Zakład Miernictwa i Ochrony Atmosfery, W-9/I-20
Siłownie cieplne laboratorium
Bloki ciepłownicze
elektrociepłowni
Instrukcja do ćwiczenia nr 3
Opracował: dr in\. Andrzej Tatarek
Wrocław, grudzień 2008 r.
1. Wstęp
Elektrociepłownia omawiana na zajęciach laboratoryjnych jest cieplną elektrociepłownią
blokową z otwartym układem wody chłodzącej (dla układów pseudokondensacji), wyposa\oną
w trzy bloki ciepłownicze z turbinami przeciwprę\nymi oraz dwa szczytowe kotły wodne.
Paliwem podstawowym elektrociepłowni jest węgiel kamienny miał energetyczny klasy
MIIA. Spalany węgiel pochodzi z polskich kopalń węgla kamiennego zlokalizowanych na
Górnym Śląsku. Działalność koncesjonowana elektrociepłowni obejmuje: wytwarzanie energii
elektrycznej, wytwarzanie ciepła, obrót energią elektryczną, przesyłanie i dystrybucję ciepła.
Działalność dodatkowa obejmuje: sprzeda\ ubocznych produktów spalania (popiół, \u\el) oraz
sprzeda\ wody zdemineralizowanej.
Proces technologiczny realizowany w elektrociepłowni polega na jednoczesnym
wytwarzaniu energii elektrycznej i ciepła ze strumienia energii chemicznej zawartego w paliwie
(skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła, tzw. kogeneracja). Procesy tego rodzaju
charakteryzują się wysoką efektywnością ekonomiczną, realizowaną przez zminimalizowanie
ilości procesowego ciepła odpadowego. Wytwarzane w elektrociepłowni ciepło słu\y do
zaspokajania potrzeb cieplnych miasta Wrocławia. Podstawowo energia elektryczna produkowana
jest w skojarzeniu w turbogeneratorach bloków ciepłowniczych i dostarczana jest do krajowej
sieci elektroenergetycznej. Wytworzone ciepło przeznaczone jest do ogrzewania miasta
Wrocławia za pomocą systemu ciepłowniczego. Część szczytowa elektrociepłowni (kotły wodne)
wykorzystywana jest tylko w okresach maksymalnego zapotrzebowania na ciepło.
Produkcja energii odnawialnej (energii elektrycznej i ciepła) jest tutaj realizowana w
procesie współspalania biomasy i paliwa konwencjonalnego (węgla kamiennego) w parowych
kotłach energetycznych OP-230 i OP-430. Energia elektryczna zaliczana do energii z
odnawialnych zródeł energii jest wytwarzana w generatorach turbozespołów bloków nr 1, 2, 3
(bloki BC-50 i BC-100) a ciepło w wymiennikach ciepłowniczych zasilanych parą wylotową z
turbozespołów. Produkcja ciepła w kotłach wodnych KW-3, KW-5 (część szczytowa) nie jest
realizowana w technologii współspalania węgla z biomasą. Zanim biomasa podana zostanie do
kotłów parowych, jest mechanicznie czyszczona, musi być wolna od zanieczyszczeń (np.
kawałków metalu, kamieni, ziemi).
Rysunek 1 przedstawia aktualne rozmieszczenie urządzeń wytwórczych w elektrociepłowni.
Urządzenia maszynowni i kotłowni bloku BC-50 są obecnie remontowane w celu umo\liwienia
ich dalszej wieloletniej pracy.
2
Rys. 1. Rozmieszczenie urządzeń wytwórczych w elektrociepłowni, [1]
Podstawowymi elementami składowymi bloku BC-50 są: kocioł parowy OP-230 i
turbozespół przeciwprę\ny zło\ony z turbiny 13P 55-0-3 i generatora TGHW-63.
Podstawowymi elementami składowymi bloku BC-100 są: kocioł parowy OP-430 i
turbozespół przeciwprę\ny zło\ony z turbiny 13UC100 i generatora TGH-125.
