Descrierea C.E.T si a serviciilor proprii

Descrierea C.E.T si a serviciilor proprii

1.1. Consideratii generale

Pe masura ce societatea avanseaza necesitatile energetice apar tot mai importante. Asadar progresul societatii si conditiile de viata ale oamenilor

depind de posibilitatea de asigurare a energiei si evolueaza in acelas ritm.

Datele statistice ale dezvoltarii economiei nationale confirma Aceasta teza , astfel ca in intervalul 1950-1990 productia globala de energie a crescut de peste 40 de ori.

Politica de utilizare a resurselor de energie in tara noastra urmareste asigurarea bazei energetice necesara dezvoltarii economiei nationale si in ritmul cerut de aceasta.

Valorificarea rationala a diferitelor resurse a luat forme multiple datorita faptului ca dispunem de resurse energetice primare variate dar limitate cantitativ: carbune, titei, gaze naturale,resurse hidroenergetice si nucleare precum si resurse in curs decercetare in vederea valorificarii lor in perspectiva la o scara mai semnificativa (energie solara, eoliana, geotermala, mareica, etc.)

Un rol deosebit de important in energetica il are ramura energiei electrice si trebuie aratat ca evolutia productiei de energie electrica cat si dezvoltarea capacitatii unitare de productie din centralele electrice precum si a capacitatii de transport a retelelor electrice s-a situat intr-o

continua crestere atingandu-se in prezent puteri unitare de 330 MW in CTE, 660 MW in CNE si 200 MW in CHE iar capacitatea unitara de transport pe LEA de 400 kV si 420MVA pe un singur circuit.

Randamentul net al CTE cu condensatie este plafonat superior la valori de 32.39%, in functie de combustibilul folosit cat si de parametrii

aburului utilizat. La centralele de termoficare, randamentul realizeaza valori de doua ori mai bune, intrucat caldura care s-ar fii evacuat cu apa de racire este folosita in termoficare sau in procese tehnologice.

Dezvoltarea centralelor electrice de termoficare reprezinta principala cale de urmat, pentru cresterea in viitorul apropiat a randamentului centralelor termoelectrice.

Noile centrale de termoficare vor fii echipate cu grupuri de 50MW pentru cele urbane si de 150MW pentru cele industriale.

Realizarea circuitului termic al centralei de termoficare tine de prezenta a doua surse de caldura, una calda care cedeaza caldura Q1 si una rece careia agentul ii cedeaza caldura Q2.

Tipul de turbina utilizat in centrala electrica de termoficare este unul de condensatie si cu prize reglabile.

1.1.1. Principalele elemente componente ale centralei

A. Generatorul de abur reprezinta un complex de instalatii care realizeaza transformarea energiei chimice a combustibililor in caldura, sub forma de abur sau apa calda pe care o furnizeaza unui consumator.

Generatorul de abur se mai numeste si cazan de abur. Transformarea energiei chimice a combusibililor in caldura se realizeaza prin procesul de ardere al acestora in urma careia se degaja caldura, care la randul ei se transfera apei care circula prin tevile cazanului transformandu-se in abur.

Dupa modul de realizare a circulatiei prin cazan, acestea se clasifica in :cazane cu circulatie naturala , cazane cu circulatie fortata unica , cazane cu circulatie fortata multipla sau cu recirculatie.

Principalii parametrii ai cazanelor de abur sunt :

-debitul nominal Dn

-presiunea nominala Pn

-temperatura nominala

B.Morile de carbune

Morile de carbune reprezinta consumatori importanti de energie electrica , motoarele de actionare avand puteri nominale cuprinse intre 200 si 1000 kW in functie de tipul si capacitatea de macinare.

Tensiunea de alimentare a motoarelor este de 6 kV si sunt de tipul asincron cu rotorul in scurtcircuit de constructie capsulata datorita conditiilor in care acestea lucreaza, intr-un mediu cu praf si umiditare .

Ansamblul morii impreuna cu linia de actionare sunt fixate pe o fundatie masiva din beton armat stuata la baza cazanului de abur.

In functie capacitate cazanului , de necesarul de carbune preparat tipul morilor aceste sunt in numar de 4 sau 6 mori.

