zbog hlaenja lopatica plinske
turbine. Zbog toga na izlazu iz plinske turbine ostaje jo邸
dosta neiskori邸tenog zraka te se taj vi邸ak zraka koristi za
izgaranje dodatnog goriva u utilizatoru. U utilizatoru se
napojna voda zagrijava do isparavanja i pregrijava na
zadane parametre. Pregrijana para odlazi iz generatora pare
u parnu turbinu gdje ekspandira i predaje mehaniki rad
generatoru elektrine struje. Nakon toga para, sada ve
niskih parametara, odlazi u kondenzator gdje kondenzira.
Nakon kondenzacije, voda se napojnom pumpom vraa u
utilizator na ponovno zagrijavanje.
8. Dijelovi
termoenergetskog
postrojenja
Dijelovi termoenergetskog postrojenja su:
2)Generator pare
3)Turbina
4)Generator elektrine energije
5)Kondenzator
6)Kondenzatorska pumpa
7)Napojna pumpa
8)Rashladni toranj
9)Spremnik napojne vode
10)Pregrijai pare
11)Meupregrijai
12)Ekonomajzeri i sl
9. Kompresori
Kompresori slu転e kod plinsko-turbinskih postrojenja, mlaznim
motorima i sl. Kompresori mogu biti radijalni ili aksijalni. Kod
aksijalnih strujanje zraka vr邸i se u smjeru vratila, dok kod
radijalnih kompresora imamo radijalno strujanje na rotorsko kolo.
Radijalni kompresori lak邸i su i mnogo efikasniji nego aksijalni
kompresori za manje kompresijske omjere. Kod veih
postrojenja koriste se aksijalni kompresori obzirom da su
efikasniji (za vee kompresijske omjere). Isto tako u
zrakoplovstvu se koriste aksijalni kompresori zbog vi邸ih
kompresijskih omjera. Kompresor za rad koristi energiju nastalu
zbog rada turbine obzirom da su turbina i kompresor naje邸e
na istom vratilu. Komprimirani zrak s plinovima izgaranja tvori
radni medij koji ekspandira kasnije u turbini.
10. Komora izgaranja
Komora izgaranja sastoji se od dva cilindra. U prvom se
odvija izgaranje prilikom ega se razvijaju visoke
temperature te se tako 邸titi vanjski cilindar od djelovanja
zraenja topline. Cilindri su meusobno povezani te se
izmeu njih odvija prostrujavanje zraka. Za izgaranje se
dovodi 3-6 puta vi邸e zraka od teoretski potrebnog zbog
sni転enja maksimalnih temperatura. Komore izgaranja trebaju
osigurati: stabilno izgaranje u 邸irokim granicama
optereenja, jednolinu raspodjelu temperatura dimnih
plinova na izlazu iz komore izgaranja, da gubitak tlaka u
komori izgaranja bude 邸to manji. U klasinom plinsko-
turbinskom postrojenju mo転emo imati vi邸e komora izgaranja
koje se sla転u uzdu転no, po obodu. Takvo slaganje koristimo
kao bismo smanjili dimenzije.
11. Kondenzator
Kondenzator je klasini izmjenjiva topline koji vraa paru
natrag u tekue stanje, nakon 邸to ekspandira u turbini.
Kondenzat se pumpama vraa natrag u proces. Tlak u
klasinom kondenzatoru je izuzetno mali (podtlak oko
0,045 bara). Po邸to je kondenzator izmjenjiva topline
potrebno je osigurati i medij kojem e se ta topline predati
kako bi se para ohladila do temperature kondenzata. Upravo
zbog toga su termoelektrane smje邸tene na rijekama, moru...,
kako bi se osigurao medij koji e preuzimati svu tu toplini.
Naravno postoji mogunost da termoelektrana radi
dvofazno, odnosno kao i toplana. Tada se ta para mo転e
odvoditi vrelovodima i slu転iti kao grijanje.
