Jít na vyhledávání

Regenerační ohřívák

Výklad

Regenerační ohřev se používá ve velkých energetických výrobnách k zefektivnění Clausius – Rankinova cyklu a zvýšení celkové účinnosti elektrárny. Princip regenerace spočívá v odebrání částečně vyexpandované páry v určitých bodech turbíny a přihřívání kondenzátu nebo napájecí vody teplem uvolněným při kondenzaci této odběrové páry. Výměna tepla probíhá v tepelných výměnících – regeneračních ohřívácích, nacházejících se většinou nedaleko od turbíny. Jejich počet je při vícestupňové regeneraci optimalizován z hlediska tepelných spádů, konstrukce turbíny a požadované teploty napájecí vody při vstupu do kotle. Kondenzát odběrové páry z jednotlivých regeneračních ohříváků je zaveden zpět do hlavní větve kondenzátu.

Žluté regenerační ohříváky instalované v elektrárně Dětmarovice (Zdroj:  ČEZ, a.s.)

Žluté regenerační ohříváky instalované v elektrárně Dětmarovice

Dobře navržený regenerační ohřev napájecí vody snižuje množství spotřebovaného paliva a zlepšuje tím ekonomické ukazatele bloku. I když odebraná pára z turbíny již není použita k výrobě elektřiny, ale k ohřevu napájecí vody, celkový dopad na účinnost cyklu je kladný.

Rozdělení regeneračních ohříváků

Primárně se ohříváky dělí podle způsobu práce na směšovací a povrchové. Již z názvu je zřejmé, že u směšovacích ohříváků se odběrová pára fyzicky mísí s ohřívaným kondenzátem, tím kondenzuje a předává kondenzátu své teplo. V klasickém regeneračním ohřevu je většinou jeden takový ohřívák – odplyňovač (deaerátor). Odplyňovačem se nazývá proto, že jeho sekundární funkcí je termické odplyňování, jinými slovy zbavování napájecí vody kyslíku, oxidu uhličitého a dalších plynů, které se do vody dostaly přisáváním ve vakuové části a které by negativně ovlivňovaly materiály kotle především korozí. Termické odplynění je založeno na ohřevu vody na mez sytosti, při kterém se uvedené rozpuštěné plyny uvolňují a jsou odsávány mimo hlavní trasu. Odplyňovač je většinou spojen s napájecí nádrží sloužící jako dočasná zásobárna odplyněného kondenzátu na sání napájecích čerpadel před vysokotlakou regenerací.

Napájecí nádrž s odplyněným kondenzátem je většinou umístěna v horních patrech strojovny a tvoří zdroj vody pro výkonná napájecí čerpadla (Zdroj: imantsu / Shutterstock.com)

Napájecí nádrž s odplyněným kondenzátem je většinou umístěna v horních patrech strojovny a tvoří zdroj vody pro výkonná napájecí čerpadla

Druhou, častěji používanou skupinou regeneračních ohříváků jsou povrchové výměníky. Jejich provedení může být horizontální nebo vertikální. Popíšeme si vertikální typ, ale podobné uspořádání a principy platí i pro horizontální provedení. Výměník je válcová tlaková nádoba obsahující svazky teplosměnných trubek ve tvaru písmene „U“. V dolní části výměníku se nachází dvě komory s trubkovnicemi a nátrubky pro vstup a výstup kondenzátu. Ohřívaný kondenzát protéká přes vstupní komoru a trubkovnici do trubek a dále přes výstupní komoru do hlavního potrubí kondenzátu za ohřívákem. Do horní části tlakové nádoby je zavedeno potrubí odběrové páry, která v mezitrubním prostoru svazku kondenzuje a kondenzační teplo je přes stěnu trubek předáváno ohřívanému kondenzátu. V ideálním případě je teplota výstupního kondenzátu přibližně rovna teplotě, při které kondenzuje odběrová pára. Tlak ohřívaného kondenzátu musí být vždy vyšší, než tlak odběrové páry.

Vertikální regenerační ohříváky jsou velké tlakové nádoby, instalované vedle turbíny (Zdroj:momente / Shutterstock.com )

Vertikální regenerační ohříváky jsou velké tlakové nádoby, instalované vedle turbíny

Směšovací odplyňovací ohřívák tvoří společně s napájecí nádrží hranici mezi nízkotlakou a vysokotlakou regenerací, mezi kondenzátem a napájecí vodou. Kondenzací páry v kondenzátoru vzniká kondenzát, který je tlačen kondenzátními čerpadly přes výměníky nízkotlaké regenerace až k odplynění v odplyňovači. Z napájecí nádrže je již dál dopravována napájecími čerpadly přes vysokotlakou regeneraci do kotle napájecí voda.

Všechny výměníky regeneračního ohřevu včetně připojovacích potrubí jsou pečlivě izolovány, aby se zamezilo zbytečným ztrátám tepla do okolí (Zdroj: nostal6ie / Shutterstock.com)

Všechny výměníky regeneračního ohřevu včetně připojovacích potrubí jsou pečlivě izolovány, aby se zamezilo zbytečným ztrátám tepla do okolí

Další dělení regeneračních ohříváků může být například podle tlaku ohřívané vody na nízkotlaké a vysokotlaké, podle směru proudění médií na vertikální a horizontální, podle skupenství ohřívající látky na vodní a parní nebo podle konstrukce teplosměnné plochy na výměníky s rovnými nebo zahnutými trubkami.

Výhody a nevýhody regeneračního ohřevu

K výhodám výroby elektřiny s použitím regeneračních ohříváků patří:

  • Snížení množství paliva potřebného k ohřevu napájecí vody v kotli,
  • Zvýšení průtoku páry ve vysokotlaké části turbíny než v částech po odběrech – vyšší využití vysokotlaké páry,
  • Snížení množství páry protékající nízkotlakou částí turbíny – vzhledem k značným měrným objemům páry dochází ke zmenšení rozměrů NT dílů a úspoře místa i materiálů,
  • Zmenšení rozměrů kondenzátorů, které jsou dimenzovány na nižší průtok páry,
  • Potřeba menšího množství chladicí vody z důvodu menšího odvedeného tepla v kondenzátoru.

K nevýhodám lze zahrnout náklady na celé zařízení regenerace, větší složitost technologie a odběrové turbíny nebo poruchovost regenerace.

V praxi se u trubkových regeneračních výměníků setkáváme se třemi typy nežádoucích procesů, které ovlivňují jejich činnost. Nejčastější je zanášení teplosměnných ploch nánosy usazenin snižujícími přenos tepla a zhoršujícími účinnost výměníku. Tyto usazeniny mohou ještě působit korozivně na materiál trubek a vést až k porušení celistvosti teplosměnných ploch. Účinným způsobem, jak předcházet těmto jevům je dodržování chemického režimu teplonosných médií a pravidelné mechanické čištění trubek ohříváku. Posledním nežádoucím jevem, způsobujícím poruchovost výměníků je mechanická abraze v důsledku přítomnosti tuhých částic v proudícím médiu. Ochrana stejně jako v případě usazenin spočívá v dodržování kvality a čistoty medií.

Vrátit se nahoru
detail