Hőerőmű
A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából.
Hőerőmű olyan erőmű, melyben fosszilis tüzelőanyaggal fűtött gőzkazánok által termelt gőz gőzturbinát, rajta keresztül villamos generátort hajt meg, és így szolgáltat villamosenergiát. Az ilyen erőműveket általában igen nagy teljesítményekre építik és állandó üzem tartására tervezik. A korszerű hőerőművek blokkokra tagozódnak. Egy blokk minden fontos berendezésből egyet tartalmaz, úgy, hogy egy blokk önállóan is képes energiatermelésre. Ha valamelyik főberendezés (Kazán, turbina, generátor, transzformátor, stb.) Egy blokkban meghibásodik, az egész blokk leáll. Az egyik blokk kiesett főberendezését egy másik blokk hasonló főberendezése nem tudja helyettesíteni. Az 1950-es évek előtt úgynevezett gyűjtősínes rendszereket használtak, ahol például a kazánok a frissgőzvezeték segítségével ösze voltak kötve. Ez a megoldás azonban igen megnövelte a beruházási költségeket. A korszerű berendezések megbízhatósága miatt az üzemzavarok lényegesen ritkábban fordulnak elő, mint a korai években.
[szerkesztés] Tipikus szén-tüzelésű blokk sémája
| 1. Hűtőtorony | 10. Szabályozószelep | 19. Gőztúlhevítő |
| 2. Hűtővíz szivattyú | 11. Nagynyomású gőzturbina | 20. Kazán aláfúvó ventilátor |
| 3. Háromfázisú villamos távvezeték | 12. Légtelenítő | 21. Gőzújrahevítő |
| 4. Transzfomátor | 13. Tápvízelőmelegítő | 22. Légbeszívás |
| 5. Villamos generátor | 14. Szénszállítószalag | 23. Tápvízelőmelegítő |
| 6. Kisnyomású gőzturbina | 15. Szénbunker | 24. Levegő előmelegítő |
| 7. Kazántápszivattyú | 16. Szénőrlő malom | 25. Elekrosztatikus pernyeleválasztó |
| 8. Felületi kondenzátor | 17. Kazán dob | 26. Füstgázelszívó ventilátor |
| 9. Középnyomású gőzturbina | 18. Salakgyűjtő | 27. Kémény |
[szerkesztés] Gőzkazán
| 1. Szén | 9. Elgőzölögtető |
| 2. Malom | 10. Kazándob |
| 3. Szén-levegő keverék | 11. Lefúvás |
| 4. Friss levegő | 12. Gőztúlhevítő |
| 5. Aláfúvó ventilátor | 13. Nagynyomású turbinába |
| 6. Léghevítő | 14. Nagynyomású turbinából |
| 7. Gáztalanított tápvíz | 15. Újrahevítő |
| 8. Tápvízelőmelegítő | 16. Középnyomású turbinába |
| 17. Füstgáz a kéménybe |
A gőzkazán feladata hogy nagytisztaságú, magasnyomású és hőmérsékletű gőzt szolgáltasson a generátort hajtó gőzturbinának. A kázán tartalmazza a füstgázokkal működtetett tápvízelőmelegítőt (economiser) a kazándobot, a gőzfejlesztő csöveket és a túlhevítő csőkígyókat. A veszélyes gőztúlnyomás elleni védelemként a megfelelő pontokon biztonsági szelepeket építenek be. A levegő és füstgáz áramoltató berendezések a következőkből állnak: aláfúvó ventilátor, léghevítő, tüzelőberendezés, füstgázelszívó ventilátor, berendezés a lebegő pernye eltávolítására a füstgázból (elektrosztatikus és ciklonos pernyeleválasztó) és a kémény.[1][2][3] 200 MW-nál nagyobb teljesítményű egységeknél a legfontosabb gépek tartalékairól is gondoskodni kell.
