Curs 003 - EGCE - Centrale Termoelectrice

Conversia energiei �i energetic� general� Curs 3. – Centrale termoelectrice

1/20

CURS 3. CENTRALE TERMOELECTRICE

3.1. Generalit��i

Clasificarea centralelor electrice Cele mai reprezentative criterii de clasificare a centralele electrice sunt:

A. Dup� felul energiei primare: ��cu combustibili organici: CTE – centrale termoelectrice; CET – centrale electrice de

termoficare; CDE – centrale cu motoare Diesel; CTG – centrale cu turbine cu gaze; GMHD – centrale cu generatoare magnetohidrodinamice;

��cu combustibili nucleari: CNE – centrale nuclearo-electrice; ��cu energie hidraulic�: CHE – centrale hidroelectrice; CMM – centrale mareo-motrice; ��cu energie eolian�: CEE – centrale electrice eoliene; ��cu energie termic� a scoar�ei terestre a m�rilor �i oceanelor: (CGTE – centrale

geotermoelectrice, etc.); ��cu energie solar�: CES – centrale electrice solare.

B. Dup� procesul de transformare al energiei: ��centrale electrice ce folosesc energia termic� pe care o transform� în energie mecanic� �i

apoi în energie electric�: CTE, CET, CTG, CDE, CNE, CES. ��centrale electrice care folosesc energia termic� pe care o transform� direct în energie

electric�: GMHD, generatoarele termoelectrice, etc. ��centrale electrice care folosesc energia mecanic� primar� pe care o transform� în energie

mecanic� �i apoi în energie electric�: CHE, CMM, CEE; ��centrale electrice care folosesc energia termic� primar� pe care o transform� în energie

mecanic� �i apoi în energie electric�: CGTE.

C. Dup� felul energiei pe care o produc: ��centrale electrice care produc numai energie electric�: CTE, CNE, CTG, CDE, CHE,

CMM, etc; ��centrale electrice care produc �i energiei electric� �i termic�: CET, CTG cu termoficare.

D. Dup� modul de participare la acoperirea curbei de sarcin� în sistemul energetic: ��centrale electrice de baz� (durata de utilizare 6000÷7500h/an); ��centrale electrice de semibaz� (4000÷6000h/an); ��centrale electrice de semivârf (2000÷4000h/an); ��centrale electrice de vârf (≤2000h/an).

3.2. Principiul de func�ionare a unei centrale termoelectrice

Centrala termoelectric� cu turbine cu abur converte�te energia chimic� a combustibilului (solid, lichid sau gazos) în energie electric� sau în energie electric� �i termic�. Aceast� transformare energetic� nu este direct� ci presupune un lan� de transform�ri simple (conversie indirect�).

În figura 3.1 este reprezentat� schematic o sec�iune transversal�, printr-o central� termoelectric� cu combustibil solid.

Combustibilul 1 (c�rbunele) adus la central� este stocat (depozitat) în depozitul 4, de unde, prin sta�ia de înc�rcare 2 �i benzile transportoare 3, este trimis spre cazanul de abur 9.

Pentru a înl�tura posibilitatea nealiment�rii cu combustibil prin defectarea benzilor transportoare, se prevede un stoc intermediar de c�rbune în bunc�rul 5.


2/20

Fig. 3.1. Sec�iune simplificat� printr-o central� termoelectric� cu abur, folosind combustibil solid

De aici, cu ajutorul distribuitorului 6, combustibilul se repartizeaz� la morile de c�rbune 7, unde este m�cinat pân� la fine�ea dorit�, fiind apoi insuflat în focarul 8 al cazanului.

Aerul necesar arderii este luat din atmosfer� cu ventilatoarele 14 �i preînc�lzit în preînc�lzitorul 10, dup� care este introdus în focar.

Prin �evile cazanului cu ajutorul pompei de ap� este vehiculat� apa de alimentare care în prealabil a fost tratat�.

În cazanul de abur energia chimic� a combustibilului este convertit� în urma arderii în energie termic� poten�ial� a aburului. Astfel, gazele de ardere rezultate în urma arderii cedeaz� o parte din c�ldura lor apei de alimentare �i apoi sunt trimise la co�ul de fum 13 cu ajutorul ventilatoarelor 12, dup� ce au fost despr�fuite în filtrul 11.

Co�ul de fum trebuie s� aib� o în�l�ime cât mai mare pentru a asigura o dispersie pe o suprafa�� cât mai mare a gazelor de ardere.

Cenu�a �i zgura produse în urma arderii sunt evacuate prin instala�iile 15 �i 16. Agentul termic str�bate �i supraînc�lzitorul de baz� pentru a fi supraînc�lzit, atingând parametrii de admisie în turbin�.

Prin conductele de abur viu, agentul termic este adus la turbina 11 unde are loc destinderea aburului proces teoretic adiabatic, real o transformare politrop�. În turbin� mai exact în ajutajele acesteia are loc conversia energiei termice poten�iale a aburului în energie cinetic�.

În paletele turbinei energia cinetic� a aburului se converte�te în lucru mecanic (energie mecanic� de rota�ie). Turbina este cuplat� cu generatorul electric 22, care transform� energia mecanic� de rota�ie în energie electric�.

Aceasta este transportat� prin barele (bornele electrice) 23, la transformatorul principal (transformatorul de baz�) 25 �i la transformatorul serviciilor interne 24.

Transformatorul de baz� are rolul de a ridica tensiunea de la maxim 24 kV la 110, 220 �i chiar 750 kV în scopul evacu�rii puterii în Sistemul Electroenergetic (SEE). Prin transformatorul de servicii interne sunt alimentate consumatorii interni ai centralei (pompe, ventilatoare, mori de c�rbune, concasoare, etc).

La ie�irea din turbin� trebuie s� avem abur nu amestec abur-vapori de ap�. Existen�a vaporilor de ap� determin� deteriorarea paletelor turbinei care au o tura�ie de 3000 rot/min (50 rot/s).

Agentul termic intr� în condensator unde se condenseaz�, are loc un proces de schimbare de faz� (aburul trece în ap�). Condensul astfel ob�inut este vehiculat cu pompele de condensat 19, prin circuitul termic �i prin cazan. Apa de r�cire necesar� ob�inerii condensului în condensator este r�cit� în turnul ce r�cire 21.

R�cirea apei în turnurile de r�cire se poate realiza fie natural (datorit� curen�ilor de aer) fie for�at (în turnul de r�cire existând un ventilator).

Evolu�ia agentului termic într-o central� termoelectric� se face dup� un ciclu termic închis, numit ciclul Clausius – Rankine (figura 3.2).


3/20

Principalele elementele componente ale unei centrale termoelectrice sunt:

Cazanul de abur C - este un agregat termic care produce abur saturat sau supraînc�lzit consumând combustibil solid, lichid sau gazos.

Suprafe�ele de schimb de c�ldur� ale cazanului din traseul ap�-abur sunt: economizorul, vaporizatorul �i supraînc�lzitorul de abur.

