PROVOZ ELEKTRÁRNY

Provoz v tepelné kondenzační elektrárně je složitý proces. Tvoří jej několik technologických okruhů: okruhy paliva, vzduchu a kouřových plynů, strusky a popela, vody a páry a okruh výroby elektřiny.

UHLÍ

Celý řetěz výroby elektřiny v klasické tepelné elektrárně začíná uhelným hospodářstvím. Uhlí lze rozdělovat podle různých vnějších znaků, ale i podle dalších parametrů, jako je například spalné teplo, obsah prchavé hořlaviny, petrografické složení apod. Žádné z těchto kritérií ale neumožňuje samo o sobě bezpečně rozlišit jednotlivé druhy, protože mezi nimi není ostrý přechod. Spokojme se tedy se zásadním rozdělením uhlí do tří hlavních skupin: uhlí hnědé, uhlí černé a antracit. Většina uhelných elektráren ČR spaluje tzv. hnědé energetické uhlí, což je vlastně nízkokalorické hnědé uhlí.

   Do elektrárny se uhlí dopravuje pásovými dopravníky, po železnici nebo loděmi. Pásové dopravníky lze použít pouze v případech, kdy je elektrárna postavena v blízkosti dolu, jako je tomu například v Tušimicích.
   Většina elektráren využívá železnici. K zajištění provozu na jediný den je zapotřebí v průměru deseti vlaků uhlí o třiceti vagónech. Spotřeba uhlí závisí na jeho výhřevnosti. Velmi přibližně lze říci, že na jednu vyrobenou MWh se spálí přibližně 1t uhlí.
   Uhlí, které se do elektrárny dopraví, se musí před použitím nejprve upravit. Projde drticí stanicí a uhelnými mlýny, ve kterých se mele na jemný prášek. Vlhké palivo se špatně mele, a proto se musí sušit. Suší se bud' před mletím, nebo přímo za mletí. Čím je prášek jemnější, tím je spalování podobnější spalování plynu. Ventilátory pak uhelný prášek spolu se vzduchem vhánějí do hořáků kotle. Ve spalovací komoře palivo shoří. Původně se uhlí spalovalo na roštech, jak je známe například z pokojových kamen. Ale vzrůstající potřeba spalovat ve stále větším množství nekvalitní uhlí vedla ve dvacátých letech tohoto století k dalšímu vývoji ohnišť. Roštové ohniště je vhodné pro elektrárny s omezeným výkonem (až asi do 150 t/h páry). Práškové ohniště dokáže spálit palivo s obsahem popele až do 55 % s účinností vyšší než ohniště roštová.

   Největším technickým problémem, který museli konstruktéři práškových ohnišť řešit, byl vysoký úlet popílku do ovzduší, a snadné nebylo ani vyvinout vhodný způsob podávání uhelného prášku do hořáků.

Kotel elektrárny Poříčí.

   Moderním a velmi účinným způsobem spalování je spalování fluidní. To vyžaduje sice výstavbu nových typů spalovacích zařízení, ale zato přináší výhody v menším množství škodlivých látek v kouřových plynech. Fluidnímu spalování se říká rovněž spalování ve vznosu. Jeho základní princip je jednoduchý. Vychází z poznatku, že jemně mleté uhlí se v proudu vzduchu a ve vhodně zvoleném tvaru spalovacího prostoru chová jako vroucí kapalina.
   Částice uhlí jsou obaleny vzduchem a proces hoření je pak velmi rychlý. Navíc je snadno regulovatelný přimícháváním spalin a popele zpátky do hořící vrstvy tak, aby spalovací teploty byly v rozmezí 700 - 900 ° C.
   Po shoření paliva padá část popela do spodního prostoru ohniště jako struska. Odtud se po zchlazení vodou a případném drcení dopravuje do zásobníků a dále pak potrubím, vyloženým čedičem, na skládku, které se říká odkaliště. To je součástí elektrárny. K ukládání popela se používají přírodní prohlubně po vytěžené nerostné surovině nebo staré lomy.
   Část popela je ale v podobě jemných částeček unášena ve spalinách. Aby neznečišťovala ovzduší, je dnes popílek zachycován v elektroodlučovačích. Součástí moderních elektráren jsou ještě další zařízení, v nichž se ze spalin oddělují oxidy síry a dusíku.

VZDUCH

Aby se dosahovalo dobrého hoření, je přiváděn do spalovací komory spolu s rozemletým uhlím ventilátory i vzduch. Množství přiváděného vzduchu závisí na chemickém složení paliva. Pro lignity je spotřeba vzduchu nižší, pro kvalitní, černé uhlí je nejvyšší. Orientačně se uvažuje, že pro výrobu 1 kWh elektřiny se spotřebuje asi 1 kg paliva, z něhož vznikne 7m3plynů.

