VOIMALAITOSTEKNIIKKA 2014 POWER PLANT TECHNOLOGY 2014 Condensing power plants 2, Tuomo Pimiä Lauhdevoimalat 2, MI11,

Transkriptio

1 VOIMALAITOSTEKNIIKKA 2014 POWER PLANT TECHNOLOGY 2014 Condensing power plants 2, Tuomo Pimiä Lauhdevoimalat 2, MI11, Tuomo Pimiä

2 Johdanto Lauhde laitokset tuottavat vain sähköä Turbiinin jälkeen höyry virtaa lauhduttimeen. Lauhdutinta täytyy jäähdyttää. Suomessa jäähdyttämiseen käytetään meri- tai järvivettä Lauhduttimen hukkalämpöä ei käytetä, se hukataan Introduction Condensing power plant are producing only electricity After the turbine the steam is flowing to the condenser Condenser must be cooled In Finland sea and lake water is usually used If water is not available air condenser are used Condensing heat is not used, it is just dumped in water

3 Sähkön kulutuksen kehitys Electricity consumption development

4 Lauhdutus voimala Lauhdelaitokset ovat varsin isoja 150MWe-> Monet laitoksista on rakennettu (Suomessa) Polttoaineena käytetään pääasiassa kivihiiltä (halpa) Condensing power plant Condensing power plants are quit big 150MWe-> Most of those plants are built (Finland) As fuel, coal is mainly used (cheap fuel)

5 Lauhdutus voimala Monet Suomalaiset lauhdelaitoksista sijaitsevat rannikolla koska: Polttoaine logistiikka Jäähdytysveden saatavuus Sähköntuotannossa hyötysuhde on tyypillisesti: 40-44% Tyypillisiä piirteitä prosessi kytkennässä: Välitulistus 7 vaiheinen SYVEesilämmitys Condensing power plant Most of the plant in Finland are located in sea shore because: Fuel logistics Cooling water Efficiency of electricity production is high as possible About 40 to 44% Features of typical plant process diagram: Steam reheater, 7 stage FW-reheater

6 Esimerkki Meri-Pori Meri-Pori on tyypillinen iso lauhdevoimala Bensson kattila (235 bar, 435kg/s, 540ºC) Hyötysuhteen maksimoimiseksi: Monivaiheinen SYVEesilämmitys Neljä MPesilämmitintä SYVE-säiliö Kaksi korkeapaine esilämmitintä Välitulistus Example plant Meri- Pori Meri-Pori is typical big condensing power plants Benson type boiler(235bar, 435kg/s, 540ºC) To make most of the efficiency: Multistage FWpreheating Four LP-preheaters FW-tank Two HP-feed water preheaters Steam reheater

7 Esimerkki Meri-Pori Example plant Meri- Pori Tulistuksen poisto De-superheating

8 Esimerkki Meri-Pori Example plant Meri- Pori

9 Esimerkki Meri-Pori Example plant Meri- Pori

10 Läpivirtauskattilat Kun höyrynpaine nousee yli 170 bar luonnonkiertokattilat eivät enää toimi Koska vesi ja höyry eivät erotu enää painovoimaisesti lieriössä Suuremmilla paineilla tarvitaan läpivirtauskattilaa Alle 200 bar paineissa Sulzer kattilaa voidaan käyttää (vesi erotetaan höyrystä painovoimaisesti pullossa) Once Through Utility boilers OTU-B When steam pressure is more or close 170 bar steam drum won t work any more Because water and steam density difference is so little that seam and water wont separate In this point, boiler type must be changed to OTU-boiler If pressure is under 200bar, Sulzer boiler can be used (water and steam are separated on the Sulzer bottle, by the gravity)

11 Läpivirtauskattilat Once Through Utility boilers OUT-B

12 Benson kattia Benson kattilassa ei ole höyrynpainetta rajoittavia tekijöitä Vettä kierrätetään käynnistyspullon kautta pienillä tehoilla ja virtausmäärillä Näin saadaan vesi jakaantumaan tasaisesti rinnakkaisiin höyrystin putkiin Benson boilers There is no limits of the steam pressure in the Benson boiler The water is circulated in small loads and flows trough the star-up bottle In this way the water is divided evenly to boiler wall pipes in low flows

