Результат интеллектуальной деятельности: Способ и устройство для генерации перегретого пара

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на теплоэлектростанциях при эксплуатации теплофикационных турбин для утилизации вторичного пара после турбины.

Известен способ генерации перегретого пара постоянной температуры, содержащий получение насыщенного пара в емкости нагреванием находящейся в ней жидкости при постоянном давления насыщения, меньшим давления в критической точке, его дросселировании, нагревания сдросселированного пара путем рекуперативного теплообмена с этой же жидкостью в этой же емкости.

Способ реализуется в устройстве для генерации перегретого пара постоянной температуры, содержащем корпус с размещенным внутри него теплообменником, дроссель, вход которого сообщен с верхней частью внутренней полости корпуса, а выход с входом теплообменника, отличающееся тем, что корпус снабжен патрубком подвода жидкости и нагревателем, а теплообменник размещен в нижней части корпуса и погружен в жидкость [Патент РФ № 2073172, МПК F22 G1/10, 1997].

Основными недостатками известного способа и устройства является необходимость использования питательной воды, на испарение которой требуется значительное количество тепла, необходимость повторного нагрева пара и отсутствие оборудования для прямого получения перегретого пара, что снижает их экологическую и экономическую эффективность.

Более близким к предлагаемому изобретению является способ производства перегретого пара для турбины, содержащий этапы производства перегретого пара в пароперегревателе и направление части перегретого пара через по меньшей мере один теплообменник для обеспечения передачи тепла от перегретого пара к потоку воды. При этом, температура воды повышается, а температура части перегретого пара понижается, а перегретый пар подается в турбину (потребителю).

Основными недостатками известного способа является использование для генерации перегретого пара насыщенного пара высокого давления, для получения которого требуется испарить значительное количество питательной воды с затратой значительного количества тепла и невозможность использования для этой цели вторичного пара турбины, что снижает его экологическую и экономическую эффективность.

Известный способ реализуется в установке производства перегретого пара для турбины, содержащей пароперегреватель, который принимает пар от парогенератора и производит перегретый пар, первый теплообменник, присоединенный к пароперегревателю с возможностью приема части перегретого пара, произведенного пароперегревателем, присоединенный к системе водоснабжения, при этом первый теплообменник выполнен с возможностью передачи тепла от перегретого пара к воде, так что температура перегретого пара понижается, а температура воды повышается, второй теплообменник, присоединенный к пароперегревателю с возможностью приема перегретого пара, произведенного пароперегревателем и присоединенный к первому теплообменнику таким образом, чтобы принимать воду, прошедшую через первый теплообменник, при этом второй теплообменник выполнен с возможностью передачи тепла от перегретого пара к воде, полученной от первого теплообменника, так что температура перегретого пара понижается, а температура воды повышается, коллекторы для создания смеси перегретого пара и его распределения, снабженные регулирующими клапанами [Патент РФ № 2529971, МПК F22 G5/16, 2011].

Основным недостатком известной установки является невозможность использования предлагаемой конструкции пароперегревателя для повышения давления вторичного пара после турбины, что снижает ее экологическую и экономическую эффективность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение экологической и экономической эффективности способа и устройства для генерации перегретого пара.