2. Kocioł OP-230
OP-230 jest kotłem parowym, pyłowym z naturalną cyrkulacją wody, jednowalczakowym,
opromieniowanym, z trzystopniowym przegrzewaczem pary, podgrzewaczem wody oraz dwoma
obrotowymi podgrzewaczami powietrza. Za I i II stopniem przegrzewacza są wbudowane
wtryskowe schładzacze pary (rys. 2). Kocioł jest opalany węglem kamiennym. Palniki pyłowe są
usytuowane w naro\ach i zasilane przez 3 młyny typu EM-70.
Dane technologiczne kotła OP-230:
" wydajność maksymalna trwała 63,9 kg/s (230 Mg/h)
" wydajność nominalna 50 kg/s (180 Mg/h)
" wydajność minimalna 38,9 kg/s (140 Mg/h)
" ciśnienie wody zasilającej 16,4 MPa
" ciśnienie wody wtryskowej 16,4 MPa
" ciśnienie robocze w walczaku 15,0 MPa
" ciśnienie pary na wylocie z przegrzewacza 13,6 MPa
3
" temperatura wody zasilającej 200C (473 K)
" temperatura wody wtryskowej 140C (413 K)
" temperatura pary przegrzanej 540C (813 K)
" ilość wody wtryskowej 6,9 kg/s (25 Mg/h)
" temperatura gorącego powietrza 290C (563 K)
" temperatura spalin na wylocie 140C (413 K)
" zawartość C02 za kotłem 15%
Rys. 2. Konstrukcja kotła OP-230 (liczby oznaczają wartości pola powierzchni ogrzewanych)
4
Charakterystyka paliwa gwarancyjnego:
" wartość opałowa 20,9 MJ/kg
" maksymalna zawartość popiołu 18%
" maksymalna zawartość wilgoci 12%
" maksymalna zawartość siarki 1%
" zu\ycie węgla gwarancyjnego przy wydajności maksymalnej trwałej 7,78 kg/s (28 Mg/h)
" sprawność kotła brutto (paliwo gwarancyjne, temperatura wody zasilającej 210C) 88%.
3. Turbina 13P55-0
13P55-0 jest przeciwprę\ną turbiną ciepłowniczą, osiową, akcyjną, dwukadłubową z
dwustopniowym wylotem ciepłowniczym do zasilania podgrzewaczy wody sieciowej. Turbina
słu\y ponadto do wytwarzania pary technologicznej i energii elektrycznej (ogólny schemat
turbozespołu przedstawiono na rys. 3).
Rys. 3. Ogólny schemat rurociągów przyturbinowych:
ZS - zawór szybkozamykający, ZR - zawór regulacyjny
Wysokoprę\ny kadłub turbiny o częściowo dwupowłokowej konstrukcji, ze zwrotnym
przepływem pary ma jednowieńcowy stopień regulacyjny i osiemnaście osiowych stopni
akcyjnych. W kadłubie średnioprę\nym mieści się dziewięć osiowych stopni akcyjnych. Para
5
przeciwprę\na odpływa z części średnioprę\nej dwustopniowym wylotem za stopniami 8 i 9.
Oprócz wylotu turbina ma cztery upusty nieregulowane do zasilania pogrzewaczy
regeneracyjnych i odgazowywaczy. Drugi upust słu\y do zasilania parą kolektora
technologicznego.
Dane techniczne turbiny 13P55-O:
" moc znamionowa 55500 kW
" moc obliczeniowa 52540 kW
" obroty znamionowe 3000 obr/min
" obroty zadziałania regulatora:
o bezpieczeństwa 3330 obr/min
o obroty krytyczne I 1750 obr/min
o obroty krytyczne II 2200 obr/min
" parametry pary świe\ej:
o ciśnienie 12,75 ą 1,275 MPa
8 8
o temperatura 535 ą15 C (808 ą15 K)
" obliczeniowe zu\ycie pary (przy N=52540 kW) 65,8 kg/s (237 Mg/h)
" jednostkowe obliczeniowe zu\ycie pary 1,25 kg/MW
4. Generator TGHW-63
Turbogenerator TGHW-63 jest trójfazową prądnicą obcowzbudną z prętowym
uzwojeniem stojana. Chłodzenie stojana odbywa się za pomocą wody w obiegu zamkniętym, a
chłodzenie wirnika jest wodorowe, równie\ w obiegu zamkniętym. Obieg wodoru wymuszony
jest wentylatorem osadzonym na wale generatora.
