EKSPLOATACJA ELEKTROWNI
kierunek Elektrotechnika, specjalność Elektroenergetyka
Wykłady 1-2. Literatura przedmiotu. Zakres wykładów. Obiegi cieplne elektrowni (przypomnienie).
1.2. Cel i zakres wykładów
Wykłady poświęcone są procesowi eksploatacji elektrowni na tle ogólnej teorii eksploatacji, teorii niezawodności, ekonomii oraz podejmowania decyzji. Celowość tak ujętego przedmiotu wynika z faktu, że wielu absolwentów specjalności elektroenergetyka (a dziedzina ta obejmuje sieci i systemy elektroenergetyczne, elektrownie oraz gospodarkę energetyczną) ma szanse trafić do pracy w elektrowni w charakterze inżynierów eksploatacji. Wiedza pozyskana w zakresie przedmiotu ma cechy uniwersalności i umożliwia również pracę w innego typu zakładach przemysłowych o ruchu ciągłym (hutnictwo, górnictwo itp.), zwłaszcza w wydziałach energetycznych tych zakładów.
Przedmiot ujmuje proces eksploatacji elektrowni w sposób systemowy. Obejmuje on nie tylko ruch elektrowni, lecz również inne ważne podprocesy eksploatacji, w tym szczególnie gospodarkę ekonomiczno-finansową oraz planowanie i wykonawstwo remontów.
Wykład obejmuje w szczególności:
1. Przypomnienie najważniejszych elementów z zakresu podstaw wytwarzania energii, tj. z zakresu przedmiotu który był wykładany w sem. II. Przypomnienie to obejmuje elementy teorii obiegów cieplnych elektrowni, schematy technologiczne obiegów oraz podstawowe elementy konstrukcji urządzeń głównych bloków energetycznych.
2. Podstawowe elementy ogólnej teorii eksploatacji urządzeń technicznych.
3. Zasady dekompozycji procesu eksploatacji elektrowni.
4. Podstawowe problemy decyzyjne eksploatacji elektrowni.
5. Podstawowe relacje gospodarki ekonomiczno-finansowej elektrowni.
6. Ruch elektrowni ze szczególnym uwzględnieniem procesów rozruchów i odstawień. Przedstawienie podstawowych układów automatycznej regulacji bloku i poszczególnych urządzeń, w tym układu regulacji olejowej turbiny.
7. Podsystem planowania remontów elektrowni. Podstawowe elementy teorii niezawodności. Typowe uszkodzenia urządzeń elektrownianych. System remontów prognozowanych.
1.3. Przypomnienie najważniejszych elementów z zakresu podstaw wytwarzania energii
1.3.1. Obiegi cieplne elektrowni
Obieg Carnota
Wykład z obiegów cieplnych zwyczajowo rozpoczyna się od przedstawienia obiegu Carnota. Przypomnijmy ten obieg.
Realizacja tego obiegu w elektrowni, w sposób ścisły, na parze wodnej i wodzie nie jest wprawdzie możliwa, jednakże obieg Carnota stanowi obieg teoretyczny wzorcowy, do którego staramy się zawsze maksymalnie przybliżyć.
Obieg Carnota ma bowiem tę cechę, że przy danym poziomie temperatur górnego i dolnego źródła ciepła, jego sprawność termiczna stanowi maximum maximorum sprawności wszystkich innych obiegów teoretycznych i rzeczywistych.
Obieg Carnota najdogodniej jest przedstawić na wykresie T,s jak na rys. 1.
Obieg Carnota składa się z następujących przemian termodynamicznych:
1. ekspansja izotermiczna 1-2
2. rozprężanie izentropowe 2-3
3. kompresja izotermiczna 3-4
4. sprężanie izentropowe 4-1.
Przemiany 2-3 i 4-1 jako przemiany izentropowe są przemianami teoretycznymi odwracalnymi. Stąd cały obieg Carnota jest obiegiem teoretycznym.
Sprawność termiczna obiegu Carnota wyraża się wzorem
Rys. 1. Wykres termodynamiczny obiegu Carnota w układzie T,s temperatura bezwzględna-entropia.
(1)
W powyższym wzorze:
htC - sprawność termiczna obiegu Carnota, liczba bezwymiarowa
Lob - praca obiegu interpretowana graficznie jako pole prostokąta wyznaczającego obieg, kJ
Qd - ciepło doprowadzone do obiegu interpretowane jako powierzchnia pod krzywą przemiany 1-2, kJ
TI , TII - temperatura bezwzględna, odpowiednio: górnego i dolnego źródła ciepła, K
Ze względu na techniczną niemożność realizacji przemiany 4-1 na parze-wodzie obieg Carnota nie jest wprost realizowalny w elektrowniach. Stał się on jednak punktem wyjścia dla wynalezienia obiegu realizowalnego w elektrowniach, jakim jest obieg Clausiusa-Rankine’a.
Obieg Clausiusa-Rankine’a
Jest to obieg cieplny para-woda stanowiący podstawę obiegu elektrowni cieplnej konwencjonalnej i elektrowni jądrowych opartych o wodę lekką tj. elektrowni w technologiach PWR, BWR oraz RBMK.
Historycznie obieg Clausiusa-Rankine’a przechodził ewolucję jak poniżej, wiążącą się ze wzrostem sprawności termicznej obiegu.
Ewolucja obiegu Clausiusa-Rankine’a:
· Obieg Rankine’a
· Obieg Hirna (z przegrzewem pary świeżej)
· Rozwinięty obieg Clausiusa-Rankine’a (z przegrzewem pary świeżej, z międzystopniowym przegrzewem pary oraz z regeneracją ciepła)
Obecnie w dużych elektrowniach stosuje się wyłącznie rozwinięty obieg Clausiusa-Rankine’a. W blokach energetycznych najwyższych mocy na parametry nadkrytyczne stosuje się niekiedy podwójny przegrzew międzystopniowy pary.
Obieg Clausiusa-Rankine’a zostanie przedstawiony poniżej na przykładzie obiegu bloku energetycznego 200 MW, pracującego w elektrowniach polskich.
Obieg cieplny (para-woda) bloku energetycznego 200 MW
Uwaga: należy przestudiować rys.2.1 - schemat obiegu bloku 200 MW ([3], rys.7.1, str.164).
Opis obiegu rozpoczniemy od kotł...
Tomplus