Aceste suprafe�e sunt amplasate în 4 zone de temperatur�, care determin� modul de schimb de c�ldur�:

��zona de radia�ie amplasat� în focar, temperatura gazelor este între 900°C �i 2000°C, prin radia�ie se transfer� peste 90% din c�ldur�;

��zona de semiradia�ie amplasat� la ie�ire din focar, temperatura gazelor este între 700°C �i 1300°C, prin radia�ie se transfer� 60÷70% din c�ldur�;

��zona convectiv� de înalt� temperatur� amplasat� în canalele de gaze dup� zona de semiradia�ie, temperatura gazelor este între 300°C �i 1000°C, 60÷80% din c�ldur� se transfer� prin convec�ie;

��zona convectiv� de joas� temperatur� amplasat� în canalele de gaze la ie�ire din cazan, temperatura gazelor este între 100°C �i 500°C, prin convec�ie se transfer� 90÷95% din c�ldur�. În func�ie de modul de circula�ie al agentului termic prin suprafe�ele de schimb de

c�ldur� ale cazanului deosebim: ��cazane cu circula�ie natural� - (presiune maxim� 140 bar) - sunt cazane la care circula�ia

apei de alimentare se face pe baza diferen�ei de greutate specific� dintre emulsia ap�-abur din �evile vaporizatoare �i apa din �evile coborâtoare. Au fiabilitate ridicat� fiind mai pu�in sensibile la varia�iile de sarcin� �i la varia�iile de calitate ce apar în combustibil.

��cazane cu str�batere (trecere) for�at� – sunt cazane la care circula�ia apei în sistemul vaporizator se face cu ajutorul pompelor de alimentare fiind sensibile la varia�iile de sarcin� cât �i la varia�iile de calitate a combustibilului.

��cazane cu circula�ie for�at� multipl� - sunt cazane la care circula�ia apei în sistemul vaporizator se face cu ajutorul unor pompe speciale.

Natura combustibilului clasific� cazanul astfel: ��cazane cu combustibili gazo�i - se ard gazele naturale, gaze de sond�, gaz de furnal; ��cazane cu combustibili lichizi - combustibilul utilizat este p�cura; ��cazane cu combustibili solizi - c�rbuni inferiori, lignitul �i turba.

SEE

TB

PJP D

C

Sb

PA

PIP

1 •

2 •

4 ∼ G T

5 •

Cd

Pc

6 •

6' •

3 •

Fig. 3.2. Schema simplificat� a unui circuit termic care lucreaz� dup� ciclul Rankine

T [ºC]

s [kJ/kgK]

•

1

2

3 4

5

6

k

6' • • •

•

• •

•

Fig. 3.3. Reprezentarea în diagrama T-s a ciclului Rankine


4/20

Economizorul are rolul de a ridica temperatura apei alimentare pân� aproape de temperatura de satura�ie (în unele cazuri se admite �i o fierbere slab�), sc�zând astfel entalpia gazelor evacuate.

Este amplasat în zona convectiv� de joas� temperatur�. La cazanele mici economizorul reprezint� ultima suprafa�� a cazanului, la cazanele mari, apar�inând grupurilor energetice cu preînc�lzirea regenerativ� a apei de alimentare pân� la 230÷280°C, ele sunt urmate de preînc�lzitoarele de aer.

Ca efect economic, preînc�lzitoarele de aer realizeaz�, pe de-o parte utilizarea mai departe a c�ldurii con�inute în gazele de ardere înaintea evacu�rii la co�, pe de alt� parte, ridicând temperatura de ardere, provoac� o ridicare a nivelului de temperaturi pe întregul traseu al gazelor de ardere. Limita superioar� de preînc�lzire a aerului depinde de tipul combustibilului utilizat pentru ardere, ajungând pân� la 720K în cazul arderii c�rbunilor cu umiditate mare.

Constructiv, economizoarele pot fi din tuburi de font� cu aripioare (la cazane cu presiunea pân� la 3,5 MPa) sau din tuburi netede de o�el.

Vaporizatorul serve�te la transformarea apei în abur. Este amplasat în zonele cu temperaturi înalte. În cazanele cu circula�ie multipl� (cu tambur) vaporizatorul prezint� panouri de ecrane cu �evi verticale amplasate pe pere�ii focarului, unite în partea de sus �i de jos cu colectoare. Diametrul �evilor este de 50÷80 mm. �evile sunt confec�ionate din o�el carbon. De�i se afl� în zona temperaturilor înalte a gazelor, temperatura metalului �evilor este relativ mic�, deoarece datorit� transferului foarte intensiv de c�ldur� la fierbere �evile se r�cesc suficient.

Cazanele cu circula�ie for�at� unic� apa împins� de pompa de alimentare parcurge fascicolul de �evi o singura dat�.

Fig. 3.4. Schema de principiu a circuitului de ap�-abur a generatorului de abur Benson-MAN 1 - economizor; 2 - �evi sus�inere; 3 - supraînc�lzitor convectiv; 4 - supraînc�lzitor intermediar;

5 - supraînc�lzitor de plafon; 6 - �evi colectoare; 7 - supraînc�lzitor intermediar; 8 - supraînc�lzitor final convectiv; 9 - supraînc�lzitor de radia�ie; 10 - supraînc�lzitor semiradiant; 11 - schimb�tor de

c�ldur� biflux; 12 - conduct�; 13 - supraînc�lzitor de radia�ie; 14 - canal prelevare gaze arse; 15 - injector; 16 - vaporizator de radia�ie; 17 - fante arz�tori praf; 18, 19 - vaporizator de radia�ie;

20 - separator de pic�turi; 21 - injec�ie ap�


5/20

Vaporizarea apei, uscarea aburului �i supraînc�lzirea se face de-a lungul �evilor pe care apa le str�bate. Aceste tipuri de cazane nu dispun de un singur punct fix de schimbare de faz�.

Acesta se deplaseaz� în lungul suprafe�ei de transfer de c�ldur� a cazanului în func�ie de sarcin�. Cazanele poart� denumirea de Benson (Germania), respectiv Ramzin (Rusia).

Cel mai bun combustibil solid e huila energetic�. La arderea combustibilului solid se folose�te, în general un combustibil de aport (gaze naturale sau p�cur�).

Supraînc�lzitor de abur (de baz� Sb) - are func�ia de a ridica temperatura aburului ob�inut în vaporizator. În cazanele energetice acest lucru se face cu scopul de a m�ri randamentul termic al ciclului termic. Turbin� de abur T - este o ma�in� de for��, motoare, care transform� energia intern� a aburului (energia termic� poten�ial� a aburului) în energie mecanic� prin intermediul unor palete aflate în mi�care de rota�ie.

Transformarea are loc în dou� etape: în prima etap� are loc transformarea energia termic� poten�ial� a aburului în energie cinetic� în stator, iar în cea de-a doua etap� transformarea energiei cinetice a jetului de abur în energie mecanic� de rota�ie în rotorul turbinei.

Aceste dou� transform�ri se produc în dou� elemente separate: ��ajutaje sau palete fixe care, împreun� cu carcasa, organele de fixare, sus�inere �i

asamblare formeaz� statorul turbinei; ��palete solidare cu arborele, cu care execut� o mi�care de rota�ie în jurul unui ax, formând

rotorul turbinei. Ansamblul format din sistemul de ajutaje �i discul paletat formeaz� treapta

turbinei. Treapta în care destinderea aburului �i transformarea energiei lui interne în energie cinetic� are loc integral în sistemul de ajutaje se nume�te treapt� cu ac�iune (turbine cu ac�iune), treapta în care acest proces se petrece par�ial �i în discul paletat al rotorului se nume�te treapt� cu reac�iune (turbine cu reac�iune).