Morile de preparare a prafului de carbune au multiplu rol si anume :

-macinarea carbunelui pana la obtinerea de praf cu finetea dorita

- uscarea prealabila a carbunelui

- recircularea gazelor de ardere de la partea superioara a cazanului la partea inferioara.

Pentru fiecare cazan si tip de carbune apare o finete de macinare optima, care conduce la minimizarea pierderilor de energie prin nearse si lucru mecanicde macinare.

Uscarea carbunelui are loc atat in moara propriuzisa cat si intr-o instalatie aferenta morii numita tub de prelevare ,montata in amonte.

In functie de tipul si calitatea carbunelui se intalnesc mai multe tipuri de mori :

-mori lente de tipul morilor cu tambur si bile sau moara cu platou si bile.

- mori rapide ca cele cu coicane sau ventilator sau moara cominata cu ciocane si ventilator.

C. Ventilatoare

Ventilatoarele ce asigura la un cazan de abur circulatia aerului, a gazelor de ardere, recircularea gazelor de ardere si a amestecului aer - praf din morile de carbune sunt de doua tipuri:

radiale (centrifugale)

axiale (tip elice).

Ele se caracterizeaza prin debite de agent vehiculate relativ mari si cresteri de presiune mici.

Puterea absorbita de ventilator este:

Tinand cont ca: , puterea ventilatorului se mai poate scrie:

Unde:

Vg - debitul de fluid in m³/s;

Dg - debitul masic de fluid in Kg/s;

H - inaltimea de refulare in m coloana de gaz;

- inaltimea totala de refulare in N/m²;

- randamentul ventilatorului

- masa specifica a fluidului [Kg/m³];

g - acceleratia gravitationala m*s².

Randamentul ventilatoarelor depinde de calitatea constructiei si de starea de uzura a paletajuli.

D.Pompe de hidroamestec

Zgura rezultata din arderea combustibililor solizi este extrasa din cazan pe la parte inferioara a cazanului, cu ajutorul unui transpotor tip banda cu racleti ,este racita , concasata si evacuata din sala cazanelor in stare umeda.

Pentru toate instalatiile actuale din cauza volumelor mari de transportat se utilizeaza transportul hidraulic.

Din bazinul care colecteaza in mod continuu ,hidroamestecul este pompat catre depozitul de cenusa cu ajutorul unor electropompe speciale de hidroamestec numite Pompe Bagger

Aceste electropompe in functionare au o uzura rapida a rotoarelor,avand in vedere proprietatile abrazive ale fluidului pompat,iar inlocuirea rotoarelor trebuie prevazuta dupa o anumita perioada. 

In statiile de pompare de regula se prevad reserve de electropompe cu mai multe conducte de evacuare a hidroamestecului.

Parametrii caracteristici ai unei electropompe sunt :

-puterea nominala a motorului de actionare Pn [kV]

-debitul maxim refulat Dn [mc/h]

-inaltimea maxima de refulare Hmax [mca]

-N numarul de rot/min.

H. Virorul

Virorul este instalatia cu ajutorul careia se invarte rotorul la pornire, inainte de a se introduce abur in turbina si la oprirea ei.

Cuplul de invartire poate fi dat de:

un motor electric actionand printr-un demultiplicator si un angrenaj

asupra rotorului;

un camp electric rotativ creat de un bobinaj creat in jurul uneia din cuplele rotorului care functioneaza cu un motor electric asincron cu rotorul in scurtcircuit cu un numar foarte mare de poli;

o turbiona hidraulica actionand in capatul rotorului si folosind ca

mediu de actionare ulei sub presiune din sistemul de ungere.

In functie de turatia rotorului cuplarea si decuplarea virorului se poate face automat.

Turatia obisnuita data de viror este cuprinsa intre 2÷10 rot/min.

Atunci cand actionarea se face hidraulic, aceasta turatie poate fi mai mare.

G. Pompe de alimentare

Pompele de alimentare au rolul de a ridica presiunea apei din circuitul termic la cea necesara introducerii in cazan. Aceste pompe sunt de tip centrifugale multietajate de presiune mare si functioneaza la temperatura ridicata, aspirand apa din reezrvorul degazorului termic, unde in majoritatea cazurilor temperatura este de 140-180^oC.

Prin puterea absorbita si prin functia pe care o indeplinesc, aceste pompe constituie cel mai important consumator de servicii interne intr-o centrala termoelectrica.