[szerkesztés] Tüzelőberendezés és kazándob
A tüzelőberendezés az alkalmazott tüzelőanyagtól függ. Széntüzelés esetén általában a szenet megőrlik és a szénport levegő segítségével befujják a tűztérbe. Olaj- és gázüzelés esetén pedig megfelelően kialakított fúvókákat használnak. A tüzelőberendezés ezen kívül (elektromos) gyújóberendezést, aláfúvó ventilátort és figyelő ablakokat tartalmaz, ahol az égést ellenőrizni lehet. Ha a láng valamilyen oknál fogva kialszik és a tüzelőanyag adagolása tovább folyik, ez kazánrobbanáshoz vezethet. Ennek megakadályozására automatikus lángőrök figyelik a lángot és kialvás esetén lezárják a tüzelőanyag adagolást. Újraindítás csak a kazán megfelelelő mértékű átszellőztetése után lehetséges.
Megjegyzendő, hogy a 19. században a kazánrobbanás a kazándobban megnövekedett nyomás következménye volt, melyet az automatizálás és a biztonsági szelepek alkalmazása gyakorlatilag kiküszöbölt. A mai kazánok robbanását a tüzelőberedezés hibája okozhatja, ami legveszélyesebb a gáztüzelésű kazánoknál, azonban a ma alkalmazott biztonsági berendezések megbízhatósága kellő védelmet ad.
A kazándob a kazánnak az a része, ahol az elpárologtatott vízgőz összegyűlik. A kazándob és a túlhevítő megfelelő pontjain légtelenítő szelepek gondoskodnak arról, hogy indítás alatt a levegő eltávozhasson a rendszerből. A kazándob víztelenítő szelepekkel is rendelkezik, hogy az indítás folyamán lecsapódó vizet le lehessen engedni. A kazánban maradt víz a nagysebességű gőzzel a turbinába jutva óriási rombolást képes okozni.
[szerkesztés] Tüzelőanyag előkészítő rendszer
A szénüzelésű erőművekben a darabos nyers szenet először a széntérről a malomba szállítják, ahol kisebb darabokra őrlik, ezután a szenet finom porrá őrlik golyós malomban vagy forgó dobokban, Koller-járatban, illetve tányérmalmokban.
Egyes hőerőművek fűtőolajat, pakurát tüzelnek. Az olajat fel kell melegíteni dermedési pontja fölé, hogy szivattyúzható legyen. Általában 100°C körüli értékre melegítik elő az olajat.
Más esetben az erőmű földgázt használ fő fűtőanyagként. Egyes esetekben a földgáztüzelés csak kisegítő tüzelőanyagként szolgál, ha a szén vagy olaj adagolása kiesik. Ehhez természetesen külön gázégőkre van szükség.
[szerkesztés] Tüzelőberendezés és gyújtó apparátus
A szénporőrlő malomtól a szénport forró levegőáram fujja be a tüzelőberendezésben, melyet úgy terveztek, hogy a légáram örvényt képezzen a levegő és szénpor jobb keveredése érdekében, ez biztosítja a tökéletesebb égést.
Annak érdekében, hogy a szükséges égési hőmérsékletet elérjék, mielőtt begyújtják a szénport, a tűztér hőmérsékletetét valamilyen könnyű fűtőolajjal vagy földgázzal előmelegítik. Ehhez segédégőket használnak.
[szerkesztés] Légáramlás
A megfelelő huzat eléréséhez aláfúvó ventilátorokat építnek be, mivel a kémény statikus huzata általában nem elegendő. A ventilátor az atmoszférából szív, előszö előmelegítik a levegőt a kazánból kilépő füstgázokkal majd befújják a kazánfalban kialakított fúvókákon keresztül.
A füstgázelszívó ventilátor megakadályozza, hogy az enyhe depresszió a kazánban visszafújja a lángot. Az elszívó ventilátor elé pernyeleválasztók vannak beépítve, mely a lebegő pernye eltávolítására szolgál elsősorban a környezetvédelmi előírások miatt, de egyúttal a ventilátor erózióját is jelentősen csökkenti.