Fig. 3.5. Schema treptei active a unei turbine:

1 - arbore; 2 - disc; 3 - palete; 4 - ajutaj; 5 - racord de evacuare

Organele instala�iilor de turbine pot fi împ�r�ite în trei grupe: ��rotorul: palete, discuri, tambur, arbore, cupl�, viror; ��statorul: ajutaje, diafragme, carcas�, plac� de baz�, lag�re; ��instala�ii auxiliare: instala�ie de condensare, sistem de reglare �i protec�ie, circuit de ulei,

aparate de m�sur� �i control.

Virorul este un dispozitiv de învârtire a rotorului în timpul r�cirii sau înc�lzirii pentru a asigura uniformitatea acestor procese pe tot corpul turbinei.

Placa de baz� se fixeaz� pe funda�ie �i se execut� din font� turnat� sau sudat� din o�el. În cele mai frecvente cazuri turbina �i generatorul electric se instaleaz� pe una �i aceea�i plac�.


6/20

Fig. 3.6. Sec�iunea turbinei de 50 MW 1 �i 14 - etan��ri în labirint; 2 - plac� de baz�; 3 - angrenaj cu arborele regulatorului;

4 �i 11 – lag�re; 5 - prima treapt� a turbinei; 6 – supape; 7 - arbore de distribu�ie al ventilului turbinei; 8 - cutie cu supape; 9 – carcas�; 10 - arbore cu discuri fretate; 12 – viror; 13 - cuplaj elastic

Circuitul de ulei are func�iile de ungere �i r�cire a lag�relor, angrenajelor cu ro�i din�ate �i a cuplajelor cu din�i. În afar� de pompe de ulei, rezervoare �i conducte sistemele con�in r�citoare de ulei, filtre.

Destina�ia sistemelor de reglare este asigurarea cantit��ii �i calit��ii energiei livrate. Dup� natura m�rimilor reglate deosebesc regulatoarele urm�toare:

��regulatoare de tura�ie; ��regulatoare de debit; ��regulatoare de presiune.

Regulatoarele automate de tura�ie au ca scop men�inerea constant� a tura�iei turbinei �i,

prin urmare, a frecven�ei curentului electric. În afar� de sistemul de reglare turbinele mai sunt dotate cu unul sau mai multe sisteme de

protec�ie. Cel mai întrebuin�at sistem de protec�ie este limitatorul de tura�ie, care ac�ioneaz� asupra unui ventil rapid de închidere a aburului la dep��irea tura�iei a unei limite stabilite.

Exist� turbine care folosesc �i alte fluide purt�toare de energie termic�: gaze de ardere, vapori de mercur, aer cald, fluide frigorifice.

Turbinele de abur se pot clasifica dup� urm�toarele criterii:

A. Dup� modul de producere al for�ei: a. cu ac�iune - destinderea aburului numai în ajutajele fixate de carcas�; b. cu reac�iune - destinderea aburului în ajutaje (paletele fixe) cât �i în palete rotorului.

B. În func�ie de parametrii a aburului viu: a. cu abur saturat - de exemplu în centrale nucleare; b. cu abur supraînc�lzit - de exemplu în centralele termoelectrice.


7/20

C. Presiunea aburului ie�it din turbin� �i modul de utilizare: a. cu condensa�ie:

a.1. f�r� prize; a.2. prize fixe sau reglabile.

b. contrapresiune: b.1. de termoficare - aburul ie�it din turbin� trimis la condensator; b.2. înainta�e - aburul ie�it din turbina înainta�e e folosit de o alt� turbin�.

Generator electric G - are rolul de a converti energia mecanic� de rota�ie (lucrul mecanic) produs� de turbin� în energie electric�.

Transformator de bloc TB - are rolul de a cre�te tensiunea de la bornele generatorului (maxim 24 kV) la 110kV, 220kV în scopul evacu�ri puterii din central�.

Condensatorul Cd - sursa rece a ciclului termic - este un schimb�tor de c�ldur� de suprafa�� în care se realiz� procesul de schimbare de faz� numit condensare, adic� trecerea agentului termic din faz� gazoas� (abur) în faz� lichid� (ap�). În centralele electrice din �ara noastr�, condensatoarele sunt de suprafa�� i lichidul de r�cire este apa. Constructiv condensatoarele r�cite cu ap� sunt realizate din �evi drepte, paralele �i orizontale fixate prin mandrinare în dou� pl�ci tubulare.

Pompa de condens Pc – asigur� extrac�ia continu� a condensului din condensator men�inând în acela�i timp nivelul corespunz�tor al apei în condensator �i degazor. Din punct de vedere constructiv pompa de condens este o pomp� multietajat�, amplasat� sub nivelul apei din condensator deoarece preia apa la temperatura de satura�ie.

Degazorul D – este un schimb�tor de c�ldur� de amestec care elimin� gazele prezente în condens (aerul �i oxigenul) care pot determina coroziunea echipamentelor din central�. Eficien�a degaz�rii termice depinde de temperatura apei de alimentare. Plasarea degazorului este la mijlocul circuitului de preînc�lzire regenerativ� înainte de pompa de alimentare într-o zon� unde apa de alimentare are presiunea de 5 pân� la 10 bari.

Pompa de alimentare PA - asigur� alimentarea continu� a cazanului de abur cu ap� de alimentare la presiune corespunz�toare func�ion�rii circuitului termic. De func�ionarea pompei de alimentare depinde func�ionarea întregului bloc.

Variantele uzuale de antrenare a pompei de alimentare sunt: ��cu ajutorul unui motor electric (electropomp� de alimentare - EPA); ��cu ajutorul unei turbine cu abur alimentate de la o priz� a turbinei principale (turbopomp�

de alimentare – TPA).

În general, pentru puteri sub 250÷300 MW se utilizeaz� EPA, iar peste TPA. Progresele înregistrate în domeniul motoarelor electrice au favorizat îns� utilizarea EPA �i la puteri de peste 300 MW. În tipul exploat�rii, este necesar ca pompele de alimentare s� poat� func�iona în regim variabil. La blocurile de putere mare, puterea se modific� prin varia�ia tura�iei pompelor ac�ionate electric �i/sau prin varia�ia debitului de abur la turbina de antrenare a pompei.

Principalele transform�ri termodinamice care au loc într-o central� termoelectric� (prezentate în figura 3.3) sunt:

Transformarea 1-2 - procesul are loc în PA unde apa se înc�lze�te u�or cu 5-10°C înainte de a fi introdus� în cazan.

Transformarea 2-3- înc�lzirea izobar� a agentului termic la presiune constant� pân� atinge starea de satura�ie în economizor.

Transformarea 3-4 - vaporizarea izobar� – izoterm� a apei saturate, proces ce are loc în sistem vaporizator al cazanului. Cum vaporizarea este un proces cu schimb de faz� transformarea 3-4 se produce la temperatur� �i presiune constant�. În punctul 4 se atinge starea vaporilor satura�i usca�i.

Transformarea 4-5 - supraînc�lzirea izobar� a aburului în supraînc�lzitorul de baz� al cazanului, proces ce are loc la presiune constant� pân� în momentul în care se ating parametrii de admisie ai aburului în turbin�.