13 Benson kattia Benson boilers

14 Benson piste Benson pisteellä tarkoitetaan pistettä jossa höyrystimestä ulostuleva höyry muuttuu veden ja höyryn sekoituksesta tulistetuksi höyryksi tai päinvastoin Benson point The Benson point is the point when the out coming steam water mixture from evaporator is changed to superheated steam or vice versa

15 Benson kourma Benson kuormalla tarkoitetaan pienintä läpivirtaus kuormaa Kierretyillä seinäputkilla kuorma on tyypillisesti 35-40% Pystysuorilla seinäputkilla kuorma on n. 20% Tämä johtuu kattilan luonnonkierto ominaisuudesta Benson load The Benson load means minimum load that can be operated as once thought mode Boiler whit spiral wall tubes the load is typically 35-40% Whit vertical pipes it is about 20% This is because the natural circulation characteristic of the boiler

16 Benson kourma Benson kuormalla tarkoitetaan pienintä läpivirtaus kuormaa Kierretyillä seinäputkilla kuorma on tyypillisesti 35-40% Pystysuorilla seinäputkilla kuorma on n. 20% Tämä johtuu kattilan luonnonkierto ominaisuudesta Benson load The Benson load means minimum load that can be operated as once thought mode Boiler whit spiral wall tubes the load is typically 35-40% Whit vertical pipes it is about 20% This is because the natural circulation characteristic of the boiler

17 Benson vaiheet Benson phases

18 Kiinteä painesäätö Fixed pressure control Yleensä muissa kuin lauhdutus voimaloissa käytetään kiinteä painetta Kattilan tuottamalla paineella kiinteä asetusarvo Paineen mittaustieto ohjaa PA-syöttöä Usually other type that condensing power plant are controlled whit fixed pressure The boiler pressure is fixed The pressure measurement information is controlling the fuel feeding

19 Kiinteä painesäätö Fixed pressure control Boiler load 100%

20 Kiinteä painesäätö Fixed pressure control Laitoksen maksimiarvot ovat 120MW kaukolämpöä ja 60MW sähköä Jos KL-tehoa halutaan pienentää suljetaan turbiinin edessä olevaa säätöventtiiliä Turbiinin läpimenevä massavirta on verrannollinen sen yli olevaan paine-eroon The plant maximum values are 120 MW district heat and 60 MW electricity If the DH-load is decreased the control valve position before the turbine is also decreased The mass flow trough the turbine is proportional to the pressure difference

21 Kiinteä painesäätö Fixed pressure control

22 Liukuvan painesäätö Isoja lauhdevoimaloita säädetään liukuvalla tuorehöyryn paineella Turbiinin edessä ei ole säätöventtiiliä Automatikka tiputtaa suoraan tuorehöyryn asetusarvoa Sliding pressure control In the big condensing power plants the live steam is controlled by sliding pressure mode There is not control valve before the turbine Automation is controlling directly live steam set-point

23 Liukuvan painesäätö Sliding pressure control

24 Liukuvan painesäätö edut Turbiinin kallis säätö voidaan jättää pois Säästetään pumppaus tehossa: Esim. tässä tapauksessa pumpun teho ~ 3,6MW minimi tilanteessa Jos paine olisi 235bar teho olisi ~9,5MW Sliding pressure control advantages The expensive turbine control can be left out In this connection the pumping costs are less: Example in this case the minimum load pump power is ~ 3,6MW And if the pressure was 235bar the pump power would be ~9,5MW