Korpus stojana jest wykonany jako gazoszczelny, a wyjścia wału mają specjalne
uszczelnienia olejowe (ciśnienie oleju uszczelniającego jest wy\sze od ciśnienia wodoru o 60-70
kPa).
Dane techniczne generatora TGHW-63:
" znamionowa moc czynna 55000 kW
" maksymalna moc czynna 58000 kW
" moc pozorna 68250 kVA
" znamionowy współczynnik mocy cos 0,8
6
" napięcie znamionowe 10500 V
" prąd znamionowy 3750 A
" częstotliwość 50 Hz
" obroty znamionowe 3000 obr/min
" obroty krytyczne generatora 2020 obr/min
" sprawność 98,4%
" ciśnienie wodoru 50-200 kPa
" czystość wodoru 97%
5. Układ cieplny bloku BC-50
Podstawowy schemat układu cieplnego bloku BC-50 przedstawiono na rysunku 4. Kocioł
OP-230 1 jednym tylko rurociągiem pary świe\ej zasila turbinę 13P55-0-3 2. Rurociąg pary
świe\ej jest wyposa\ony w jeden zawór szybkozamykający, za którym para dwoma rurociągami
jest podawana do czterech zaworów regulacyjnych zabudowanych po dwa w lewej i prawej
komorze zaworowej. Z kadłuba wysokoprę\nego (WP) para dwoma przelotniami " 400 odpływa
do części średnioprę\nej (SP). Para przeciwprę\na odlotowa, dwustopniowym wylotem jest
odprowadzana do dwóch podstawowych wymienników ciepłowniczych 4. Z przepływowej części
turbiny czterema upustami para jest odprowadzana do układu regeneracji: do dwóch
podgrzewaczy wysokoprę\nych 9 i 10 oraz podgrzewacza niskoprę\nego 6 i odgazowywacza ze
zbiornikiem wody zasilającej 7. Drugi upust turbiny (II) oprócz zasilania podgrzewacza WP 9
słu\y do poboru pary na cele technologiczne i potrzeby własne. Z upustu tego para, po przejściu
przez schładzacz wtryskowy 13, odpływa do kolektora technologicznego, część pary zasila
smoczek parowy 15 słu\ący do odprowadzania oparów i utrzymywania podciśnienia w
podgrzewaczach wody sieciowej 4. Na wypadek trudności w zaspokojeniu potrzeb parowych
upust drugi jest rezerwowany stacją redukcyjną 2,03/1,01 MPa 11 zasilaną z upustu pierwszego.
Oba upusty WP (I, II) mogą ponadto wspomagać za pośrednictwem stacji redukcyjnych 11 i 14
upust trzeci zasilający odgazowywacz. Turbina i układ podstawowych podgrzewaczy wody
sieciowej na wypadek awarii lub na okres rozruchu turbozespołu są rezerwowane stacją
redukcyjno-schładzającą 13,60/1,01 MPa 12 oraz podgrzewaczem wody sieciowej, tzw.
rozruchowo-rezerwowym 20. Stacja redukcyjno-schładzająca rozruchowo-rezerwowa 12 oprócz
zasilania podgrzewacza 20 umo\liwia podawanie pary do odgazowywacza przez stację redukcyjną
14, zasilanie odbiorów technologicznych przez schładzacz 13 oraz wytworzenie podciśnienia
(smoczkiem 15) w podgrzewaczach podstawowych 4 przed uruchomieniem turbiny.