8/20

Transformarea 5-6 - destinderea aburului în turbin� (proces considerat teoretic o transformare adiabat�, iar real o transformare politrop�). Aburul se destinde pân� la parametrii de admisie în condensator.

Transformarea 6-6' - condensarea aburului în condensator. Punctul 6 se afl� situat în zona amestecului vaporilor umezi, deci titlul termodinamic caracteristic acestui punct are o valoare subunitar� x6<1 (0,88÷0,92).

Transformarea 6’-1 – cre�terea presiunii agentului termic, proces care are loc în pompa de condensat. Reprezentarea ciclului Clausius – Rankine în diagrama i-s este dat� în figura 3.7.

3.3. Principalele circuite existente într-o central� termoelectric� cu abur

Circuitele dintr-o central� termoelectric� (prezentate în figura 3.8) sunt: 1. Circuitul de combustibil

Este un flux de material a c�rui m�rime este dictat� de puterea instalat� a centralei �i de calitatea combustibilului. Cu cât combustibilul este de calitate mai proast�, cu atât cresc cantit��ile necesare func�ion�rii centralei. În acest caz, pentru a diminua cheltuielile necesare pentru transportul combustibilului, se recomand� ca centrala sa fie amplasat� cât mai aproape de sursa de energie primar�.

Circuitul de combustibil depinde de natura combustibilului folosit: c�rbune, p�cur� sau gaz metan. În cazul combustibilului solid (c�rbune) circuitul con�ine o sta�ie de desc�rcare, un sistem de benzi transportoare, o sta�ie de concasare, un depozit de combustibil �i bunc�rul din sala cazanului. În cazul combustibililor lichizi (p�cura) exist� o ramp� de desc�rcare �i rezervoare de combustibil. În rezervoarele de combustibil lichid se g�sesc serpentine prin care se introduce abur, împiedicând astfel înghe�ul. Gazul metan este folosit drept combustibil existând în cicuit o sta�ie de reducere �i distribu�ie.

În cazul combustibilului lichid �i, mai ales, gazos, instala�ia pentru evacuarea cenu�ii �i zgurii lipse�te. În general în cazul centralelor de baz� pe lignit, p�cura �i gazul metan se folosesc la pornirea cazanului �i ca suport de flac�r�.

2. Circuitul de aer necesar arderii Aerul necesar arderii este preluat din exteriorul sau din interiorul cl�dirii în care se afl�

instalat cazanul de abur cu ajutorul ventilatoarelor de aer (VA).

3. Circuitul gazelor de ardere În urma arderii combustibililor rezult� o serie de gaze în func�ie de compozi�ia chimic� a

combustibilului. Ardere este complet� dac� rezult� numai CO2.

i [kJ/kg]

s [kJ/kgK]

•

•

•

• •

•

•

1 2

3

4

5

6

6’

k •

Fig. 3.7. Reprezentarea în diagrama i-s a ciclului Rankine


9/20

În realitate rezult� �i CO (ardere chimic incomplet� datorit� surplusului sau lipsei de aer), SO2 (deoarece combustibilul con�ine sulf), NOx (aerul con�ine 79% azot) �i H2O (deoarece combustibilul con�ine hidrogen �i umiditate).

Pentru a asigura o dispersie pe o suprafa�� cât mai mare a gazelor de ardere �i tiraj natural cât mai bun (determin� o reducere a puterii ventilatoarelor de gaze arse) co�ul de fum trebuie s� aib� o în�l�ime corespunz�toare în func�ie �i de puterea centralei termoelectrice.

Gazele rezultate în urma arderii sunt supuse unui proces de filtrare, desulfurare cu piatr� de var (calcar) �i denoxare cu amoniac.

Temperatura gazelor de ardere la baza co�ului nu trebuie s� fie mai mic� decât temperatura punctului de rou�, deoarece condensul intr� în reac�ie cu gazele de ardere (SO2) �i rezult� acizi (de exemplu acid sulfuric) care corodeaz� c�ile de fum. De asemenea aceste gaze pot genera ploi acide.

Fig. 3.8. Principalele circuite dintr-o central�

4. Circuitul de evacuare a zguri �i cenu�ii

Cantitatea de zgur� �i cenu��, rezultat� în urma arderii este propor�ional� cu cantitatea de c�rbune folosit�. În cazul în care cantitatea de zgur� �i cenu�� care trebuie evacuat� din central� dep��e�te 2,5 t/h, eliminarea ei trebuie s� se fac� mecanic.

Evacuarea zgurii �i cenu�ii se poate realiza în dou� moduri: evacuare umed� �i evacuare uscat�. În cazul evacu�rii umede zgura extras� de sub focarul cazanului este r�cit� cu ap�, concasat� �i evacuat� la sala cazanelor în stare umed�. Cenu�a �i zgura sunt antrenate prin injec�ii de ap�, raportul dintre cantitatea de ap� de sp�lare folosit� �i materialul antrenat fiind de 6:1 pân� la 10:1. Canalele de zgur� �i cenu�� au pante minime de 1% �i sunt c�ptu�ite cu materiale rezistente la eroziune �i coroziune.

De-a lungul acestor canale, continu� s� se injecteze din loc în loc ap� de antrenare. Din bazinul care colecteaz� întreg noroiul, materialul este evacuat spre depozit fie cu ajutorul unor pompe speciale de noroi (pompe Bagger) fie cu ajutorul unor hidroejectoare. În momentul de fa�� se utilizeaz� cu prec�dere pompele Bagger.


10/20

În func�ionare, acestea au o uzur� rapid� a rotoarelor, având în vedere caracteristicile abrazive ale fluidului pompat. În cazul când este lips� mare de ap�, sistemul hidraulic de transport poate lucra în circuit închis, refolosind o parte din ap� dup� ce a fost decantat�.

În cazul evacu�rii uscate avantajele sunt: ��pericol mai redus de înfundare; ��bun� etan�eitate; ��posibilitate de valorificare multipl� a cenu�ii.

Evacuare uscat� este îns� în general mai scump� �i instala�ia are uzuri acentuate. Transportul propriu-zis poate fi f�cut în urm�toarele moduri:

��în plan orizontal: prin transportoare cu melc sau prin jgheaburi cu pat fluidizat, în amestec cu aerul;

��în plan vertical: prin elevatoare cu cupe sau prin amestec cu aerul prin pompare.

Zgura provenit� de la cazanele de abur poate fi folosit� ca material de construc�ie cu greutate specific� redus� �i bune propriet��i de izolare termic�, pentru c�r�mizi. Cenu�a colectat� poate avea multiple folosin�e: material de adaos pentru unele sorturi de ciment; material cu propriet��i hidrofuge pentru izolare în strat sau ca adaos pe suprafa�a cartonului asfaltat, etc. Valorificare zgurii �i cenu�ii nu trebuie urm�rit� în principal ca mijloc de reducere a costului energiei electrice ci ca o cale de limitare a volumului depozitelor de cenu��.

5. Circuitul termic

Circuitul termic (descris în detaliu în paragraful 3.2) este un circuit închis, caracterizat de varia�iile mari ale volumului specific, pe traseul agentului termic. Aburul supraînc�lzit ie�it din cazan se destinde în turbin� (producând lucru mecanic) pân� la presiunea subatmosferic� de condensare. Tot de-a lungul acestui circuit se realizeaz� �i preînc�lzirea agentului termic �i degazarea (eliminarea oxigenului �i aerului).