12. Generator pare
Za generator pare mogli
bismo rei da ini
sredi邸nji dio svake
termoelektrane. Ukratko
generator pare, 邸to mu i
samo ime ka転e, slu転i za
proizvodnju pare s
odreenim parametrima
(temperature i tlaka)
koja e se kasnije u
turbini iskoristiti za
proizvodnju elektrine
energije.
13. Podjela generatora pare
Generatore pare dijelimo na:
2) eline generatore pare
3) Lijevane generatore pare posebne namjene
14. Podvrste elinih generatora
pare
eline generatore pare dijelimo na par podvrsta a to su:
2) Vatrocjevne
3) Vodocjevne
4) Cilindrine
15. Vatrocijevni generatori
pare
Vatrocijevni generatori pare funkcioniraju tako da plamen
struji kroz cijevi i tako grije vodu koja te cijevi okru転uje.
16. Vodocijevni generatori
pare
Vodocijevni generatori pare su
naje邸i i najbrojniji te
najzanimljiviji s aspekta
termoelektrana. Kao 邸to i samo
ime ka転e kod vodocjevnih
generatora pare voda ili para
nalaze se u samim cijevima. Na
taj nain mogue je postii
znatno vee tlakove i
temperature nego kod
vatrocjevnih generatora pare.
17. Podjela vodocijevnih
generatora pare
Vodocjevne generatore pare opet mo転emo podijeliti na:
2) Horizontalne s ravnim cijevima
3) Vertikalne sa savinutim cijevima (prirodna ili prisilna
cirkulacija)
18. Vertikalni generatori
pare sa savinutim
cijevima
Vertikalni generatori pare sa savinutim cijevima predstavljaju
najveu i nama najva転niju skupinu. Ovakvi tipovi generatora
pare se nalaze u velikim termoenergetskim postrojenjima za
proizvodnju elektrine energije. Za izgaranje mogu koristiti
sve vrste goriva: kruto gorivo na re邸etci (ravnoj ili kosoj),
kruto gorivo u fluidiziranom sloju te izgaranje u prostoru
(ugljena pra邸ina, tekue i plinsko gorivo). Prirodna cirkulacija
u generatoru pare ostvaruje se zbog razlike u gustoama
vode i vodene pare. Silazne cijevi upravo zbog toga nisu
grijane tako da se lak邸e uspostavi cirkulacija. Temelji
hidrodinamike, toplija voda e strujati prema gore dok e se
hladna voda kretati prema dolje. Kada ne mo転emo osigurati
uvijete za prirodnu cirkulaciju koristimo razliite pumpe kako
bismo osigurali nesmetanu cirkulaciju. Takvi generatori se
nazivaju La Mont generatori pare.
19. Posebni generatori pare
sa savinutim cijevima
Posebni generatori pare iz ove skupine su protoni
generatori pare s prisilnom cirkulacijom. Ovakvi generatori
grade se za najvea postrojenja sa najveim protocima,
nadkritinim tlakovima i nadkritinim temperaturama. Ovakvi
generatori mogu proizvoditi oko 2500 t/h pare, temperature
od oko 600 C. Ovakav generator mo転emo zamisliti kao cijev
u kojoj se voda zagrijava, isparava te ta vodena para
pregrijava. Veliki nedostatak kod protonih generatora pare
je nemogunost rada pri malim optereenjima jer se javlja
mogunost pregaranja cijevi.
20. Dijelovi ugraeni u
generatore pare
Postoje postupci i dijelovi, koji se ugrauju u generator pare
kako bismo osigurali veu iskoristivost i poveanje snage, a
to su pregrija pare, meupregrijai, ekonomajzerske
povr邸ine, zagrijai zraka, kondenzator, rashladni toranj...
21. Pregrija pare
Kako bismo poveali stupanj iskoristivosti itavog procesa
koristimo pregrija pare. To ima utjecaj i na samu tehnologiju
izrade s obzirom da para nema kapljica vode u sebi pa je
manje korozivna i erozivna. Kod dana邸njih termoelektrana
pregrijana para je imperativ zbog strogo odreenih zahtjeva
za parametre pare na ulazu u turbinu. Prijelaz topline mo転e
biti konventivan ili putem zraenja. U praksi se uvijek koristi
mje邸avina ova dva navedena.