[szerkesztés] Segédberendezések
[szerkesztés] Lebegő pernye elszállítása
A lebegő pernyét a füstgáz magávalragadja és a kazánból kilépve a füstszívó ventilátor előtt elhelyezett elektrosztatikus és/vagy mechanikus (porzsákos vagy ciklonos) pernyeleválasztó különíti el. Ezeket alatt a pernyeleválasztók alatt pernyegyűjtő bunker van, amelyet szakaszosan ürítenek és a leválasztott pernyét általában pneumatikus úton távolítják el. A ciklonos pernyeleválasztó hengeres edény, melybe a füstgáz érintőleges nyíláson jut be és az áramlatot spirális pályára kényszerítik. A centrifugális erő kiválasztja a füstgázból a pernyerészeket, majd azok lepotyognak a ciklon fenekére. A pernye ezután silókba kerül, ahonnan teherautókkal vagy vasúton elszállítják.
[szerkesztés] Salakkezelés
Minden kazán alján gyűjtőteret alakítanak ki, ahová a nem szálló pernye formáját öltő salak és esteleg a kazán faláról leváló samot lehullik. Ezt a gyűjtőteret vízzel állandóan feltöltik, hogy lehűtse a lehulló anyagot. Egy berendezés az összegyűlt anyagot összezúzza, hogy utána szálítószalagon el lehessen szállítani a raktározási helyre.
[szerkesztés] Kazán tápvízelőkészítés és tárolás
Az erőműben felhasznált gőz a kondenzátorban lekondenzálódik és a kazántápszivattyú visszaszállítja a kazánba, hol a folyamat újrakezdődik. Elméletileg nincs vízveszteség, valójában azonban a gőzturbina tengelytömítésein éllandóan kis mennyiségű gőz a szabadba távozik, és más tömítetlenségek is lehetnek. Emiatt a tápvíz flyamaos pótlásáról gondoskodni, nem beszélve az erőmű indításáról, amikoris az egész rendszer fel kell tölteni a szükséges mennyiségű vízzel. A nemcsak a tengervíz, hanem a nyers édesvíz is tartalmaz sókat, az előbbi főleg nátrium-kloridot (konyhasó), az utóbbi pedig elsősorban a kalcium és magnézium sóit, melyek a víz keménységét okozzák. A korszerű kazánok és gőzturbiák teljesen sótalanított vizet igényelek, mert a víz sótartalma lerakódik a berendezés egyes helyein néha igen kemény bevonatot képezve, ezek a kazáncsövek túlhevülését és tönkremenetelét okozhatják (mivel a sólerakódás jó hőszgietelő), a turbina lapátokra lerakódva pedig áramlási veszteséget, de súlyos esetben lapáttörést is előidézhetnek.
A sótalaníó berendezés általában kation, anion és kevert ioncserélő gyantákat tartalmaz, melyek a sók ionjait hidrogén és hidroxil ionokra cserélik, azaz vegyileg tiszta vízre. Az ioncserélt víz, mivel igen nagy tisztaságú, erősen korrozív, mivel az atmoszférából nagymennyiségű oxigént képes abszorbeálni.
A sótalanító telep kapacitását a nyersvízben oldott sók fajtája és mennyisége szqabja meg. Bizonyos tárolókapacitásra azonban szükség van, mivel a aótalanító időszakos karbantartásra és javításra szorul. Erre a célra egy tárolótartályt építenek be a rendszerbe, melyet a sótlanító állandóan tölt, a kazán pedig innen kapja a pótlást. A tárolótartályt koorózióna ellenálló anyagból készítik, általában PVC-ből, a csővezeték és a szelepek pedig korrózióálló acélból készülnek. A sótalanító bererndezés általában a felületi kondenzátor gőzoldalához csatlakozik (vagyis a vákuum alatti oldalhoz). Ez a berendezés nemcsak bepermetezi a sótalanított vizet, hanem egyben légteleníti is a kondenzétor saját gőzsugár légszivattyúja által.