6. Circuitul de ap� de r�cire

Acest circuit asigur� desc�rcarea energetic� a condensatorului. Aburul destins în turbin� se transform� printr-un proces de schimbare de faz� numit condensare, în ap�. Circuitul de r�cire se poate fi:

��în circuit deschis: apa este preluat� de la o anumit� surs� (râu, fluviu), �i este vehiculat� prin condensator. Gradientul de temperatur� al apei de r�cire între aval �i amonte de central� nu trebuie s� dep��easc� 5ºC. Apar probleme datorit� varia�iei de temperatur� de la un anotimp la altul;

��în circuit închis: în care apa de r�cire dup� ce se înc�lze�te în condensator este trimis� la un turn de r�cire. Trebuie avut în vedere compensarea pierderilor datorit� evapor�rii apei de r�cire (mai ales în sezonul cald);

��în circuit mixt. 7. Circuitul de termoficare

Apare sub forma unor trasee de abur sau de ap� fierbinte c�tre consumatorii de c�ldur� din jurul centralelor de termoficare, �i a unor conducte de condensat sau ap� prin care agentul termic se întoarce de la consumatori.

8. Circuitul apei de adaos Deoarece în circuitul termic apar pierderi este necesar un debit de ap� de adaos care

depinde de felul centralei termoelectrice. La centralele de pur� condensa�ie, acest debit reprezint� 1,5÷3% din debitul de fluid principal, la centralele de termoficare, acesta depinde de cantitatea de condens pe care o restituie consumatorii de c�ldur� �i are valori de ordinul 30÷40% din debitul de abur produs de cazane. Apa nu se g�se�te niciodat� în stare pur�, având o serie de impurit��i în suspensie sau dizolvate.


11/20

Aceste impurit��i se pot depune pe pere�ii conductelor reducând sec�iunea de trecere �i înr�ut��ind transferul de c�ldur�.

Tratarea fizic� are loc prin trei procedee: decantare, filtrare �i coagulare-filtrare. Pentru coagulare se folose�te sulfatul de aluminiu, sulfatul feric sau clorura feric�. Ca material filtrant se folose�te cuar� granulat, marmur� granulat�, dolomit� sau c�rbune antracit.

Uleiul se re�ine de asemenea prin procedee mecanice: decantare, filtrare, etc. Dar �i prin metode chimice, de exemplu sulfatul de aluminiu asigur� �i re�inerea uleiului din ap�. Tratarea chimic� implic� mai multe grade de realizare:

��dedurizare, adic� reducerea durit��ii f�r� modificarea con�inutului total de s�ruri; ��demineralizare par�ial�, adic� reducerea con�inutului de s�ruri în paralel cu dedurizarea; ��demineralizarea total�, realizând practic ap� chimic pur�.

Se utilizeaz� urm�torii reactivi: hidroxid de calciu (var) �i hidroxid de sodiu (soda caustic�). Exist� �i procedee fizico-chimice de dedurizare a apei, bazate pe utilizarea unor mase ionice. Acestea sunt formate din r��ini sintetice sau c�rbune, având fixate grupele de cationi Na+ sau H+ sau anioni OH- sau Cl-.

Apa trebuie s� fie în prealabil limpezit�, filtrat� �i s� con�in� o cantitate mic� de impurit��i organice pentru a nu bloca porii maselor ionice. Filtrele ionice sunt instala�ii cu func�ionare discontinu� care se supun periodic unor ac�iunii de regenerare.

9. Circuitul de evacuare a puterii Reprezint� calea de evacuare a energiei electrice produse �i este unul din elementele de baz� care determin� locul de amplasare a unei centrale electrice, influen�ând direct num�rul �i direc�ia liniilor electrice. Deoarece tensiunea la bornele generatoarelor este între 6÷24kV, curen�ii la care trebuie evacuat� puterea ating valori ridicate. Pentru a preîntâmpina acest neajuns tensiunea se cre�te la 110kV, 220kV, 400kV, 750kV cu ajutorul transformatoarelor ridic�toare.

10. Circuitul serviciilor interne Reprezint� fluxul de energie necesar pentru antrenarea tuturor consumatorilor interni ai

centralei electrice. La centralele termoelectrice acest flux variaz� în limite largi depinzând în principal de felul combustibilului, de parametrii ini�iali �i de prezen�a termofic�rii.

Instala�iile necesare pentru func�ionarea unei centrale termoelectrice se pot divide, dup� aceste fluxuri în urm�toarele grupe func�ionale:

I. Instala�ii pentru manipularea combustibilului �i evacuarea zgurii �i a cenu�ii. II. Instala�ii pentru producerea aburului (instala�ia cazanului). III. Instala�ia de producere a energiei electrice (grupul turbogenerator). IV. Instala�ia aferent� circuitului termic. V. Instala�ii de condensare �i de r�cire. VI. Instala�ii pentru tratarea apei. VI. Instala�ii electrice (pentru livrarea energiei electrice). VIII. Instala�ii pentru livrarea c�ldurii.

3.4. Randamentul termic �i randamentul global al unei centrale termoelectrice

a. Randamentul termic al unei centrale termoelectrice se poate calcula cu rela�ia:

1

2

1

21

1

1Q

Q

Q

QQ

QL

t −=−

==η (3.1)

L - lucrul mecanic produs de turbin�: ( )65, iiDL iab −⋅= [kW] sau [kJ/s];

Q1 - cantitatea de c�ldur� introdus� în ciclul Clausius Rankine: ( )25,1 iiDQ iab −⋅= [kW] sau [kJ/s];


12/20

Q2 - cantitatea de c�ldur� pierdut� la condensator: ( )'66,2 iiDQ cdab −⋅= [kW] sau [kJ/s]. deci:

( )( ) 25

65

25ab

65abt ii

iiiiDiiD

−−

=−⋅−⋅

=η (3.2)

b. Randamentul global al unei CTE se determin� cu rela�ia:

��

��

�

+⋅⋅⋅⋅⋅⋅=

εηηηηηηη

100100

TBGmectcondcazglobal (3.3)

ηglobal - randamentul global al centralei termoelectrice; ηcaz - randamentul cazanului (0,80÷0,88); ηcond - randamentul conductelor (0,98÷0,99); ηt - randamentul termic (0,25÷0,45); ηmec - randamentul mecanic (0,985÷0,99); ηG - randamentul generatorului (0,99÷0,995); ηTB - randamentul transformatorului (0,99÷0,995); ε - consumul serviciilor interne 8%÷10 (16)% - depinde de tipul centralei �i tipul

combustibilului.

Principala cauz� a valorii sc�zute a randamentului global este randamentul ciclului termic care r�mâne întotdeauna prin îns��i principiul de func�ionare al centralei termoelectrice la valori sc�zute. Este evident c� pentru îmbun�t��irea randamentului global trebuie c�utate metodele de cre�tere a randamentului termic.

3.5. Metode de îmbun�t��ire a randamentului termic Metodele de cre�tere a randamentului vizeaz� fie cre�terea cantit��ii de c�ldur� intrat� în

circuit Q1, fie sc�derea cantit��ii de c�ldur� evacuat� la condensator Q2. Cele mai utilizate metode sunt:

I. Cre�terea parametrilor ini�iali a. Cre�terea presiunii de admisie a aburului în turbin� Una dintre cele mai importante metode de ridicare a randamentului ciclului termic o

constituie cre�terea presiunii ini�iale a ciclului. Prin cre�terea presiunii ini�iale, cu men�inerea temperaturii de supraînc�lzire la o valoare constant�, se modific� (cre�te) nivelul temperaturii de satura�ie. Astfel, curba reprezentat� în diagrama T-s devine 1, 2', 3', 4', 5', 6', 1, descriind o arie util� mai mare, fa�� de curba 1, 2, 3, 4, 5, 6 (figura 3.9). O alt� consecin�� direct� a cre�terii presiunii ini�iale a ciclului o constituie m�rirea umidit��ii finale a aburului la ie�irea din turbin� (punctul 6'). Acest lucru are un efect dublu: conduce la mic�orarea randamentului intern al ultimelor trepte ale turbinei �i determin� apari�ia eroziuni rapide ale paletelor acestor trepte datorit� cre�terea umidit��ii (prezen�ei pic�turilor de ap�).

Practic s-a constatat c� umiditatea final� în ultimele trepte ale turbinei nu poate dep��i 12÷14%. De asemenea, cre�terea presiunii aburului viu necesit� un consum suplimentar de energie pentru pomparea apei de alimentare. Aceast� metod� de îmbun�t��ire, determin� cre�terea consumului pompei de alimentare �i costul conductelor de alimentare cu ap� a cazanului �i acesta datorit� faptului c� trebuie m�rit� grosimea �evilor dac� se p�streaz� acela�i diametru. În cazul utiliz�rii unor o�eluri feritice obi�nuite presiunea maxim� este de 200 bar. Introducerea unor o�eluri puternic aliate de tip feritic/martenstitic sau austenitic determin� cre�terea presiunii peste 300 bar.

��ciclul ini�ial 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1; ��ciclul îmbun�t��it 1, 2' , 3', 4' ,5', 6' ,1.


13/20

ηt init = ),,,6,5,4,3,2,1,(

)1,6,5,4,3,2,1(abaaria

aria= =

1QL

)ii(D)ii(D

25ab

65ab

−⋅−⋅

ηtînb = )a,'b,'6,'5,'4,'3,'2,1,a(aria

)1,'6,'5,'4,'3,'2,1(aria=

)ii(D)ii(D

'2'5ab

'6'5ab

−⋅−⋅

Fig. 3.9. Cre�terea presiunii de admisie a aburului în turbin�

b. Cre�terea temperaturii aburului viu Prin cre�terea temperaturii aburului viu la presiune constant�, entalpia aburului se m�re�te, iar suprafa�a util� a ciclului cre�te de la 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1, la 1, 2, 3, 4, 5', 6', 1 (figura 3.10). Contrar situa�iei întâlnite la cre�terea presiunii ini�iale, ridicarea temperaturii aburului viu conduce la reducerea umidit��ii finale �i la îmbun�t��irea randamentului intern al turbinei datorit� cre�terii titlului final. Dezavantajul acestei metode const� în necesitatea confec�ion�rii suprafe�elor de înc�lzire ale cazanelor, conductelor �i unor p�r�i ale turbinelor din metale refractare, care sunt scumpe ca atare �i cer cheltuieli mari la prelucrare.

Astfel se impune necesitatea folosirii o�elurilor de înalt� temperatur� �i de costul ridicat al conductelor, domeniul de temperatur� uzual folosit este 540÷570°C. Pentru o�eluri puternic aliate de tip austenitic temperatura poate ajunge �i pân� la 600ºC.

��ciclul ini�ial 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1; ��ciclul îmbun�t��it 1, 2, 3, 4, 5', 6', 1.

ηtci =)a,b,6,5,4,3,2,1,a(aria

)6,5,4,3,2,1(aria=

)ii(D)ii(D

25ab

65ab

−⋅−⋅

ηtînb=)ii(D)ii(D

)a,'b,'6,'5,4,3,2,1,a(aria)'6,'5,4,3,2,1(aria

2'5ab

'6'5ab

−−=

Din analiza separat� a metodelor bazate pe cre�terea parametrilor aburului viu ai ciclului se observ� c� eficien�a lor cre�te prin combinare �i utilizare separat�.

Aceast� solu�ie determin� o umiditate la ie�irea din turbin� optim�, cantitatea de c�ldur� evacuat� la condensator r�mâne practic neschimbat� îns� aria util� a ciclului se m�re�te.

T [ºC]

s [kJ/kgK]

•

• •

• •

•

•

•

•

• •

1

2 2'

3

3'

4 4'

5' 5 T = ct

6 6' x = ct

a •

b b'

T [ºC]

s [kJ/kgK]

•

•

•

• •

1

2

3 4

5'

6 6'

x = ct

b' b a • •

5 •

•

•

T5

T5'

Fig. 3.10. Cre�terea temperaturii aburului viu


14/20

c. Cre�terea simultan� presiunii �i temperaturii aburului viu Cre�terea simultan� a presiunii �i temperaturii aburului duce la sporuri substan�iale de

randament termic �i la men�inerea umidit��ii finale a aburului în limitele admisibile. În felul acesta cantitatea de c�ldur� Q2 r�mâne practic neschimbat� îns� aria cilului se m�re�te.

M�rirea parametrilor ini�iali are loc simultan cu cre�terea puterii unitare a agregatului, fiecare plafon de putere fiindu-i caracteristic� o pereche optim� de parametri ini�iali.

Fig. 3.11. Cre�terea simultan� presiunii �i temperaturii aburului viu

Cre�terea parametrilor ini�iali implic� eforturi investi�ionale sporite. Deci, aceast� metod� de cre�tere a randamentului este justificat� îndeosebi atunci când:

��puterea unitar� a grupului este ridicat�; ��durata anual� de utilizare a puterii instalate este mare; ��combustibilul utilizat este scump.

Cre�terea parametrilor ini�iali ai aburului are loc simultan cu m�rirea puterii unitare a

agregatelor, pentru fiecare plafon de putere corespunzând o anumit� pereche optim� a parametrilor ini�iali, în func�ie �i de pre�ul combustibilului.

Astfel, la puteri de pân� la 100 MW se justific� presiune de 137 bar, la puteri mai mici de 350 MW se justific� presiuni între 165÷200 bar, iar la puteri peste 400 MW se pot utiliza presiuni de 250÷300 bar.

II. Sc�derea parametrilor finali

Prin reducerea temperaturii de condensare (prin reducerea presiunii în condensator), se m�re�te suprafa�a util� a ciclului (cre�te cantitatea de c�ldur� Q1), determinând o cre�tere a randamentului deoarece scade implicit cantitatea de c�ldur� cedat� sursei reci Q2.

Aceast� reducere îns� este limitat� de temperatura mediului ambiant. De obicei, pe timp de iarn� randamentul centralelor este cu 1÷3% mai mare decât vara. Odat� cu acesta se m�re�te �i umiditatea aburului la ie�irea din turbin� �i cre�te volumul masic specific al acestuia.