7
Rys. 4. Schemat układu cieplnego bloku BC-50:
1 - kocioł, 2 - turbina, 3 - generator, 4 - podgrzewacze wody sieciowej, 5 - pompy skroplin, 6 -
podgrzewacz NP, 7 - odgazowywacz ze zbiornikiem wody zasilającej, 8 - pompa zasilająca, 9,10 -
podgrzewacze WP, 11 - stacja redukcyjna, 12 - stacja redukcyjno-schładzająca rozruchowo-
rezerwowa, 13 - schładzacz wtryskowy, 14 - stacja redukcyjna, 15 - smoczek parowy, 16,17 -
rozprę\acze odsolin, 18 - odgazowywacze ze zbiornikiem wody uzupełniającej ubytki w sieci
ciepłowniczej, 19 - pompa wody uzupełniającej, 20 - podgrzewacz rozruchowo-rezerwowy, 21 -
wstępne pompy wody sieciowej, 22 - pompy główne, 23 - odgazowywacz pró\niowy wody
uzupełniającej główny obieg energetyczny
8
Dla odzysku ciepła i zmniejszenia strat cennej wody kotłowej z układem regeneracyjnego
podgrzewania skroplin i wody zasilającej połączono dwustopniowy system rozprę\enia odsolin
16, 17. Para wtórna z pierwszego stopnia rozprę\ania zasila podgrzewacz WP 10, a z drugiego
stopnia jest odprowadzana do odgazowywacza 7, zatę\one odsoliny odpływają do
odgazowywacza 18 wody uzupełniającej ubytki w sieci ciepłowniczej. Skropliny pary grzejnej z
podgrzewaczy WP 10, 9 spływają kaskadowo do odgazowywacza 7 głównego obiegu
energetycznego. Skropliny z podgrzewacza NP 6 są odprowadzane do wymiennika
ciepłowniczego 4. Skropliny z wymienników ciepłowniczych 4 są przekazywane pompami 5 do
odgazowywacza 7. Woda zasilająca kocioł jest tłoczona ze zbiornika pod odgazowywaczem przez
pompę zasilającą 8. Blok wyposa\ony jest w dwie jednakowe pompy zasilające, z których jedna
pracuje, a druga stanowi stuprocentową rezerwę.
Szczegółowe dane urządzeń cieplnych i mechanicznych bloku są podane w opisie urządzeń
pomocniczych.
6. Układ podgrzewaczy ciepłowniczych
Podstawowy układ podgrzewania wody sieciowej jest wyposa\ony w dwa jednakowe
wymienniki ciepłownicze. Wymienniki połączone szeregowo po stronie wodnej tworzą
dwustopniowy system charakteryzujący się następującymi parametrami:
" Ilość wody przepływającej przez podgrzewacze 750 kg/s (2700 Mg/h)
" Temperatura wody w warunkach znamionowych
o przed pierwszym podgrzewaczem 51C (324 K)
o za pierwszym podgrzewaczem 64C (337 K)
o za drugim podgrzewaczem 77C (350 K)
Oba podgrzewacze to powierzchniowe wymienniki ciepła o budowie poziomej,
jednostrefowe i dwubiegowe typu PC-900-18.
Dane techniczne podgrzewacza PC-900-18:
" nominalne natę\enie przepływu wody 750 kg/s (2700 Mg/h)
" moc cieplna 36-43 MW
" czynnik ogrzewający para
" czynnik ogrzewany woda
" pojemność w płaszczu 16,6 m3
" pojemność w rurach 4,3 m3
9
Rezerwowy układ podgrzewania wody sieciowej jest wyposa\ony w podgrzewacz
rozruchowo-rezerwowy o następujących danych technicznych:
" moc cieplna 85 MW (73 Gcal/h)
" zapotrzebowanie na parę ze stacji redukcyjno-schładzającej 34,72 kg/s (125 Mg/h)
" ilość przepływającej wody 750 kg/s (2700 Mg/h)
" ciśnienie w przestrzeni parowej 0,98-1,18 MPa
" temperatura pary 200C (473 K)
" parametry przestrzeni wodnej:
o ciśnienie 0,34-0,93 MPa,
o temperatura 73,5-103,7C (346,5-376,7 K)
Rys. 5. Schemat układu podgrzewaczy wody sieciowej:
1 - odmulacze, 2 - wstępne pompy wody sieciowej, 3 - pompy główne, 4 - podgrzewacze
podstawowe, 5 - podgrzewacz rozruchowo-rezerwowy, 6 - pompy skroplin
Oba układy podgrzewania wody sieciowej (rys. 5) mają zainstalowane własne pompy
wstępne i pompy główne. Dwustopniowy układ pompowania został przyjęty dla zapewnienia
ni\szego ciśnienia roboczego rur powierzchni ogrzewalnej podgrzewacza (pompy wstępne dają
niewielki przyrost ciśnienia na pokonanie oporów przepływu w podgrzewaczach i zabezpieczenie
pomp głównych przed kawitacją). Obni\enie ciśnienia roboczego po stronie wodnej pozwala na
10
zmniejszenie kosztów podgrzewaczy i zwiększenie ich niezawodności (ni\sze ciśnienie, cieńsze
ścianki rur, mniejsza powierzchnia ogrzewalna).