22. Meupregrija
Kod ugradnje meupregrijaa moramo imati na raspolaganju
i turbinu podijeljenu na visokotlani i niskotlani dio. Para
ekspandira u visokotlanom dijelu turbine do tlaka
meupregrijanja te se nakon toga vraa u generator pare. U
generatoru pare se jo邸 jednom zagrijava, naje邸e ponovno
na temperaturu svje転e pare, te se odvodi u niskotlani dio
turbine. Tu para ponovno ekspandira stvarajui koristan rad.
Kao i kod pregrijaa, kod ugradnje meupregrijaa poveava
se ukupan stupanj iskoristivosti postrojenja. Smanjujemo
vla転nost pare 邸to je izuzetno bitno za dugovjenost turbine.
Smanjujemo veliinu kondenzatora, gorionika i samog
generatora pare. Negativna strana je poveanje cijene
turbine, ali i poveanje ukupnih investicijskih tro邸kova.
23. Ekonomajzerske
povr邸ine
Ekonomajzerske povr邸ine smje邸taju se u stra転nji dio
generatora pare tako da se iskori邸tava dio topline koja bi se
inae ispustila u okoli邸. Time ujedno i smanjujemo
temperaturu dimnih plinova. Na ekonomajzerskim
povr邸inama zagrijavamo napojnu vodu i zrak. U zagrijaima
napojne vode se voda u pravilu zagrijava ispod temperature
zasienja jer u suprotnom nastaje vodena para 邸to mo転e
izazvati o邸teenja u obliku kavitacije. Za svoj rad zagrijai
vode tro邸e relativno malo energije te zauzimaju malo
prostora. Ukoliko imamo zagrijae vode br転e emo pustiti
generator pare u pogon te emo smanjiti optereenje
ogrjevnih povr邸ina.
24. Zagrijai zraka
Posljednji u generatoru pare su zagrijai zraka koji su ujedno
smje邸teni iza zagrijaa napojne vode. Po邸to rade na manjim
tlakovima, za razliku od zagrijaa vode, manji su svojom
konstrukcijom. Zrak zagrijavamo zbog podizanja stupnja
iskoristivosti, su邸enja goriva i pobolj邸anja izgaranja. Preko
70% svih zagrijaa zraka su rotacioni zagrijai sastavljani od
limenih saa koje se griju dimnim plinovima a hlade zrakom.
25. Rashladni tornjevi
U nekim velikim termoelektranama postoje veliki hiperboliki dimnjaci poput struktura, koji
oslobaaju otpadnu toplinu u ambijent atmosfere isparavanjem vode, a nazivaju se rashladni
tornjevi . Rafinerije petroleja, petrokemijska postrojenja, geotermalna postrojenja koriste
ventilatore kako bi omoguila kretanje zraka prema gore kroz vodu koja se dolazi u smjeru
prema dolje i nemaju hiperbolinu konstrukciju nalik dimnjacima. Inducirani ili tlani rashladni
tornjevi su pravokutne konstrukcije nalik kutiji, ispunjene s materijalima koji pojaavaju
dodirivanje zraka koji struji u vis i vodu koja tee prema dolje. U pustinjskim podrujima
rashladni toranj mogao bi biti neizbje転an od kada e tro邸ak ureivanja vode za hladno
isparavanje biti zabranjen. Ovi imaju ni転u efikasnost i vi邸u energetsku potro邸nju u
ventilatorima od mokrih i isparavajuih rashladnih tornjeva. Tvrtke za elektriku preferiraju
upotrebljavanje rashladne vode iz oceana, rijeka, jezera, rashladnih umjetnih jezera u
zamjenu za rashladni toranj, na podruju gdje je ekonominije i ambijentalno mogue. Ovaj
tip rashlaivanja mo転e sauvati tro邸ak rashladnog tornja i mo転e imati ni転u energetsku cijenu
za pumpanje rashladne vode kroz izmjenjiva topline postrojenja. Uglavnom, otpadna toplina
mo転e uzrokovati da temperatura vode primjetno poraste. Pogonska postrojenja koja
upotrebljavaju prirodne sastojke vode za rashlaivanje, moraju biti konstruirana da preduhitre
ulazak organizama u rashladni krug, inae e se stvoriti organizmi koji se prilagoavaju
toplijim vodenim postrojenjima i utjeu tako da nanesu 邸tetu ako se postrojenje ugasi za
hladna vremena.
