Термоелектране на фосилна горива

Термоелектране на фосилна горива

Термоелектране су постројења у којима се хемијска енергија горива претвара у електричну енергију.

Могу још и да се дефинишу као енергетска постројења која енергију добијају сагоревањем горива, а главна примена и сврха термоенергетских постројења је производња паре која ће покретати турбину, а потом и генератор електричне енергије.

Принцип рада термоелектране

Процес рада термоелектране се састоји од следећих операција:

• снабдевање горивом (угљем, нафтом, гасом),
• парни котао,
• механички део и
• делови за одвођење топлоте и гасова.

У нашим условима су најчешће термоелектране на угаљ. У ложишту сагорева гориво (угаљ, нафта, гас) и производи се топлотна енергија која загрева котао. Ради бољег сагоревања користе се вентилатори који убацују кисеоник у ложиште. Загревањем воде у котлу добијамо водену пару која се користи за покретање турбине. За покретање турбине потребна је потпуно сува водена пара, па се за њено сушење користи прегрејач паре. Тако осушена пара преноси се у парну турбину, која покреће генератор, који на свом излазу даје електричну струју.

Конкретно код термоелектрана на угаљ, при сагоревању угља настају гасови који из ложишта котла преко цевовода у котлу одлазе у димњак и околну атмосферу. У парном котлу се производи пара која се у прегрејачима паре прегрева на температуру 500-600 °Ц и под притиском од 90-100 бар. Настала прегрејана пара пролази кроз парну турбину и експандира. Ту се топлотна енергија претвара у кинетичку енергију, која покреће ротор генератора. Пара која излази из турбине долази у кондензатор, хлади се и претвара у течност-воду. Тако настала вода доводи се у котао и поново се претвара у пару. Гасови из ложишта котла иду у филтере који су смештени испод димњака и кроз њих одлазе у атмосферу.

Електране на угаљ имају степен деловања добијања паре изнад 40%. Електране се граде у блоковима (основна производна јединица електропривреде у савременим термоелектранама; блок се састоји од једног постројења за производњу паре, једне кондензацијске турбине, електричног генератора и трансформаторског постројења), снаге до 4.000 МW, где је сваки блок снаге 600-700 МW. У уређајима за регистровање штетних излазних гасова региструје се садржај ЦО, ЦО2, СО2, НО и НО2.

Подела термоелектрана

Зависно од тога која погонска машина покреће синхрони генератор, постоје три основна типа ТЕ:

1. ТЕ на пару са фосилним горивима која могу бити чврста (камени угаљ, мрки угаљ, лигнит), течна (мазут и нафта) и гасовита (природни земни гас, гас из високих пећи, гас из коксних пећи) или са фисионим горивима (нуклеарне електране). Код њих је погонски мотор парна турбина.
2. гасно-турбинске ТЕ са течним и гасовитим фосилним горивима. Код њих је погонски мотор гасна турбина.
3. ТЕ чије генераторе покрећу мотори са унутрашњим сагоревањем

а постоје и:

1. ТЕ са комбинованим циклусом и
2. термоелектране-топлане. Турбине су машине у којима се топлотна енергија радног флуида претвара у механичку енергију при чему се топлотна енергија нити доводи нити одводи из турбине.

Термоелектране на чврста горива

Ове ТЕ се састоје од блокова где сваки блок представља независну целину, односно сваки блок је независна ТЕ. Један блок чине котао-турбина-генератор и трансформатор. Пу је улазна снага горива, Псп је снага сопствене потрошње електране и Пе је корисна снага електране (снага на прагу електране).

Угаљ се до ТЕ допрема на два начина. Ако је ТЕ близу рудника угља, он се допрема покретним тракама до складишта у електрани а ако је даље, угаљ се допрема железницом.

Да би се обезбедио непрекидан рад ТЕ, потребне су извесне резерве које се налазе у бункерима и треба да обезбеде једномесечни рад ТЕ у случају прекида допреме угља из рудника. У савременим ТЕ, угаљ се пре убацивања у ложиште меље и претвара у угљену прашину и она се меша са ваздухом и тако лакше сагорева. Млевење, сушење и мешање угља са ваздухом се врши у вентилаторским млиновима. За сагоревање угља у ложишту потребан је ваздух. Циркулација ваздуха кроз котао може бити природна и вештачка. Природна је могућа само код малих ТЕ помоћу високих димњака а код савремених великих ТЕ користи се принудна циркулација помоћу вентилатора за свеж ваздух (убацује га у котао) и вентилатора за димне гасове (избацује их из котла у димњак).

Уређаји за пречишћавање димних гасова могу бити:

• за издвајање чврстих честица (циклонски отпрашивачи, мокри отпрашивачи, електрофилтри),
• за издвајање оксида сумпора који када се испусте у атмосферу стварају киселе кише које уништавају шуме (у котао се могу убацити адитиви који везују оксиде сумпора или уређаји за хемијско пречишћавање димних гасова).

Оба поступка су веома скупа. Парни котао представља систем за претварање хемијске енергије горива у топлотну енергију водене паре. Парни котао се састоји од следећих елемената: ложишта, загрејача воде, испаривача (генератора паре), прегрејача паре, међупрегрејача, загрејача ваздуха, цевовода, вентила и сл. Према начину струјања воде и паре кроз испаривач, котлови могу бити са природном или принудном циркулацијом (вода испарава у више пролаза кроз цеви испаривача) или проточни котлови (вода испарава у једном пролазу). Водена пара на изласку из котла садржи одређени проценат влаге и то је влажна пара. Када се ова пара уведе у прегревач она се додатно загрева, елиминише се влага и добија се сува пара.