T [ºC]

s [kJ/kgK]

•

•

• •

1

2

3 4

5

6

b a •

•

• 2'

1' •

• b'

•

6'

•

•

Q2

Fig. 3.12. Sc�derea temperaturii din condensator

a' •

T [ºC]

s [kJ/kgK]

•

• •

• •

•

•

•

•

• •

1

2 2'

3

3'

4 4'

5'

5

6 6' x = ct

b a •

T=ct

b' •

5" • T=ct

•


15/20

��ciclul ini�ial 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1. ��ciclul îmbun�t��it 1' ,2' ,3,4,5,6',1.

ηtci=),,6,5,4,3,2,1,(

)1,6,5,4,3,2,1(abaaria

aria=

)ii(D)ii(D

25ab

65ab

−⋅−⋅

ηtînb=)'a,'b,'6,5,4,3,2,'1,'a(aria

)'1,'6,5,4,3,'2,'1(aria=

)ii(D)ii(D

'25ab

'65ab

−⋅−⋅

De men�ionat este faptul c� efectul produs de o sc�dere a temperaturii de condensa�ie cu un 1°C poate echivala cu cel corespunz�tor cre�terii cu 10÷15°C a temperaturii ini�iale a ciclului.

III. Supraînc�lzirea intermediar� Supraînc�lzirea intermediar� presupune introducerea unei cantit��i suplimentare de

c�ldur� în ciclul termodinamic (metoda ac�ioneaz� asupra sursei calde), destinderea fiind frac�ionat�.

Aburul supraînc�lzit intr� în CIP (Corpul de Înalt� Presiune al turbinei) unde are loc o destindere par�ial� a acestuia.

Din CIP aburul este trimis la supraînc�lzitorul intermediar SI unde este supus unui proces izobar de supraînc�lzire. Apoi aburul, intr� în CMP (Corpul de Medie Presiune al turbinei) �i CJP (Corpul de Joas� Presiune al turbinei) unde se destinde producând lucru mecanic.

Fig. 3.13. Supraînc�lzirea intermediar�

Randamentul termic în cazul centralei termoelectrice cu supraînc�lzire intermediar� se determin� cu rela�ia:

)]ii()ii[(D)]ii()ii[(D

QL

'5"525ab

6"5'55ab

1tSI −+−⋅

−+−⋅==η (3.6)

Prin aceast� metod� se realizeaz� o uscarea a aburului la ie�irea din turbin�, cre�terea c�derii adiabatice �i m�rirea lucrului mecanic util produs de turbin�. Totodat� îns�, supraînc�lzirea intermediar� este înso�it� �i de efecte defavorabile:

��pe traseele conductelor de leg�tur� dintre turbin� �i supraînc�lzitorul intermediar au loc pierderi de presiune �i de temperatur� care reduc cre�terea randamentului termic real;

��apari�ia unor echipamente suplimentare deci un plus de investi�ii.

Practic, num�rul de supraînc�lziri intermediare se limiteaz� la dou�, justificate numai la puteri mari �i presiuni supracritice, la grupuri de baz� care folosesc combustibil scump.

T [ºC]

s [kJ/kgK

•

1 2

3 4

5

6

k

5''

5'

6' • • •

•

• •

• •

•

PJP D

C

Sb

PA

PIP

1 •

2 •

3

Pc

∼

G

SEE

TB

Cd

CM

P

CJP

5 •

5' •

CIP

• 5"

6 •

6' •

Si 4 •


16/20

Dezavantajul schemei cu supraînc�lzire intermediar� const� �i în complexitatea ei. Utilizarea ei a adus la renun�area la schemele centralelor cu bare colectoare �i trecerea la schemele bloc: mono-bloc (cazan - turbina) �i dublu-bloc (dou� cazane - o turbin�).

IV. Preînc�lzirea regenerativ�

Preînc�lzirea regenerativ� determin� o mic�orare a cantit��ii de c�ldur� pierdut� la condensator (sursa rece) prin extragerea unor debite de abur la diverse presiuni la prizele turbinei �i înc�lzirea cu acest abur a agentului termic. În acest fel scade c�ldura pierdut� la condensator, o parte din ea fiind folosit� pentru preînc�lzire. În acela�i timp, deoarece nu întreaga cantitate de c�ldur� se destinde de la intrarea în turbin� pân� la condensator, lucrul mecanic produs este mai mic. Cre�tere optim� de entalpie a apei preînc�lzite depinde de parametrii ini�iali ai ciclului, de num�rul de prize �i de faptul c� ciclul este prev�zut sau nu cu supraînc�lzire intermediar�.

Pentru a rezolva aceast� problem� se impune condi�ia ca randamentul centralei s� fie maxim rezultând:

��temperatura optim� pentru apa de alimentare la intrare în cazan este 2/3 pân� la 3/4 din temperatura de satura�ie din cazan.

��cre�terea de entalpie pe fiecare preînc�lzitor r�mâne constant�.

Fig. 3.14. Preînc�lzirea regenerativ�

Debitul aburului de priz� nu se regleaz� �i variaz� în func�ie de sarcina turbinei. Pentru a pune în eviden�� influen�a acestei metode asupra ciclului termodinamic procesul s-a reprezentat într-o diagram� T-s, unde extragerea succesiv� de abur de la prizele turbinei apare sub forma unui proces în trepte (în figura 3.14 s-au considerat dou� prize).

Preînc�lzitoarele de ap� prezint� schimb�toare de c�ldur� în majoritatea cazurilor de suprafa��, dar se întâlnesc �i de amestec.

V. Cicluri suprapuse Suprapunerea unui ciclu cu parametri foarte ridica�i peste un ciclu cu parametri sc�zu�i de

abur dintr-o central� existent� constituie o metod� de extindere �i modernizare a centralelor existente.

PJP D

C

Sb

PA

PIP

1 •

2 •

3,4

Pc

∼∼∼∼ G

SEE

TB

Cd

5

6 •

6' •

•

Ej

ip1

ip2 ip3

a1

a3

a2 ic1

ic3

ic2


17/20

Fig. 3.15. Cicluri suprapuse 1 - cazanul ciclului suprapus (cu parametrii înal�i); 2 - cazane vechi în rezerv�;

3 - cazane vechi dezafectate; 4 - turbinele ciclului de baz� (cu parametrii coborâ�i); 5 - turbina de contrapresiune a ciclului suprapus

Într-o central� existent� cu parametri de abur coborâ�i, cu cazane legate la turbine prin bare colectoare de abur, se instaleaz� una sau mai multe turbine de contrapresiune cu parametrii ridica�i.

De�i are ca efect cre�terea randamentului termic ciclul suprapus prezint� �i o serie de dezavantaje:

��disponibilitatea întregii instala�ii depinde de starea tehnic� a vechilor turbine; ��investi�ii mai mari �i randament global mai mic decât al unei instala�ii cu supraînc�lzire

intermediar�; ��turbina înainta�� este o ma�in� de construc�ie adaptat� necesit��ilor locale, deci este mai

scump� decât o turbin� echivalent� de serie. Din aceste motive ciclul suprapus pierde tot mai mult din interes, el se aplic� numai în

urma unor temeinice analize tehnico-economice pentru a se justifica oportunitatea unei astfel de solu�ii de cre�tere a randamentului.

VI. Cicluri binare

Folosesc dou� fluide de lucru, dintre care unul func�ioneaz� în domeniul temperaturilor înalte, iar al doilea în domeniul temperaturilor sc�zute, vaporizându-se prin condensarea primului.