Pompele de alimentare se dimensionalizeaza cu rezerva numerica si cu rezerva in ceea ce priveste sursa de energie.

In cazul centralelor electrice cu alimentarea cazanelor prin bare colectoare, rezerva pompelor de alimentare se determina in comun pentru intreaga centrala.

In cazul instalatiilor sistem bloc, rezerva pompelor de alimentare este realizata individual pe bloc.

Pentru unitatile de putere mijlocie antrenarea pompelor de alimentare se face cu motor electric .

Antrenarea electrica a pompelor este limitata de consecintele puterii unitare a motoarelor electrice (marirea aparatajului - puterii de rupere din instalatiile de servicii interne).

Antrenarea pompei cu turbina se impune la puteri peste 400MW.

Numai in cazuri exceptionale, la puteri mari, pompa poate fi antrenata de doua motoare electrice.

Numarul electropompelor "n­_ep" este fata de numarul cazanelor "n_c" n_ep=n_c+1

F. Condensatorul

Condensarea aburului destins in turbina are loc in condensatoare, construite cu aparate de schimb de caldura de amestec - racite cu apa, de suprafata - recite cu aer sau de suprafata racite cu apa.

Condensatorul turbinei racit cu apa are doua pompe principale:

pompele de condensta principal;

pompele de apa de racire.

Aceste pompe sunt servicii interne principale fiinca fara ele grupul nu poate functiona.

Pompa de condensat extrage apa condensata din condensator si o refuleaza in circuitul de preincalzirepana la degazor.

Puterea pompei de condensat este data de relatia:

unde:

D = debitul pompat de pompa de condensat [Kg/s]

H = inaltimea totala de refulare a pompei de condensat [m]

= randamentul pompei

In cazul unui degazor lucrand la presiunea de 6 bar, inaltimea de refulare a pompei este de 100÷120 m.

Pompele de apa de racire asigura circulatia apei de racire prin condensator, racitorii de ulei si racitorii generatorului.

Putera acestor pompe este mai mare decat puterea pompelor de condensat, ele fiind antrenate de motoare de putere ridicata la tensiunea de 6 KV.

Obisnuit aceste sunt motoare asincrone cu oi singura turatie sau cu doua turatii, asigurand astfel un reglaj al debitului in doua trepte.

E. Turbina cu abur

Turbina cu abur reprezinta instalatia in care aburul generat de cazan se destinde pana la presiunile si temperaturile reduse corespunzatoare prizelor reglabile si condensatorului in vederea obtinerii de lucru mecanic.

Din punct de vedere al tipului turbinelor utilizate in centralele industriale se disting:

a) turbine cu contrapresiune;

b) turbine cu condensatie si prize de abur;

c) turbine cu condensatie.

In turbine cu contrapresiune, aburul furnizat de la cazan la presiuni inalte se destinde la presiunea necesara de lucru pentru procesele tehnologice , rezultand o putere mecanica transmisa generatorului electric de circa 20÷30% din puterea termica. Exista turbine cu contrapresiune simpla si turbine cu contrapresiune si prize reglabile cand sunt necesare doua circuite de abur la presiuni diferite.

In turbine cu condensatie si prize de abur, aburul furnizat de cazan este trecut printr-o treapta de inalta presiune unde se destinde de la 90 sau 140 bar la 1-2 bar. O parte a aburului este dirijata spre procese tehnologice, iar alta spre o treapta de joasa presiune si condensator.

In turbine cu condensatie, aburul furnizat de cazan este utilizat numai pentru producerea de energie electrica, caldura reziduala rezultata la iesirea din turbina avand un nivel de temperatura prea scazut pentru utilizarea in instalatii tehnologice.

1.2. Structura si calculul circuitului termic al centralei de termoficare

Structura circuitului termic al centralei trermoelectricecu abur, depinde de mai multi factori si anume:

de tipul centralei (regimul de functionare);

de puterea nominala a grupurilor turbogeneratoare;

de tipul turbinelor cu abur;

de conditiile referitoare la circuitul hidrotehnic si de apa de adaos.