27. Utjecaj termoelektrana
na okoli邸
Danas je sve manje termoelektrana budui da su veliki onei邸ivai prirode. Kod
termoelektrana dva su osnovna uinka koji utjeu na onei邸enje okoli邸a. Prvi i
osnovni je uinak koji nastaje zbog izgaranja fosilnih goriva. Drugi i manje bitni
jest toplinsko onei邸enje rijeka ili jezera. Mi emo se o ovom poglavlju baviti
samo ovim prvim, odnosno onei邸enjem uslijed izgaranja fosilnog goriva.
Izgaranje je proces u kojem se kemijska energija sadr転ana u gorivu transformira
u unutra邸nju energiju koja se opet dalje iskori邸tava u raznim procesima. Kod
izgaranja u atmosferu se ispu邸taju plinovi kao 邸to su CO, voda, NOx, razliiti
ugljikovodici,... Od svih navedenih ugljik dioksid i voda nisu direktno otrovni za
ljude. No oni izravno utjeu svojom koncentracijom na zagrijavanje atmosfere
(apsorpcija toplinskog zraenja u atmosferi). Vrsta i sastav plinova nastalih
uslijed izgaranja ovisi o sastavu goriva koje izgara u procesu. Elementi koji ine
veinu fosilnih goriva su ugljik, vodik i sumpor. Ugljik mo転e izgarati potpuno i
djelomino. U potpunom izgaranju imamo CO2 kao produkt dok kod djelominog
izgaranja kao produkt imamo CO. Upravo zbog toga vei udio CO imamo u
termoelektranama na ugljen jer je te転e osigurati kvalitetno mije邸anje goriva i
zraka.
28. Izgaranjem vodika dobivamo vodu, a izgaranjem sumpora SO2. Kod
izgaranja te転imo 邸to potpunijem izgaranju. Da bismo to ostvarili cilj je
imati 邸to bolje mije邸anje zraka i goriva. Naravno da je to
najjednostavnije ostvariti kod plinskih goriva, a najte転e kod krutog. Za
izgaranje potrebno je osigurati minimalnu koliinu zraka. O koliini
sumpora u produktima izgaranja najvi邸e ovisi udio sumpora u samom
gorivu. Dakle te転imo ugljenu i nafti sa 邸to manje sumpora. Kod du邸ika
i njegovih oksida gorivo ne utjee toliko na produkciju NOx-a. Isto
tako treba spomenuti i izuzetno veliku koliinu pepela kojeg jedna
prosjena termoelektrana izbaci u okoli邸. U svrhu za邸tite okoli邸a u
posljednjih desetak godina donijelo se mno邸tvo zakona i odredaba
koje bi trebale pridonijeti smanjenju zagaenja okoli邸a iz
termoelektrana. Jedan od glavnih parametara je kontrola i smanjenje
sumpornih oksida. Postupak odsumporavanja mo転e se vr邸iti tako da
se odvaja ve iz goriva ili iz produkata izgaranja. Vei efekt se posti転e
ukoliko sumporove okside uklanjamo iz produkata izgaranja. Ovakvi
postupci zahtijevaju dodatna ulaganja koja poskupljuju i krajnju cijenu
elektrine energije. Du邸ikove spojeve je najjednostavnije reducirati
stupnjevanim izgaranjem. Na taj nain mo転emo smanjiti emisiju
du邸inih oksida za oko 50%.