25 Liukuvan painesäätö edut Läpivirtauskattila soveltuu erityisen hyvin liukuvan paineen säätöön koska lämmönsiirtimien keskinäiset tehot muuttuvat paineen muuttuessa. Läpivirtauskattilassa höyrystymisen alku ja loppupiste voivat vaihdella Syötetyllä polttoainemäärällä, syöttövedellä on suora yhteys höyrystymisen määrään kattilassa. Sliding pressure control advantages The OUT-boiler is suitable for the sliding pressure operation because heat exchanger powers will change when pressure changes. In the OUT-boiler the starting and ending point of evaporation can change The fed fuel, feed water and evaporation are directly proportional

26 Liukuvan painesäätö edut Sliding pressure control advantages

27 Turbiini Turbine Turbiini on moniosainen: KP VP Ja useampi MP-osa The turbine is multi casing type: HP IP Usually many LP-casings

28 Lauhdutin Condenser Muuttaa höyryn lauhteeksi Höyrynlauhtumislämpö siirretään lämmönsiirrinputkistolla mereen Lauhduttimessa on tyhjiö 0,01-0,02 bar. Höyry tiivistyy kylmien putkien pintaa ja valuu painovoimaisesti alas The condenser will change the steam to water The steam condensing temperature is transferred in to the sea water by the heat exchanger piping Pressure in condenser is about 0,01-0,02 bar Steam is condensing on the cold pipes surface and is graining down by gravity

29 Lauhdutin Condenser Ilma poistetaan käynnistys vaiheessa yksivaiheisella ejektorilla Normaalitilassa käytetään 3 vaiheista ejektoria (kolme ejektoria sarjassa, pieni tilavuusvirta suuri alipaine) In start-up situation the air is removed by the one stage ejector In the normal operating mode the 3-stage ejector is used (3 ejectors in the series, small volume flow big under pressure)

30 Lauhdutin Condenser

31 Lauhdutin Condenser

32 Lauhdutin Condenser

33 Lauhdutin Condenser

34 Lauhduttimen puhdistus Hyvä lämmönsiirto edellyttää puhtaita putkipintoja Isot roskat poistetaan siivilällä ja välpillä Mutta veden mukaan pääsee hiukkasia, levää, kotiloita, pieniä kaloja jne Likaantumista voidaan vähentää riittävällä virtausnopeudella Cleaning the Condenser Good heat transfer requires clean pipe surfaces Big impurities are removed by riddle and screen But always some particles like seaweed, seashells and small fish etc will enter the condenser Soiling can be reduced by using high flow velocity

35 Lauhduttimen puhdistus Käytönaikaiseen puhdistukseen käytetään vaahtomuovipalloja jotka kulkevat veden mukana putkiston läpi Seisokin aikana puhdistetaan happopesulla ja harjoilla Cleaning the Condenser Cleaning during the normal use is implemented by the small foam balls In standstill cleaning is done by acid wash and brushing

36 Lauhduttimen puhdistus Cleaning the condenser

37 Lauhduttimen putkivuoto Merivesi virtaa lauhteen sekaan Putkivuoto havaitaan lauhteen sähkönjohtokyvyn mittauksella Puhdas vesi ei johda sähköä The pipe leak in condenser The sea water will contaminate the condensate The leakage is detected from water conductivity measurements Lean water is not electrically conductive

38 Lauhduttimen putkivuoto The pipe leak in condenser

39 Käynnistyskytkentä Käynnistystilanteessa kattilan tuottama höyry ajetaan turbiinin ohi lauhduttimeen Start-up In the start-up situation the produced steam is driven trough the turbine bypass to the condenser

40 Omakäyttöhöyry Auxiliary steam Apuhöyry on noin 7 bar paineista höyryä jota käytetään varsinaisen pääprosessin toiminnan varmistamiseksi Omakäyttöhöyryn kulutuskohteita: Lauhduttimen tyhjiöinti ejektorit Turbiinin akselin tiivistys höyry Vedenkäsittely Polttoaine (Por) Palamisilman lämmitys Rakennuksen lämmitys The auxiliary steam is used to make sure that main process is functioning perfectly Where it is used: Condenser vacuum ejectors The turbine axle sealing steam Water treatment Fuel (heavy oil) Burning air heating Building heating

41