[szerkesztés] A gőzturbina és generátor
A gőzturbina több, egymáshoz kapcsolt turbinaforgórészből és házból áll, a tengely végéhez a villamos generátor csatlakozik. Az egész gépcsoport tekintélyes méretű, minegy 30 m hosszú egységet alkot. Általában a turbina három részből áll: nagynyomású, középnyomású és kisnyomású részből. Ahogy a gőz expandál a turbinában, térfogata fokozatosan nő, így a turbina átömlő keresztmetszete és a lapátok mérete is egyre nagyobb lesz. A kisnyomású turbinát két egyforma részre is szokás osztani emiatt. A teljes forgó tömeg együttesen a 200 t-t is eléri, de ugyanakkor igen kis rések vannak az állórész és a forgórész között. A turbina tengelyirányú hőtágulása a 30-35 mm-t is elérheti. A turbina leállítása után egy külön hajtómű, a tengelyforgató berendezés kis fordulatszámon (3-20 1/p) tovább forgatja a forgórészt, hogy elkerülje a tengely nem egyenletes lehűléséből származó elgörbülését és ennek következtében kiegyensúlyozatlanságát, ami az újraindításnál tönkretehetné a berendezést. Hálózati feszültség kimaradása esetén csak az alábbi rendszerek kapnak energiát az akkumulátoros vészáramforrásból: a turbogenerátor kenőolajrendszere, a tengelyforgató berendezés, a távközlési hálózat, a vészvilágítás, és a riadórendszer.
A kazántól a turbináig vezető frissgőz csővezeték átmérője 350-400 mm, a turbinába belépő gőz hőmérséklete 540 °C, nyomása pedig 130-200 bar (13-20 MPa). A nagynyomású turbinából kilépve a gőz hőmérséklete mintegy 320 °C-ra, nyomása pedig körülbelül 40 barra (4 MPa) csökken. Ezt a gőzt visszavezetik a kazánba, újrahevítik 540 °C-ra és így lép be a középnyomású, majd a kisnyomású turbinába. A gépcsoport utolsó tagja a ~9 m hosszú és ~3,7 m átmérőjű állórészből és forgórészből álló generátor. A gépcsoport fordulatszáma általában 3000 1/p Európában, Ázsiában (Kivétel Japán és Korea) és Óceániában és 3600 1/p Észak-Amerikában. A korszerű nagy turbogenerátorok 500 MW teljesítményt is elérik, a generátor kapcsain leadott áram feszültsége a 24 000 V-ot, áramerőssége a 21 000 A-t is eléri.
A gépcsoport siklócsapágyakban forog. A turbina részeit alkotják a szabályozószelepek, és a biztonsági gyorselzáró szelepek, valamint a fordulatszám szabályozás és túlfordulatvédelem.
[szerkesztés] Kondenzátor
A felületi kondenzátor egy hengeres köpenyből és benne két csőfal között sárgaréz vagy acél csövekből álló hőcserélő..[4][5][6][2] A kisnyomású turbinából kilépő gőz a kondenzátorba jut, ahol lehűl és folyékony vízzé csapódik le.
A kondenzátorokból gőzsugár légszivattyú (injektor) vagy villanymotorral hajtott forgó légszivattyú távolítja el levegőt és tartja fenn a vákuumot. A kondenzátor nagymennyiségű hűtővizét vagy természetes vizek (tó, folyó, tenger) vagy hűtőtorony hűti vissza a víz egy részének elpárologtatásával.
[szerkesztés] Gáztalanító
A tápvíz és a póttápvíz hideg állapotban általában oldott gázokat tartalmaz. A kondenzátorban vákuum uralkodik, ezért a tömítetlenségeken keresztül levegő jut állandóan a rendszerbe, aminek mennyiségét a gőzsugár légszivatyú csak csökkenteni tudja, de teljesen megszüntetni nem. A póttápvízbe viszont a sótalanítás folyamán széndioxid kerül, ami korróziót okozhat. A kazán üzeme számára fontos, hogy a tápvízből a levegőt és más, különösen az agresszív oldott gázokat eltávolítsák, hogy elkerülhető legyen a fém korróziója.
A hőerőművek erre a célra gáztalanítót használnak. A gáztalanító általában egy vízszintes víztartály, az úgynevezett táptartály, mely a tápvíz tárolására szolgál, tetején egy függőleges légtelenítő dómmal.[2][3][7]
A termikus gáztalanítók a vízben oldott gázokat forralással távolítják el. A Dalton-törvény értelmében ugyanis a folyadékban oldott gázok parciális nyomásának összege egyenlő a közeg nyomásával, forrásban lévő víz tehát nem oldhat más gázokat. A gáztalanító dómja tulajdonképpen egy keverő hőcserélő, ahol a felülről bepermetezett tápvíz az alulról felfelé áramló fűtőgőzzel találkozik. A gőz felforralja a vizet, melyből az oldott gázok a gőzdóm tetején lévő csövön keresztül a fennmaradt gőz és gázok keverékét leszívják, és a gőzt a párakondenzátorban lekondenzálják.