VODA A PÁRA

Voda, která obíhá v hlavním uzavřeném okruhu kotel - turbína - kondenzátor - kotel, je chemicky upravená, aby v ní nebyly žádné zbytky minerálů a aby nepůsobila korozi oceli. Proto je součástí každé elektrárny chemická úpravna vody a chemické laboratoře.
   Voda je do kotle dodávána napájecími čerpadly. V kotli se voda ohřívá při tlaku dosahujícím až 20 MPa a vypařuje se.

   Nejstaršími a nejjednoduššími byly válcové kotle, u nichž kotel tvořil nýtovaný buben o velkém průměru (do 2,5 m) a délce (do 10 m). Výhřevnou plochou byla spodní stěna bubnu ohraničená vyzdívkou vnějšího roštového ohniště a tahy, kterými procházely spaliny do komína.
   Kotle plamencové měly větší výhřevnou plochu při zachování stejné velikosti bubnu jako u kotlů válcových. Plamenec se nazývá vlnitá trouba umístěná do vnitřku kotle. Roštové ohniště je uvnitř plamence, plamenec je obklopen vodou kotle.
   Kotle trubkové (nebo žárotrubné) jsou dalším stupněm ve vývoji kotlů. Jsou to vlastně válcové kotle, do jejichž vodního prostoru jsou zaválcovány bezešvé trubky, kterými proudí horké spaliny.

   Řez parní turbínou.

   Pro uvedené kotle je charakteristický velký vodní obsah a naopak malá výhřevná plocha. Bylo proto třeba vyvinout energetické kotle, u nichž by se výhřevná plocha dostatečně zvětšila. Toho se docílilo tím, že výhřevná plocha je tvořena z varných trubek vytápěných zevně spalinami. V trubkách obíhá kotelní voda a vzniká pára. Kotle měly nejprve přirozený oběh vody a šikmé uspořádání trubek, později nahrazené trubkami strmými. Při velkém zatížení kotle se ale mohlo stát, že v části trubky se utvořila pára a trubka zůstala suchá, což někdy vedlo k vyboulení trubky a za určitých okolností k jejímu prasknutí. Tuto nevýhodu odstraňují kotle s nuceným oběhem nebo průtokem vody, tzv. kotle průtlačné.
   Sytá pára, která vzniká pouhým varem vody, však obsahuje příliš málo energie, a proto se dále ohřívá spalinami v tzv. přehřívácích na teplotu sahající až k 550 ° C. Tato tzv. ostrá pára pak proudí potrubím do turbíny.
   Energii předává nejdříve ve vysokotlakém díle parní turbíny, poté v nízkotlakém díle. Aby se dosáhlo co nejvyšší účinnosti, zavádí se pára po průchodu částí turbíny zpět do kotle k tzv. mezipřihřátí, při kterém se opět zvýší její teplota, a pak se znovu zavede do středotlaké a nízkotlaké části turbíny.
   V prvních uhelných elektrárnách se při výrobě elektřiny používaly pístové parní stroje a dynama, stejnosměrné generátory. Vynález turbín znamenal v elektrárenství velký pokrok. U jejich zrodu stáli Švéd Gustav Laval (1883) a Brit Charles Algernon Parsons (1884). Zatímco Lavalova turbína byla rovnotlaká (což znamená, že se tlak páry při průchodu oběžným kolem turbíny nemění). Parsonsova turbína je přetlaková, reakční (pára částečně expanduje v oběžném kole).Obě turbíny lze kombinovat. Rozváděcí ústrojí s příslušným oběžným kolem se označuje jako stupeň. Parní turbíny bývají mnohostupňové. Výhodou parních turbín oproti pomaleji pracujícím pístovým parním strojům je hlavně jejich vyšší účinnost a jednoduchost.

Strojovna elektrárny Hodonín s turbínou 55 MW.

Když pára odevzdala při průchodu turbínou využitelnou energii, přichází do kondenzátoru. Kondenzátor je veliká nádoba, kterou proudí v trubkách chladicí voda vnějšího chladicího okruhu. Pára, která přichází z turbíny, a jejíž teplota je přibližně 40 ° C, se dotykem se studenými trubkami chladicího okruhu ochlazuje a kondenzuje - mění se zpátky ve vodu. Z kondenzátoru se voda (odborně kondenzát) přivádí čerpadly znovu do kotle. Kondenzační teplo odebrané páře v kondenzátoru se musí chladicí vodou ve vnějším okruhu někam odvést. Je-li v blízkosti elektrárny velká řeka, odvádí se do řeky. Pak hovoříme o průtočném chlazení. Tam, kde tato možnost není, se voda odvádí do chladicích věží a ochladí se protitahem vzduchu. V obou případech je teplo zcela bez užitku ztraceno.
   Chladící věže jsou dvojího druhu: