Paroplynové oběhy
Tepelný oběh s plynovou turbínou Zjednodušující předpoklady:
M v≅ M s
η tdK = ηTtd = 1
ηm = η g = 1 ideální (vratné) termodynamické změny
Tepelná účinnost oběhu:
ηt =
Psv Psv η = ≅ M pal .q n M v .c p .(T 3−T2 ) sv t
Q p −Qo M v .(h3 − h2 ) − M v .(h4 − h1 ) c p .(T 3−T2 ) − c p .(T4 − T1 ) ≅ = Qp M v .(h3 − h2 ) c p .(T3 − T2 )
T2 p2 = T1 p1
κ −1 κ
=
T4 T1
Předpokládaný vývoj oběhů s plynovými turbínami Vývojové práce předních světových firem v oblasti plynových turbín se zaměřují na výzkum a vývoj tzv. vlhkých oběhů typu HAT (Humid Air Turbine)
K1, K2-nízkotlaký a vysokotlaký kompresor; M-mezichladič; D-dochlazovač; S-saturační komora; R-regenerační výměník; E-ekonomizér; SK-spalovací komora; T-turbína; PV-přídavná voda;
Zapojení umožňuje: 1) Snížit kompresní práci a zároveň využít odvedené teplo v pracovním cyklu při současném zvětšení rozsahu regenerace tepla. 2) Zvýšit hmotnostní průtok turbínou o hmotnostní průtok vodní páry a tím zvýšit relativní výkon turbíny vzhledem k výkonu kompresoru. Výpočtová tepelná účinnost oběhu dosahuje hodnoty 60%. Ještě lepších výsledků lze dosáhnout s cyklem TOPHAT s využitím podtlaku na výstupu z turbíny. Schéma oběhu TOPHAT s podtlakem na výstupu z turbíny
K-kompresor; D-dmychadlo; K-kondenzátor; M-pohon dmychadla; SK-spalovací komora; T- turbína
Voda s teplotou vyšší než je teplota sytosti pro tlak v sání kompresoru (cca 1500C) je vstřikována pod vysokým tlakem do proudu nasávaného vzduchu. Vlivem přehřátí vody dojde k dezintegraci kapiček vody na velikost cca 1mikrometru a není proto ohrožen lopatkový systém kompresoru. Odpaření přiblíží kompresi ideální izotermické kompresi a zvyšuje se možný rozsah regenerace tepla ve výměníku za kompresorem.
Moderní systémy zplyňování uhlí v paroplynových cyklech V posledních desetiletích byly vyvinuty dvě nové tzv. čisté uhelné technologie (Clean CoalTechnologies), používané v paroplynových elektrárnách. (CCT). a) Paroplynové elektrárny se zplyňováním uhlí (IGCCPP) b) Paroplynové elektrárny se spalováním uhlí v tlakovém fluidním kotli (PFBCCPP) Nejpoužívanější technologie zplyňování Zplyňování s pevným sesuvným ložem (FBG – Fixed Bed Gasification). Metoda vyžaduje tříděné uhlí, zplyňovacím médiem je nejčastěji kyslík a vodní pára. V protiproudém uspořádání surový plyn-uhlí se palivo nejprve suší, dále následuje pyrolýza a v poslední fázi zplyňování při teplotě 800 až 100 0C. Uvolněné dehty a oleje jsou unášeny surovým plynem a při jeho ochlazení při průchodu uhlím kondenzují. Ze všech používaných technologií se vyznačuje nejvyšší výhřevností plynu a nejnižší spotřebou kyslíku. Mezi hlavní nevýhodu patří skutečnost, že se nevyužívá citelného tepla plynu (na výstupu z reaktoru je plyn chlazen vodou) Zplyňování na fluidním loži (Fluidized Bed Gasification). Hodí se pro paliva se zrněním 1 – 5mm, některé reaktory jsou schopny zpracovat i netříděné uhlí. Zplyňovacím médiem je vzduch nebo kyslík a vodní pára. Z důvodu nebezpečí tavení popelovin se zplyňovací teplota pohybuje podle druhu paliva v rozsahu 800 – 17500C. Případná nízká zplyňovací teplota způsobuje nízkou konverzi uhlíku na plynné složky, odváděné popeloviny obsahují ještě značné množství uhlíku a musí být proto dále spalovány ve fluidním kotli v parní části oběhu Hořákové spalování (unášivé lože)(EFG – Entrained Flow Gasification). V reaktoru se zplyňuje mleté palivo s přibližně stejným zrněním jako u klasických práškových ohnišť. Zplyňovacím médiem je vzduch obohacený kyslíkem nebo kyslík a vodní pára. Z důvodu velmi vysoké zplyňovací teplotě (1550 až 17500C) je konverze uhlíku téměř 100%. Popeloviny jsou odváděny v tekutém stavu, což je ekologicky velmi výhodné. Nevýhodou je, že se odvodem strusky s vysokou teplotou ztrácí značné množství tepla.
generátor plynu
parogenerátor
čištění plynu síra
uhlí
prach
CCT technologie (zplyňování uhlí)
napájení
separace O2,N2
spalovací komora
PLYNOVÝ OBĚH
plynová turbína
vzduch parní turbína
PARNÍ OBĚH
parogenerátor
spaliny
Schématické uspořádání paroplynového oběhu využívající technologii CCT
Konstrukční uspořádání moderní plynová turbíny paroplynového oběhu
Koncepce elektrárny je založena na požadavku maximálního využití energoplynu, získávaného zplyňováním za pomoci kyslíkoparní směsi v tlakových generátorech "Lurgi" (generátor s pevným sesuvným ložem) při tlaku 2,7 MPa. Vyčištěný plyn (energoplyn) je palivem v elektrárně. Tato nová technologie výroby energoplynu se liší od dřívější výroby svítiplynu menší vypírkou kysličníku uhličitého. Energoplyn má proto nižší výhřevnost. Doplňkovým palivem, které umožňuje v případě potřeby rychlé změny výkonu je zemní plyn. Vlastní elektrárna je tvořena dvěma identickými bloky, které mají tyto základní prvky: 1) Plynová turbína FRAME 9 E, dodaná firmou EGT, jmenovitý výkon P sv = 125 MW Admisní teplota spalin je cca 11000C, výstupní teplota spalin je cca 5400C. Pro snížení tvorby NOx při spalování je použito nástřiku vodní páry do spalovací komory. 2) Spalinový dvoutlakový kotel bez přitápění, dodaný firmou ABB První brněnská strojírna Vysokotlaká pára:
p a = 7 MPa , t a = 500 0 C . M p = 186 t / h
Nízkotlaká pára:
pa = 0,6 MPa , t a = 225 0 C . M p= 50 t / h
3) Parní dvoutělesová kondenzační turbína se dvěma regulačními odběry páry (3,5MPa a 0,55MPa) PP 60-71 s jmenovitým výkonem P sv = 57 MW ( firma ABB PBS ) 4) Řídící systém bloku, dodaný francouzskou firmou CEGELEC.