Más elven működő gáztalanítók is léteznek, majdnem minden gyártó más és más gáztalanítót készít.[7][8] A legtöbb gyártó az előír feltételek mellett üzemeltetett gáztalanító esetén garantálja, hogy a gáztalanított vízben az oxigén mennyisége nem éri el a 0,005 cm³/l értéket.[7][9]
[szerkesztés] Segédberendezések
[szerkesztés] Hidraulikus rendszer
A gőzturbina és generátor két hidraulikus rendszert igényel. Az egyik a kenőolajrendszer, melyet üzemi körülmények között a turbináról hajtott olajszivattyú működtet, indításhoz és a turbina leállítása után azonban külső energiaforrásról (rendszerint elektromos) üzemelő segédszivattyú keringet. A másik rendszer a hidraulikus működtetsésű szabályozó és biztonsági rendszer. A turbina szabályozószelepeit hidraulikus munkahengerek nyitják és zárják, a vezérlésüket fordulatszámszabályozó (centrifugál regulátor) látja el, ameddig a generátort rá nem kapcsolják az országos vagy regionális elektromos hálózatra. A turbina megfutás elleni védelmét a szabályozószelepeken kívül a gyorszáró szelepek látják el, ezeket egy túlfordulatvédő kapcsolja le, ha a turbina fordulatszáma veszélyesen megnőne. (Ilyen eset általában akkor fordul elő, ha az elektromos hálózat üzemzavara miatt a generátort hirtelen lekapcsolják a hálózatról.) A gyorszáró szelepek szintén hidraulikával működnek. A két hidraulikus rendszerhez azonos kenőolajat is használhatnak, de gyakran a vezérlés hidraulikáját nem tűzveszélyes hidraulika folyadékkal működtetik.
A hidraulika rendszert nyomásszabályozással és olajhűtővel látják el.
[szerkesztés] Generátor hűtés
A generátor üzemi veszteségei a generátort melegítik. A hőenergia formájában jelentkező veszteségeket el kell vezetni, a generátor állórészt és forgórészt is hűteni kell. A kis egységeket egyszerűen levegővel hűtik hasonlóan a kis villanymotorokhoz. A különbség annyi, hogy a levegőt zárt körben keringetik és az úgynevezett körléghűtőben víz-levegő hőcserélőkkel visszahűtik a környezet hőmérsékletére. Nagyobb teljesítmények esetén azona levegő helyett hidrogént használnak hűtőközegül, mivel a hidrogénnek van a legjobb a hőátadási tényezője az összes ismert gáz közül. Ismeretes azonban a hidrogén robbanásveszélyességét, ezért különleges konstrukcióra és külölneges üzemvitei szabályokra van szükség. Annak érdekében, hogy a hidrogén még nyomokban se szökhessen meg a rendszerből, a generátor forgó és állórésze közötti rést speciális olajos tömítések zárják le. Az olaj azonban oldja a hidrogént, ezért onnan is el kell távolítani, mielőtt visszakeringetik a rendszerbe. Leállásnál a tömítést biztosító hidraulikának tovább kell üzemelni, míg a rendszerből a hidrogént e nem szívják és semleges gázzal (CO2 átmossák. Ez bizosítja, hogy a rendkívül gyúlékony hidrogén ne jusson a levegő oxigénjéhez.
Egyes nagyteljesítményű generátorokat vízzel hűtenek. Mivel a generátor tekercsek mintegy 22 kV feszültségen is lehetnek és a víz elektromos vezető, teflon szigetelést építenek be a víz és a feszültség alatti tekercsek elválasztásához. A hűtéshez sótalanított vizet használnak, melynek kisebb a vezetőképessége.