W obu układach podgrzewania wody zastosowano jednakowe pompy wstępne typu JOB-
52-3 i jednakowe pompy główne typu 40B61-B.
Dane techniczne pomp:
A) pompa wody sieciowej wstępna,
" typ: odśrodkowa z dwustronnym zasysaniem JOB 52-3
" wydajność O,778 m3/s
" całkowity przyrost ciśnienia 294 kPa
" obroty 992 obr/min
" moc napędowa 320 kW
B) pompa wody sieciowej główna:
" typ: odśrodkowa z dwustronnym zasysaniem - 40B61-B
" wydajność 0,778 m3/s
" całkowity przyrost ciśnienia 1,08 MPa
" obroty 1480 obr/min
" moc napędowa 1250 kW.
Z układem podgrzewania wody sieciowej są połączone dwa odgazowywacze (" 1800 i "
1200) wody uzupełniającej ubytki w sieci. Odgazowywacze te (nr 18 na rys. 4) o wydajnościach
40,25 i 11,1 kg/s wody dodatkowej są zasilane normalnie z czwartego upustu turbiny, rezerwowo
z kolektora technologicznego przez stację redukcyjną.
11
7. Blok ciepłowniczy BC-100
Poni\ej zamieszczono poglądowy schemat technologiczny układu bloku ciepłowniczego
BC-100 w elektrociepłowni (rysunek 6). Są tam zainstalowane dwa bloki ciepłownicze BC-100,
ka\dy po 104 MWe mocy elektrycznej i 208 MWt mocy cieplnej.
Rys. 6. Poglądowy schemat technologiczny bloku BC-100, [1]
a) układ wodno-parowy b) układ paliwo-powietrze-spaliny
- rurociąg parowy
- mieszanka pyłowo-powietrzna
- rurociąg kondensatu
- powietrze gorące do kotła
- rurociąg wody zasilającej do kotła
- zimne powietrze do kotła
- rurociąg wody sieciowej
- spaliny z kotła
OB - obracarka turbiny 1, 2, 3, 4 - młyny węglowe
WP, SP - część wysoko- i średnioprę\na turbiny L1,2 - obrotowe podgrzewacze powietrza
XA, XB - podgrzewacze wody sieciowej WP1,2 - wentylatory podmuchu
PK1-3 - pompy kondensatu ELF - elektrofiltr
XN1-3 - wymienniki regeneracyjne WS1,2 - wentylatory spalin
ZZ - zbiornik wody zasilającej KR - kruszarka
PZ1-3 - pompy wody zasilającej do kotła
NC1-3 - wstępne pompy wody sieciowej
PS1-3 - główne pompy wody sieciowej
12
7.1. Kocioł OP-430
Dwa kotły parowe, oznaczone symbolami K-2 i K-3 wchodzą w skład bloków
ciepłowniczych. Kotły typu OP-430 są kotłami jednowalczakowymi, dwuciągowymi z
cyrkulacja naturalną, paliwem spalanym w kotłach jest węgiel kamienny z dodatkiem biomasy
(obecnie do około 10% udziału masowego). Kotły OP-430 posiadają instalację redukcji NOx
bazującą na niskoemisyjnych palnikach produkcji Rafko. Głównymi elementami kotłów są:
walczak, komora spalania z ekranami szczelnymi, trójstopniowy przegrzewacz pary.
