6. témakör

1. 6. témakör Villamosenergia-termelés hőerőművekben

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

3. kémiailag vagy nukleárisan kötött energia Hőfejlesztő Hőerőgép hő mechanikai (forgási) energia Generátor Transzformátor villamos energia körfolyamat A villamosenergia-termelés folyamatahőerőművekben

4. Csoportosítás • A felhasznált végenergia 30-40 %-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 (800-1500 oC) 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 (130 ill. 58 g CO2/MJ):

11. Gőzkazán

12. A hőáram-sűrűség változása a tűztér magassága mentén (p1<p1’<p1’’)

13. T T . m1,p1,t1 . mu,pu,tu UH TH UH D TE TE E E LE Szubkritikus gőzkazán: a felületek elrendezése

14. T fg sugárzás konvektív 1 TH u UH 1’ tv 1’ 1” E TH UH TE LE Q Gőzkazán: T-Q diagram

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 kazánT-F diagramja (mátrai 215 MW-os blokk kazánja)

17. Gőzkazán • Gőznyomás szerint: • szubkritikus (p1<pkr=221,2 bar) • 40,70,100,130,170 bar (130 bar-tól újrahevítés), • t1max: 540-560 oC. • Munkaközeg cirkulációja szerint: • természetes cirkuláció (Δp= ΔHg, c=4-10), • szivattyús cirkuláció (Δp= ΔpSZ,c=2-6), • kényszerátáramlású (c=1). • Gőznyomás szerint: • szuperkritikus (p1>pkr) • 240,280,320 bar (280 bar-tól kétszeres újrahevítés), • t1max: 600-650 oC (új szerkezeti anyagok). • Munkaközeg cirkulációja szerint: • kényszerátáramlású.

18. Cirkulációs elgőzölögtető [Cohen]

19. Kényszerátáramlású gőzkazán [Cohen]

20. füstgáz szilárdanyag gáz arány tágy≈ max 800-900 °C felületek szekunder levegő Ca/S - mólarány C CaCO3 hamu + CaSO4 primer levegő Fluid-tüzelésű gőzkazán

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. p1 h 1 wT=h1-h2 wT0 p2 2 20 Δsirr s Fajlagos (technikai) munka

28. Gőzturbina • A körfolyamat termodinamikailag meghatározott (Carnot) hatásfoka: • ηC=0,35-0,60 → f[ (p1,t1,ttv,tUH1,tUH2), • (p2)] • ηirrT> ηirr→ (hővisszanyerés)

29. Gőzturbina • A körfolyamat hatásfokának (ηC) növelése: • a gőz kezdő nyomásának (p1) és hőmérsékletének (t1) növelése, • megcsapolásos (regeneratív) tápvízelőmelegítés (ttv növelése), • egyszeres (tUH1) és kétszeres (tUH1,tUH2) újrahevítés, • a gőz végnyomásának (p2) csökkentése (p2≈0,03 bar) elérte a határt. • Megcsapolásos tápvízelőmelegítés: a kondenzálódott folyadékfázisú 25-50 oC-os víz felmelegítése a kazánba lépő tápvíz minél nagyobb hőmérséklete (ttv) érdekében. • (Gőz) újrahevítés: a turbinában expandált gőz kivétele és felmelegítése a gőzkazánban pUH 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 surlódási veszteségek csökkenthetők). Eltérő követelmények a nagy- és kisnyomású fokozatokban.

31. h h reakciós akciós Δhá Δhá Δhf Δhf S S Gőzturbina-lapátfokozatok

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

33. Hőséma: fő elemek

34. Gőzturbina (Tisza II. 215 MWe)

35. Gőzturbina nagynyomású forgórész (Tisza II.)

36. Tápvízelőmelegítő

37. 1.3. Generátor és transzformátor • Generátor, transzformátor: A gőzturbina forgási energiájának 10-40 kV feszültségű villamos energiává alakítása (G), és transzformálása (TR) a szállítás nagyfeszültségére (120-400 kV). • Hatásfokok: • ηTm=0,99-0,995, • ηG=0,99-0,995, • ηTR=0,99-0,998, • ηε=0,92-0,96, • ηmE=0,89-0,95.

38. Generátor (Mátrai 215 MWe)

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. HSZ tenger folyó tó K Frissvízhűtés

46. K levegő póthűtővíz HSZ Nedves hűtőtorony

47. levegő FKSZ HSZ Száraz hűtőtorony

48. Nedves hűtőtorony (Mátrai Erőmű)

49. Száraz hűtőtorony (Mátrai Erőmű) kéntelenítővel

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