Парне турбине су основне погонске машине синхроних генератора у ТЕ. У њима се унутрашња потенцијална енергија водене паре претвара у механичку енергију. Парна турбина се састоји од: спроводног апарата (млазника) (може бити један или више), лопатица обртног кола, диска обртног кола и вратила.

Турбине код којих је излазни притисак нижи од атмосферског називају се кондензационе а код којих је већи противпритисне. Турбине предвиђене за рад са сталном снагом се зову базне а са променљивом снагом су регулационе.

У турбини постоје два дела: део са високим притиском (ВПТ ) и део са ниским притиском (НПТ ).

Пара која излази из дела турбине са високим притиском додатно се загрева у међупрегревачу паре, да би јој се смањила влажност, а затим се доводи у део са ниским притиском. Водена пара струји кроз млазнике и великом брзином удара у лопатице ротора турбине и ротор турбине се окреће а пошто су осовине ротора турбине и ротора генератора механички спојене окреће се и ротор генератора на чијим крајевима се добија електрична енергија. Израђена пара која напушта турбину се кондензује у кондензатору тако што јој се одводи топлота помоћу расхладне воде. Вода која се користи у парним котловима мора бити потпуно чиста и она се пречишћава у постројењу за припрему воде.

У деаератору се из воде одстрањују растворени гасови (кисеоник и угљен-диоксид) који изазивају корозију цеви и вентила. За нормалан рад ТЕ потребна је велика количина воде. Око 93% воде користи се за хлађење паре у кондензатору а само 7% за остале сврхе. Системи водоснабдевања могу бити отворени и затворени. Отворени систем се примењује када је ТЕ смештена поред неке веће реке а затворени мора имати хладњак за воду а као хладњаци се користе расхладне куле или торњеви висине до 100м.

Карактеристични радни режими ТЕ су:

• режим стартовања,
• режим нормалног оптерећења,
• режим обуставе рада и
• рад у резерви.

Режим стартовања се састоји из следећих фаза:

• припрема стартовања (провера свих система који су битни за рад котла, турбине и генератора,
• стартовање (потпала) котла (помоћу мазута).

ТЕ може да стартује из хладног (температура у котлу мања од 150 °Ц), неохлађеног (температура у котлу око 150 °Ц) и топлог стања (температура у котлу је приближна радној температури паре).

Постоје два начина стартовања:

• старт са константним притиском (прво се постигне потребан притисак паре па се онда пушта турбина у рад),
• старт са променљивим притиском (турбина се пушта у рад и пре него што се постигне потребан притисак паре).

Тако се штеди време при старту. Обустава блока може бити непланска и планска и може бити нормална и принудна (обавља се брзо) али хлађење свих елемената у било ком случају мора бити постепено. ТЕ може бити у хладној резерви (обустава рада и потпуно хлађење) и топлој резерви (котлови се ложе мазутом и раде са смањеном снагом а турбине раде у празном ходу). Степен искоришћења ове ТЕ се креће у опсегу (0.28-0.33).

Термоелектране на течна горива

То су ТЕ са гасним турбинама. Мало их има јер користе скупа течна или гасовита горива (мазут, нафту или природни гас) и гасне турбине имају нижи степен искоришћења од парних турбина. Ове ТЕ се састоје од коморе за сагоревање, гасне турбине, компресора ваздуха и електричног генератора. Радни флуид код њих је врели гас који се добија сагоревањем горива помешаног са ваздухом. Компресор ваздуха усисава ваздух из атмосфере, сабија га и предаје комори за сагоревање. Гориво се такође уводи у комору за сагоревање као течно или гасовито. Топли сагорели гасови доводе се у гасну турбину, ту се шире и покрећу лопатице ротора турбине.

За покретање овог постројења потребан је асинхрони мотор за компресор ваздуха јер се само помоћу њега може постићи висок притисак ваздуха потребан за рад ове ТЕ. Овај мотор је на истој осовини са генератором, турбином и компресором. I ове ТЕ се састоје из независних блокова.

Оне могу бити:

• са затвореном циклусом (користе тешка течна горива (мазут) а радни флуид им је ваздух и врло су ретке),
• са отвореним циклусом (користе нафту и гас а радни флуид им је ваздух).

Термоелектране са комбинованим циклусом

То су ТЕ које користе и гасне и парне турбине. Топлотна енергија ваздуха која се не може искористити у гасној турбини се користи за производњу водене паре у рекуперационом генератору паре.

Термоелектране – топлане

Оне служе за комбиновану производњу електричне и топлотне енергије. Електрична енергија се добија помоћу синхроних генератора које покрећу гасне или парне турбине. Топлота се добија из нискотемпературне водене паре или топле воде под притиском која се топловодима шаље до корисника.

Стање у Србији

Термоенергетске капацитете Електропривреде Србије чини осам термоелектрана (ТЕ): са 25 блокова укупне инсталисане снаге 5.171 МW, које као погонско гориво користе лигнит, као и три термоелектране-топлане (ТЕ-ТО) са 6 блокова укупне снаге 425 МW, које раде на течна и гасовита горива. Ови термокапацитети, производе око 69% укупне електричне енергије у Србији.