Důležitá bude i odolnost vůči korozi u koncových výhřevných ploch kotlů. Na obrázku je vidět rozdíl v parametrech páry a účinnosti elektrárny při užití různých materiálů pro výstupní přehřívák a přihřívák. Z obrázku je vidět, že materiály odpovídající oceli P91 nepřipouštějí vyšší parametry páry než 270 bar, 580/600 °C. Další vývoj ocelí legovaných wolframem, jako např. NF12, umožní dosáhnout parametry 300 bar, 625/640 °C. Intenzivně se pracuje na vývoji nových materiálů, které by umožnily docílit podstatně vyšších parametrů páry (720 °C a více než 300 bar). K tomu je však zapotřebí opustit materiály na bázi oceli a přejít k výrobě, zpracování a testování superslitin na bázi niklu.

Zvýšení účinnosti elektrárny na černé uhlí - vývojem nových materiálů a zlepšováním komponent elektrárny (zdroj : Siemens)

Karnotizace tepelného oběhu

Velmi efektivním opatřením pro zvýšení účinnosti klasického elektrárenského parního oběhu je zvýšení teploty páry. To je však limitováno odolností materiálu použitého pro oblasti pro poslední díly přehříváku proti tečení a opalu. Zvětšování tloušťky stěny trubek není řešením, neboť vede ke zhoršení provozní pružnosti kotle a k prodloužení času nutného pro najíždění a odstavování, nehledě na výrazné zvýšení pořizovacích nákladů. Potenciální zvýšení teploty přehřáté páry tedy souvisí s vývojem nových materiálů. V současné době lze při užití relativně nové oceli P 91 dosáhnout teploty 600°C při tlaku 300 bar. Hlavní její výhody v porovnání s  ocelí X20CrMoV121, která byla až dosud užívána pro oblast vysokých teplot, se projeví v oblasti teplot páry nad 540°C.

Zvýšení tlaku páry rovněž vede ke zlepšení termické účinnosti cyklu. Efektivita tohoto opatření však s rostoucím tlakem postupně klesá a po dosažení maxima není samotné další zvyšování tlaku smysluplné. Současně se zvyšováním tlaku ostré páry se posouvá expanze v posledním stupni parní turbíny do oblasti s vyšší vlhkostí, což zhoršuje termodynamickou účinnost turbíny a působí erozi lopatek posledních řad nízkotlakého dílu. Proto je nutné tlak i teplotu ostré páry zvyšovat pouze ve vzájemné závislosti podle průběhu expanzní čáry parní turbíny tak, aby koncová vlhkost nepřesahovala hodnotu y~0.12. Od určité meze je toho možné docílit pouze použitím mezipřehřívání páry.

Teplota odvodu tepla z cyklu, která je určena teplotou resp. tlakem páry v kondenzátoru, tedy parametry tzv. studeného konce, má rovněž významný vliv na celkovou účinnost cyklu. Při řešení studeného konce je třeba se zaměřit především na zlepšení geometrie výstupní části nízkotlakého dílu turbíny, na snížení tlaku v kondenzátoru a zmenšení výstupních ztrát, aby bylo dosaženo co nejnižší entalpie emisní páry. I zde jsou však určitá technická omezení daná především zvládnutelným průtočným průřezem koncového stupně turbíny a minimálním koncovým teplotním spádem na kondenzátoru, který spolu s teplotou chladící vody, jež je v dané lokalitě k dispozici, určuje tlak v kondenzátoru. Kombinace těchto parametrů určuje velikost odváděného tepla z cyklu a jemu odpovídající výstupní ztráty. Chladící voda je při užití cirkulačního chlazení s mokrými věžemi po převážnou část roku teplejší než např. mořská voda užívaná pro průtočné chlazení u elektráren poblíž moře. Proto je třeba u vnitrozemských elektráren počítat s nižší účinností.

Rovněž regenerační ohřev napájecí vody (NV) odběrovou párou má podstatný vliv na účinnost parního cyklu. Maximální teplota napájecí vody je obvykle svázána s kondenzační teplotou emisní páry z prvního dílu parní turbíny tj. z VT resp. VVT. Další „Dílčí“ zvýšení teploty NV nad tuto mez je možné vhodným řazením srážeče přehřátí z prvního odběru páry z dílu PT za mezipřehřívákem. Další výraznější zvyšování teploty NV již vyžaduje odběr páry z vysokotlakého dílu turbíny, jehož provedení je zvládnutelné ovšem technicky poměrně komplikované.

Prostor pro další zvyšování účinnosti parního oběhu poskytuje i mezipřehřívání páry. U stávajících nadkritických bloků je často použito mezipřehřívání dvojnásobné

Zdokonalení kotlů

K významnému zlepšení účinnosti přispívá snížení teploty spalin odcházejících z kotle, čímž klesá komínová ztráta a účinnost kotle roste. V dnešní době je teplota výstupních spalin volena těsně nad hranicí jejich rosného bodu, u kotlů na černé uhlí se pohybuje mezi 120 až 125 °C, při spalování sirnatého hnědého uhlí se volí cca o 10°C vyšší.

Ke snížení komínové ztráty rovněž přispívá spalování s minimálním přebytkem vzduchu a dokonalé utěsnění kotle proti přisávání falešného vzduchu. Pokročilý vývoj práškových hořáků a modelování proudění ve spalovací komoře umožňují vedení spalování s velmi malým přebytkem vzduchu, řádově 10 až 15%, při dodržení nízkých emisí CO a dobrém vyhoření paliva.

Zdroj tohoto článku je studie,  která byla vypracovaná na ČVUT.   

české vysoké učení technické v praze

FAKULTA STROJNÍ

ODBOR TEPELNÝCH A JADERNÝCH

ENERGETICKÝCH ZAŘÍZENÍ

 Technicko ekonomické parametry moderních uhelných bloků

Zprávu vypracoval :

Prof. Ing. František Hrdlička, CSc., Ing. Tomáš Dlouhý, CSc., Ing. Michal Kolovrátník, CSc.

Zpráva obsahuje :      36 stran textu

Související

Související témata Kotle vysoko a středotlaké