Технический результат достигается способом для генерации перегретого пара, содержащим попарную работу теплообменников перегревателя после запуска установки, а именно, в первом по ходу пара теплообменнике осуществляется подогрев пара, во втором – перегрев, одновременную с этими процессами подачу вторичного пара после турбины по трубопроводу вторичного пара с давлением и температурой Р₀ и t₀ во входной тангенциальный патрубок циклона, в полости корпуса которого происходит закручивание его потока и под действием центробежных сил разделение на легкую (паровую фракцию), которая выводится по центральной трубе через верхний выходной патрубок циклона, откуда очищенный пар поступает в приемную камеру пароструйного эжектора и тяжелую (масляную с твердыми частицами) фракцию, которая прижимается к стенкам корпуса и под действием силы тяжести сползает в его днище, откуда через нижний выходной патрубок подается в маслошламонакопитель, при этом, одновременно, сбросной пар переменного давления, нагретый горячими дымовыми газами из коллектора горячих дымовых газов, в первом теплообменнике первой пары, предварительно заполненным эжектированным паром в предыдущем цикле, начальные давление и температура которого значительно выше давления Р₀ и t₀, при открытом запорном клапане, связанным с коллектором сбросного пара, поступает в сопло пароструйного эжектора, в результате чего очищенный вторичный пар смешивается со сбросным паром и на выходе из диффузора эжектора полученный эжектированный пар приобретает значительно большие переменные температуру и давление, чем Р₀ и t₀, с которыми он поступает в демпфер низкого давления, где переменные температура и давление устанавливаются равными постоянным значениям Р_1э и t_1э, с которыми полученный пар поступает в коллектор эжектированного пара, из которого происходит заполнение второго по ходу пара теплообменника первой пары, полученным эжектированным паром с давлением и температурой Р_1э и t_1э при открытых запорных клапанах, связанных с коллекторами горячих и обратных дымовых газов и закрытых запорных клапанах, связанных с коллекторами эжектированного, сбросного и перегретого пара и осуществляется нагрев пара в закрытой трубе теплообменника горячими дымовыми газами, в результате которого его давление и температура и повышаются до значений Р_2т и t_2т, значения которых выше, чем требуемые параметры перегретого пара Р_пк и t_пк, после чего открывается запорный клапан, связанный с коллектором перегретого пара, закрываются клапаны, связанные с коллекторами горячих и обратных дымовых газов, и перегретый пар поступает в коллектор перегретого пара и демпфер высокого давления, где устанавливаются требуемые параметры перегретого пара Р_пк и t_пк, равные значениям остаточного пара в трубе вышеупомянутого теплообменника, после чего запорный клапан, связанный с коллектором перегретого пара, закрывается, в теплообменнике открывается запорный клапан, связанный с коллектором остаточного пара, куда сбрасывается остаточный пар, далее этот запорный клапан закрывается, после чего в трубе второго теплообменника происходит процесс охлаждения и падения давления пара, при этом, одновременно, но со сдвигом во времени, происходят аналогичные процессы нагрева и перегрева пара в следующих парах теплообменников перегревателя, в результате суммарного процесса которых устанавливаются стабильные значения требуемых параметров перегретого пара Р_пк и t_пк в демпфере высокого давления, открывается запорный клапан трубопровода перегретого пара и перегретый пар с параметрами Р_пк и t_пк подают потребителю.

Способ реализуется в устройстве для генерации перегретого пара, содержащим трубопровод вторичного пара, соединенный с паровой турбиной и входным тангенциальным патрубком циклона, верхний патрубок которого соединен с приемной камерой пароструйного эжектора, сопло которого соединено с коллектором сбросного пара, диффузор – с демпфером низкого давления, соединенным с коллектором эжектированного пара и через него – с пароперегревателем, который представляет собой батарею, состоящую из четного числа теплообменников типа «труба в трубе», тепловые рубашки которых сверху и снизу соединены через запорные клапаны с коллекторами горячих и обратных дымовых газов, соответственно, причем коллектор горячих дымовых газов соединен, в свою очередь, с камерой сгорания, а коллектор обратных дымовых газов – с дымовой трубой, верхние торцы труб вышеупомянутых теплообменников также через запорные клапаны соединены с коллектором эжектированного пара, нижние торцы этих труб через тройники, снабженные запорными клапанами соединены с коллекторами сбросного и перегретого пара, причем последний связан через демпфер высокого давления, снабженный трубопроводом перегретого пара с запорным клапаном, с потребителем.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого устройства для генерации перегретого пара (УГПП).