Podstawowe dane kotłów OP-430:
" rok uruchomienia: 1984 (K-2), 1987 (K-3)
" liczba przepracowanych godzin: 115 000 (K-2), 109 000 (K-3)
" WMT (wydajność maksymalna trwała): 430 t/h (120 kg/s)
" ciśnienie pary przegrzanej: 13,53 MPa
" temperatura pary przegrzanej: 540C
" temperatura spalin wylotowych: 135C
Kocioł parowy OP-430 przedstawiony na rys. 7 jest zbudowany w układzie dwuciągowym,
komora paleniskowa jest całkowicie ekranowana, wykonana ze ścian szczelnych. Przegrzewacz
pary został zaprojektowany i zbudowany jako trzyczęściowy. Pierwszy stopień przegrzewacza
(konwekcyjny PK) jest umieszczony w górnej części drugiego ciągu.
Drugi stopień (PG), półopromieniowany, zbudowany w formie grodzi jest umieszczony
nad komorą paleniskową, przed festonem pęczkiem konwekcyjnym utworzonym z rur ekranu
tylnego komory paleniskowej. Trzeci stopień przegrzewacza (wylotowy PW) znajduje się w
kanale międzyciągu. Pomiędzy przegrzewaczami PK i PG oraz PG i PW znajdują się wtryskowe
regulatory temperatur pary przegrzanej. Podgrzewacz wody (ECO) jest zawieszony na rurach
wieszakowych w drugim ciągu kotła.
Do rozpalania kotła słu\ą palniki mazutowe. Paliwem podstawowym jest węgiel kamienny
spalany w postaci pyłu węglowego. Kocioł jest wyposa\ony w instalację z bezpośrednim
zasilaniem z czterema młynami średniobie\nymi kulowo-misowymi MKM-25. Palniki pyłowe są
zabudowane w naro\ach komory paleniskowej.
13
53000
Rys. Andrzej Tatarek
Rys. 7. Kocioł parowy OP-430
7.2. Turbina 13UC100
13UC100 jest przeciwprę\ną turbiną ciepłowniczą, osiową, jednokadłubową z
dwustopniowym wylotem ciepłowniczym do zasilania podgrzewaczy wody sieciowej. Turbina
słu\y ponadto do wytwarzania pary technologicznej oraz, w połączeniu z generatorem TGH-125,
energii elektrycznej.
Turbina ma cztery upusty pary do zasilania odgazowywaczy i trzech niskoprę\nych
pogrzewaczy regeneracyjnych XN1, XN2 i XN3. Para przeciwprę\na odpływa z części
średnioprę\nej dwustopniowym wylotem i zasila dwa podgrzewacze wody sieciowej XA i XB.
14
WP SP
Turbina 13UC100
1 2 3 4 5 6
OP-430
XB XA
PS
ODG
PZ
XN3 XN2 XN1
PK
ROZP
Rys. 8. Uproszczony schemat układu cieplnego bloku ciepłowniczego BC-100:
ODG odgazowywacz, ROZP rozprę\acz, XN1-XN3 podgrzewacze regeneracyjne, XA i XB
podgrzewacze wody sieciowej, PZ pompa zasilająca, PK pompa kondensatu, PS pompa
wody sieciowej
Przy opracowaniu instrukcji korzystano z:
[1] Jednoróg J., Produkcja ciepła i energii elektrycznej na przykładzie miejskiej elektrociepłowni z instalacją
współspalania biomasy z węglem kamiennym , Praca dyplomowa stopnia in\ynierskiego, Promotor: dr in\. A.
Tatarek, Politechnika Wrocławska, Wrocław 2008.
[2] Laboratorium procesów termoenergetycznych , praca zbiorowa, t. 2, Wydawnictwo Politechniki
Wrocławskiej, Wrocław 1983.
15
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
CIEPLOBLOKI (10)9 KALORYMETRIA CIEPŁO ZOBOJĘTNIANIA (Entalpia zobojętniania)CIEPŁOLECZNICTWO ćwiczeniaCiepło spalania i wartość Opałowa Bomba Kalorymetrycznaekologiczne zalety ciepłownictwacieplo skojarzone06i Wykonywanie i eksploatacja sieci ciepłowniczychsilikaty cieplozapotrzebowanie na ciepło do wentylacjiCiepło topnienia lodu sprawozdanieLCH 2 Temat 7 Bloki energetycznebulaj cieplo temperaturaProm i cieplo w atmwięcej podobnych podstron