Unul dintre fluide poate fi apa-aburul iar cel�lalt mercurul, amoniacul, freonul 11, 12, 21, 114, bioxidul de carbon, etc.

Dac� not�m cu A – apa-aburul �i cu B – un alt fluid care se poate folosi în cadrul ciclului binar, se pot întâlni dou� situa�ii:

a. Cazul B/A (de exemplu ciclul mixt Hg-H2O) Acest cuplaj indic� folosirea fluidului B în zona temperaturilor înalte, iar fluidul A în

zona temperaturilor coborâte. Drept fluid B s-au utilizat vaporii de mercur sau gazele de ardere (ciclu mixt abur-gaze).

Mercurul prezint� în zona temperaturilor înalte urm�toarele avantaje: presiuni coborâte de satura�ie la temperaturi înalte, valori foarte ridicate ale parametrilor punctului critic, valori relativ sc�zute ale c�ldurii specifice a fazei lichide, având în schimb o serie de dezavantaje importante: este foarte toxic, eroziv �i scump. Datorit� formei ciclului binar, foarte apropiat� de ciclul Carnot care ar func�iona între temperaturile extreme, randamentul termic este mai mare decât al ciclului ap�-abur luat separat.

~

~ ~

1

5

2 2 3 3

4 4

T [°C]

s [kj/kg]

A

B

B' C'

D' D

C'

C


18/20

Fig. 3.16. Ciclul binar mercur - ap�

a - schema ciclului; b - diagrama T-s; 1,3,4,5,6 - ciclul ap� – abur; ABCD - ciclul de mercur cu vapori satura�i

b. Cazul A/B(de exemplu ciclul mixt H2O /NH3)

Utilizarea în partea de presiune �i temperatur� joas� a unui al doilea fluid, care posed� un volum specific mult mai mic decât cel al vaporilor de ap�, creeaz� posibilitatea cre�terii puterii unitare a turbinei, împreun� cu mic�orarea gabaritelor �i investi�iilor.

Fig. 3.17. Ciclul mixt H2O /NH3 a. schema circuitului termic; b. diagrama T-s a ciclului

Pentru o astfel de instala�ie, aburul se destinde în turbin� pân� la o presiune mai ridicat�

decât cea din condensatorul centralelor termoelectrice obi�nuite. În schimb�torul de c�ldur� intermediar, aburul condenseaz�, iar fluidul din cel de-al doilea circuit se vaporizeaz�. Totu�i, datorit� diferen�elor de temperatur� cauzate de existen�a schimb�torului de c�ldur�, suprafa�a util� a ciclului scade, ceea ce conduce la mic�orarea randamentului termic.

VII. Termoficarea Cogenerarea reprezint� producerea combinat� (în aceea�i instala�ie) a energiei electrice

�i a energiei termice. Termoficarea constituie o metod� de îmbun�t��ire a randamentului termic prin folosirea par�ial� sau total� a c�ldurii reziduale Q2. O astfel de metod� era �i preînc�lzirea regenerativ� care poate fi privit� ca o termoficare intern� a centralei. Termoficarea se poate realiza:

��în cogenerare (deci în centrale electrice de termoficare CET); ��cu centrale termice (CT individuale, centrale de cartier sau CT centrale).

29,5 bar, 500 °C

K

∼ ∼

10 bar, 515,6 °C

0,04 bar Hg

H2O

232,7 °C

a.

T [ºC]

s [kJ/kgK]

1

3 4

5

6

H2O

Hg A

B C

D

b.

~

NH3 H2O

a.

T [ºC]

s [kJ/kgK]

1

3 4

5

6

H2O

b.

NH3 A

B C

D


19/20

Dintre avantajele cele mai importante fa�� de producerea separat� trebuie amintite: a. gospod�rirea mai bun� a combustibilului, având drept consecin�e o sc�dere a pre�ului de

cost a energiei electrice �i termice; b. mic�orarea gradului de poluare a atmosferei; c. posibilitatea folosiri combustibilului inferior în locul celui superior; d. cre�terea confortului termic.

Circuitul termic al centralelor termoelectrice cu termoficare pot fi: ��cu turbine cu abur cu contrapresiune - destinderea aburului în turbin� se opre�te la

parametrii mai ridica�i ai aburului, iar aburul ie�it din turbin� este folosit la termoficare; ��cu turbine cu abur de condensa�ie �i prize reglabile - c�ldura necesar� termofic�rii se

extrage prin debitul de abur prelevat de la turbin� prin priza reglabil�.

Fig. 3.18. Schema termic� simplificat� pentru un grup energetic de cogenerare a. cu turbin� cu contrapresiune; b. cu turbin� cu proz� reglabil� �i condensa�ie

Dup� cum se observ� din figura 3.18.a în cazul turbinelor cu condensa�ie �i priz� reglabil� o parte din c�ldura Q2 nu este dat� la condensator (∆Q = suprafa�a b86c) deoarece la priza reglabil� se extrage, prin debitul de abur c�ldura QT (suprafa�a b876'c).

În acest fel pierderea de c�ldur� a ciclului scade, efectul util crescând corespunz�tor. În cazul turbinelor cu contrapresiune (figura 3.18.b), destinderea în turbine se opre�te la parametri mai ridica�i iar aburul ie�it din turbin� este folosit în întregime de un consumator termic. Astfel întreaga cantitate de c�ldur� Q2 devine util�, iar factorul de utilizare al c�ldurii intrate Q1 devine unitar.

Fig. 3.19. Reprezentarea în diagrama T - s a ciclului Rankine a turbinelor de termoficare a - turbin� de condensa�ie �i priz� reglabil�; b - turbin� cu contrapresiune

T [°C]

s [kj/kgK] a b c

'2Q

1 2

3 4

5

6'

6 8

∆Q

a.

T [°C]

a b

1 2

3 4

5

6" 1'

s [kj/kgK]

Q2

b.

SEE

TB

C

Sb

∼ G

T

Cons.

PA

SEE

TB

C

Sb

∼ G

T

Cons.

D

PA

Cd


20/20

Utilizarea re�elelor termice lungi cu izola�ie termic� proast� �i nefiabile a compromis ideea implement�rii termific�rii la noi în �ar� �i în ��rile blocului sovietic. La ora actual� se constat� pe plan mondial un reviriment al acestei idei, în contextul unei tendin�e pe plan mondial de descentralizare a sistemelor de energie, adic� f�râmi�area sistemelor energetice mari în sisteme mai mici sau locale.

Astfel prin evitarea cheltuielilor de transport �i distribu�ie a energiei devine economic� �i eficient� producerea energiei electrice în centrale locale de mic� putere, chiar dac� au randament mai prost decât al centralelor de mare putere. În aceste condi�ii, devine mai eficient� utilizarea termofic�rii, deoarece de regul� orice consumator de energie electric�, fie casnic sau industrial, va avea nevoie �i de energie termic� iar producerea combinat� local� de energie electric� �i termic� (cogenerare), devine eficient� deoarece nu necesit� re�ele termice lungi.

În ceea ce prive�te ciclurile de termoficare exist� mai multe realiz�ri în acest sens: instala�ii care utilizeaz� cicluri cu abur, cicluri cu turbine cu gaze, cicluri combinate abur-gaze, cicluri cu motoare cu ardere intern�, etc.

Documents

Curs 003 - EGCE - Centrale Termoelectrice