[szerkesztés] A nagyfeszültségű rendszer
A háromfázisú generátort nagyfeszültségű vezetékek kötik össze a szakaszolókon és megszakítókon keresztül a transzformátorokkal. A generátorok kapocsfeszültsége 10kV és 20KV szokott lenni. A transzformátorok az elektromos áram feszültségét a generátor feszültségéről 110 kV-ra vagy 220 kV-ra alakítják át, ami lehetővé teszi az elektromos energia szállíását kisebb veszteségekkel.
A szükséges védelmi berendezések és a műszerek érzékelői a rendszer részeit képezik.
[szerkesztés] Vezérlés és szabályozás
Az erőmű teljes felügyelete a vezénylő teremben történik, ahol a személyzet az egész erőmű mindne berendezésének működéséről képet kap a megfelelő műszerek segítségével. Az erőmű szabályozása és biztonsági berendezéseinek működtetése teljesen automatikus. Néha azonban kézi beavatkozás is szükséges. Így a telep fontos paramétereiről a figyelő és riasztó berendezések tájékoztatják a kezelőszemélyzetet, akik komoly veszély esetén manuálisan be tudnak avatkozni.
Az erőmű vészáramforrással és hálózattal redelkezik üzemzavar esetére, melyet ólomakkumulátorok táplálnak. Ezek biztosítják, hogy a szabályozóberendezések, a kommunikációs rendszer, a turbina és generátor kenőolajrendszere és a vészvilágítás állandóan működőképes maradjon. Ez szükséges ahhoz, hogy az erőművet biztonságosan leállítsák üzemzavar esetén.
[szerkesztés] Tüzelőanyag szállítás és tárolás
A széntüzelésű erőművekhez a szenet a szénbányából teherautóval, uszállyal, hajóval vagy vasúton szállítják. Vasúti szállítás esetén általában egy teljes szerelvény szenet szoktak egyszerre szállítani. A vasúti kocsikat az erőműnél kocsibuktatóval ürítik ki, amely egy olyan berendezés, mely az egész megrakott tehervagont megfordítja és így szórja ki a tartalmát, amely egyenesen a szállítószalagra ömlik. A szén malomba jut, ahol először darabolják mintegy 6 mm-es szemcsékre, majd a tároló hányóra kerül. Megjegyzendő, hogy a szabadban tárolt szén lassú égessel állandóan veszít tömegéből, az erősen illékony szénhányók pedig öngyulladásra is hajlamosak. A darabolt szén végül a szénbunkerbe kerül egy másik szállítószalag rendszerrel, ahonnan a tüzelőberendezésbe jut.
[szerkesztés] Lásd még
- Hűtőtorony
- Kémény
- Geotermikus energia
- Atomenergia
- Erőmű
- Kazán
- Rankine-körfolyamat
- Magyarországi erőművek listája
[szerkesztés] Referenciák
- ^ British Electricity International (1991). Modern Power Station Practice: incorporating modern power system practice, 3rd Edition (12 volume set), Pergamon. ISBN 0-08-040510-X.
- ^ a b c Babcock & Wilcox Co. (2005). Steam: Its Generation and Use, 41st edition. ISBN 0-9634570-0-4.
- ^ a b Thomas C. Elliott, Kao Chen, Robert Swanekamp (coauthors) (1997). Standard Handbook of Powerplant Engineering, 2nd edition, McGraw-Hill Professional. ISBN 0-07-019435-1.
- ^ Air Pollution Control Orientation Course from website of the Air Pollution Training Institute
- ^ Energy savings in steam systems Figure 3a, Layout of surface condenser (scroll to page 11 of 34 pdf pages)
- ^ Robert Thurston Kent (Editor in Chief) (1936). Kents’ Mechanical Engineers’ Handbook, Eleventh edition (Two volumes), John Wiley & Sons (Wiley Engineering Handbook Series).
- ^ a b c Pressurized deaerators
- ^ Tray deaerating heaters
- ^ Deaerator Presentation
[szerkesztés] Lásd még
[szerkesztés] Forrás
- Pattantyús Gépész- és Villamosmérnökök Kézikönyve 4. kötet. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1962.