Pentru calculul termic se utilizeaza relatiile de calcul din

Intrucat se cunoaste puterea unitara P_B=50MW iar centrala este de termoficare in condensatie cu priza urbana se alege din [5] tabelul 1.1., schema 3b cu parametri corespunzatori:

- parametri initiali:

P₀ - presiunea abur viu: 180 bar

t₀ - temperatura abur viu: 565^oC

P_URB - presiunea la priza urbana: 2,2 bar

P_B - puterea unitara: 50 MW

Schema de principiu a C.T.E. de termoficare in condensatie:

Un grup dintr-o centrala de termoficare cuprinde in principiu urmatoarele iunstalatii:

cazanul "a" in care se genereaza abur cu presiune si temperatura ridicata;

conductele "b" de transport al aburului viu;

turbina "c" care destinde aburul generat de cazan pana la presiunile si temperaturile reduse corespunzatoare prizelor reglabilesi condensatorului "e";

generatorul electric "d", antrenat de turbina de abur prin intermediul caruia 35÷40% din caldura introdusa in ciclu prin cazanul de abur este transformata in energie electrica livrata in S.E.E.

instalatia de condensare "e" care elimina spre mediul ambiant caldura neutilizata pentru producerea energiei electrice;

prizele reglabile "f" in care aburul este destins pana la o preiune intermediara intre cea a cazanului si cea a instalatiei de condensare;

grupul de preincalzire a apei de alimentare "h" (joasa presiune) si "k" (inalta presiune);

degazorul "i";

pompa de abur "j".

1.2.1. Stabilirea parametrilor caracteristici ai circuitului termic

a)   presiunea de condensare P_C.

Temperatura de condensare a aburului:

unde:

= temperatura apei de racire - 21.5^oC

= incalzirea optima a apei din condensator =(8÷10)^oC

= diferenta terminala de temperatura a condensatorului =(3÷5)^oC

b)   presiunea de supraincalzire intermediara

P_Sii=(0.18÷0.26)P₀

P_Sii=0.22*180=39.6bar

c) temperatura apei de alimentare

t_al=(0.66÷0.75)t_s

t_al=0.705*356.96=251.65­­^oC

d) estimarea cresterii de entalpie pe pompa de alimentare

- presiunea in degazor - P_DEG=4÷8bar

P_DEG=6bar

- presiunea de refulare a pompei de alimentare

P_al=(1.2÷1.25)P₀

P_al=1.225*180=220.5bar

- randamentul hidraulic al pompei de alimentare

- V'(P_DEG) - se citeste din tabelele lui A. Leca si Prisecaru "Proprietati termofizice si termodinamice".

V'(P_DEG)=0.0011009 m³/Kg

e) stabilirea pierderilor de presiune si temperatura in circuitul termic

i₂=i₁

i₁=f(p₁,t₁)=3460Kj/Kg din diagrama i-s

f) evaluarea randamentelor interne ale corpurilor turbinei

- randamentul mecanical grupului turbina-generator la puterea nominala se poate aproxima cu relatia:

- randamentul generatorului are o valoare preliminara prin relatia:

1.2.2. Calculul circuitului termic

Schema circuitului termic la o turbina de termoficare in condensatie cu prize reglabile corespunzatoare alimentarii consumatorilor urbani devine urmatoarea:

Fig. 2. - entalpia aburului la priza echivalenta B.

- entalpia condensatorului secund al preincalzitorului echivalent

i_al=f(t_al;p_al)=1090.7Kj/Kg

- entalpia condensatorului returnat de condensatorul urban:

- ecuatia de bilant termic

1.2.3. Consumul de abur

In functie de putere se apreciaza si

- Randamentul intern

Din diagrama i-s se determina caderea teoretica H_t si caderea interna

- Se determina punctul A la intersectia p₁ cu t₁

- Se coboara verticala AB_t pana la intersectia cu izobara

P_e=0.05 si rezulta H_t=i₁-i_ci

H_t=3460-1980=1480Kj/Kg

H_i=0.816*1480=1207.68Kj/Kg

ic=3460-1207.68=2252.52Kj/Kg

-entalpia aburului la priza echivalenta C.

- entalpia condensatului secundar al preincalzitorului echivalent C

- ecuatia de bilant termic

i_c=f(P_c)=137.77Kj/Kg

Debitul de abur al condensatorului turbinei in cazul condensatiei pure (D_URB) este

- debitul de abur la intrarea in turbina in acest regim este:

D₁=(1+a_c)Dc=29.0852Kg/s

1.2.4. Calculul indicilor specifici

- debitul specific de abur

- consumul specific de caldura al grupului turbogenerator pentru producerea energiei electrice in condensatie.

1.3. Dimensionarea echipamentelor aferente salii cazanelor

Productia nominala de abur a cazanului

Alegerea cazanelor se face pentru debitul maxim de abur necesar pe bara.

Pentru o CET cu patru grupuri se utilizeaza bare colectoare debitul de abur aferent cazanului este:

K_D - factor de supradimensionare = 1.03

n_T - numarul de turbine din centrala

Se alege cazan cu folosit pentru grupurile cu contrapresiune

1.3.2. Consumul de combustibil

Morile de carbune

Debitul nominal de combustibil consumat in cazan se determina cu expresia:

unde:

= debitul nominal de combustibil [t/b]

q₀ =puterea termica specifica primita de agentul apa-abur in cazan [Kj/Kj, abur viu]

=randamentul brut al cazanului [%]

= puterea calorica inferioara a combustibilului [Kj/Kg]

Se ia:

=9848Kj/Kg

=7.77 t/h

Debitul de carbune macinat de o moara se calculeaza cu relatia:

B

n_mf=numarul de mori in functiune

B_n=9,7125t/h

Pentru centrala debitul macinat este:

B=B_n*4=9,7125*4=38,85t/h.

Se alege in functie de debitul de carbune macinat si tipul morii puterea motorului de antrenare:

P_em=630KW.

1.3.3. Dimensionarea pompelor de alimentare

a)Deditul masic - oror al unei pompe este:

D_h= unde:

=debitul nominal al cayanului in t/h.

n_caz=numarul de cazane pe grup.

K_p=factor de supradimensionare(K_p=1,2)

N_pf=numarul de pompe in functiune in regim nominal.

D_h=1,2*420=504t/h

b) Determinarea inaltimi de pompare

Inaltimea de pompare se determina cu relatia:

H unde:

P_r=presiunea in refularea pompei de alimentare

Rezulta

P_r=1,225*P_a=220,5 bar

P_a=presiunea de aspiratie a pompei si se poate considera in mod preliminar, egala cu cea din degazor

P_aP_DEG= 6 bar

=densitatea medie a lichidului in pompa[kg/m³]

g=acceleratia gravitationala(g=9,81m/s²)

H

i=numarul de etaje

H_t=inaltimea pe treapta

i=

Debitul volumic pompat este:

Q=

D_h=debitul masic orar al pompei in t/h.

=densitatea lichidului in pompa

In functie de debitul volumic pompa si inaltimea de pompare,calulate,se alege pompa de alimentare cu urmatoarele caracteristici:

debitul volumic pompa Q=0,161[m³/s]

inaltimea de pompare H=2030m.

puterea mecanica la cupla=3590kw.

Puterea motorului electric de antrenare este data de relatia:

P_EPA=

randamentul cuplei de legatura 

pentru cuplaj rigid.

randamentul motorului electric

Se ia:

P_EPA=

Se alege motorul cu P_EPA=3800KW

1.3.4. Dimensionarea ventilatoarelor de aer si de gaze de ardere

Debitul volumic de agent vehiculat de un ventilator se determina cu relatia:

-pentru ventilatoare de aer(V.A)

-pentru ventilatoare de gaze (V.G).

unde: 

Q_VA=debitul volumic de aer vehiculat de un ventilator m³/s;

Q_VG=debitul volumic de gaze de ardere vehiculat de un ventilator m³/s;

= debitul nominal de combustibil efectiv ars in cazan Kg/s;

= volumul teoretic de aer umed necesar arderii unitatii de combustibil m³N/Kg;

= volumul teoretic de gaze de ardere umede rezultat in urma arderii unitatii de combustibil m³N/Kg

= excesul de aer in aspiratia V.A.

= excesul de aer in aspiratia V.G.

t_a= temperatura aerului in aspiratia V.A. ^oC

tga= temperatura gazelor de ardere in aspiratia V.G. ^oC

Pa= presiunea aerului in aspiratia V.A. bar

Pga= presiunea gazelor de ardere in aspiratia V.G. bar

H_Q= factor de supradimensionare a debitului

= numarul de V.A. respectiv V.G. in functiune.

n_VA=n_VG=2; K_Q=1.1 pentru

Debitul nominal de combustibil efectiv ars in cazan este:

q_n - reprezinta pierderea relativa datorata arderii incomplete: q_m=1

Volumul teoretic de aer umed necesar arderii unitatii de combustibil solid:

Volumul teoretic de gaze de ardere umede rezultat in urma arderii unitatii de combustibil solid :

Excesul de aer se calculeaza cu relatia:

unde:

excesul de aer in focar;

excesul de aer in preincalzitorul de aer rotativ;

excesul de aer in sistemul de preparare a combustibilului;

excesul de aer in canalele de gaze de ardere ale cazanului pana la admisia in V.G.

Sunt luate valorile lui si .

Parametrii de intrare ai aerului () se aleg pentru conditiile cele mai dezavantajoase de functionare.

35 C ;

Se alege 150 C, iar .

Cu datele de mai sus se determina si .

.

Puterea necesara antrenarii ventilatoarelor de aer si de gaze de ardere:

a) Puterea mecanica necesara la cupla este:

pentru ventilatorul de aer:

pentru ventilatorul de gaze de ardere:

unde:

factor supradimensionare al puterii;

cresterea de presiune in V.A. kPa;

cresterea de presiune in V.G. kPa;

randamentul ventilatorului de aer;

randamentul in V.G.

Din [5], tabelele 2.9 si 2.10 se ia si .

b) Puterea motorului electric ce antreneaza ventilatorul este:

respectiv:

Se alege puterea motorului electric de 800kw.

1.4. Surse de alimentare si consumatorii instalatiei de servicii proprii

Pentru antrenarea diverselor utilaje din cadrul unui grup energeic se folosesc de regula motoare electrice.

Alimentarea de baza a serviciilor proprii se face de la generatorul grupului iar rezerva de alimentare se face din sistemul la care grupul este conecrat.

Pentru alimentarea serviciilor proprii se prevad transformatoare coboratoare instalatii de distributie si retele complexe de alimentare.

Ca surse auxiliare independente se folosesc baterii de acumulatori si grupuri Diessel-electrice cu pornire rapida.

Elementele ce sunt absolut necesare pentru o functionare sigura si economica a centralei sunt : mecanisme de antrenare, motoare electrice, turbine cu abur, receptoare de energie electrica de toate tipurile, retele electrice in cablu, instalatii de distributie, potectii prin relee, sisteme de bare, transformatoare coboratoare, surse de energie independente de sistem, instalatii de automatizare si comanda, etc.

Toate aceste elemente alcatuiesc « sistemul de servicii proprii » si are drept scop alimentarea si siguranta in functionare a CET.

Transformatoarele de servicii proprii reprezinta principala sursa de alimentare pentru instalatia de distributie de medie tensiune.

Pentru instalatia de joasa tensiune se considera ca sursa de alimentare transformatoarele racordate la barele de medie tensiune precum si grupurile Diessel- electrice.

Pentru o functionare sigura a serviciilor proprii se folosesc doua surse de alimentare : sursa principala care alimenteaza receptoarele in regim normal de functionare si una de rezerva care preia total sau partial alimentarea receptoarelor in cazul iesirii din functiune a sursei principale.

Consumatorii din cadrul serviciilor intene in functie de importanta lor, se impart in patru categorii :

-categoria 0 sau vitala, include receptoarele a caror intrerupere mai mare de 1 s duce la declansarea blocului energetic, turbinei sau cazanului, sau conduc la avarierea agregatelor din centrala, accidentari de personal, explozii, etc. In aceasta categorie se incadreaza pompele de apa racire generator, instalatia de racire cu H2

- categoria 1 la care intreruperea alimentarii duce la intreruperea proceselor tehnologice in flux continuu, necesitand perioade fixe pentru reluarea activitatii la parametrii cantitavivi si calitativi existenti in momentul intreruperii. In aceasta categorie se incadreaza moriile de carbune, pompele de hidoamestec.

categoria 2 include toate receptoarele la care intreruperea temporara nu afecteaza imediat regimul de functionare.

- categoria 3 include toate receptoarele care nu influenteaza regimul de functionare al centralei.