УГПП содержит трубопровод вторичного пара 1, соединенный с паровой турбиной (на фиг. 1 не показана) и входным тангенциальным патрубком циклона 2, верхний патрубок которого соединен с приемной камерой пароструйного эжектора 3, сопло которого соединено с коллектором сбросного пара 4, диффузор – с демпфером низкого давления 5, соединенным с коллектором эжектированного пара 6 и через него – с пароперегревателем 7, который представляет собой батарею, состоящую из четного числа теплообменников типа «труба в трубе» 8, тепловые рубашки 9 которых сверху и снизу соединены через запорные клапаны 10 и 11 с коллектором горячих дымовых газов 12 и коллектором обратных дымовых газов 13, соответственно, причем коллектор горячих дымовых газов 12 соединен, в свою очередь, с камерой сгорания, а коллектор обратных дымовых газов 13 – с дымовой трубой (на фиг. 1 не показаны), верхние торцы труб 14 вышеупомянутых теплообменников 8 также через запорные клапаны 15 соединены с коллектором эжектированного пара 6, нижние торцы труб 14 через тройники, снабженные запорными клапанами 16 и 17 с коллекторами сбросного пара 4 и коллектором перегретого пара 18, причем последний связан через демпфер высокого давления 19, снабженный трубопроводом перегретого пара 20 с запорным клапаном 21, с потребителем.

После запуска УГПП теплообменники 8 перегревателя 7 работают попарно следующим образом, а именно, в первом по ходу пара осуществляется подогрев пара, во втором – перегрев. Вторичный пар после турбины по трубопроводу вторичного пара 1 с давлением и температурой Р₀ и t₀ поступает во входной тангенциальный патрубок циклона 2, в полости корпуса которого происходит закручивание его потока и под действием центробежных сил разделение на легкую (паровую фракцию), которая выводится по центральной трубе через верхний выходной патрубок циклона 2, откуда очищенный пар поступает в приемную камеру пароструйного эжектора 3 и тяжелую (масляную с твердыми частицами) фракцию, которая прижимается к стенкам корпуса и под действием силы тяжести сползает в его днище, откуда через нижний выходной патрубок подается в маслошламонакопитель (на фиг. 1 не показан). В тоже время сбросной пар переменного давления, нагретый горячими дымовыми газами из коллектора 12, в первом теплообменнике 8 первой пары, предварительно заполненным эжектированным паром в предыдущем цикле, начальные давление и температура которого значительно выше давления Р₀ и t₀, при открытом запорном клапане 16 через коллектор сбросного пара 4 поступает в сопло пароструйного эжектора 3, в результате чего очищенный вторичный пар смешивается со сбросным паром и на выходе из диффузора эжектора 3, полученный эжектированный пар приобретает значительно большие переменные температуру и давление, чем Р₀ и t₀, с которыми он поступает в демпфер низкого давления 5, где переменные температура и давление устанавливаются равными постоянным значениям Р_1э и t_1э, с которыми полученный пар поступает в коллектор эжектированного пара 6. Одновременно, во втором по ходу вторичного пара теплообменнике 8 первой пары, происходит заполнение полученным эжектированным паром с давлением и температурой Р_1э и t_1э при открытых запорных клапанах 10, 11 и 15 и закрытых запорных клапанах 15, 16 и 17 и осуществляется нагрев пара в закрытой трубе 14 горячими дымовыми газами из коллектора 12, в результате которого его давление и температура и повышаются до значений Р_2т и t_2т, значения которых больше, чем требуемые параметры перегретого пара Р_пк и t_пк, (значения этих параметров зависят от характеристик вторичного пара и интенсивности нагрева трубы 5), открывается запорный клапан 17, закрываются клапаны 10, 11 и перегретый пар поступает в коллектор перегретого пара 18 и демпфер высокого давления 19, где устанавливаются требуемые параметры перегретого пара Р_пк и t_пк, равные значениям остаточного пара в трубе 5, после чего запорный клапан 17 закрывается, открывается запорный клапан 16, остаточный пар сбрасывается в коллектор остаточного пара 4, запорный клапан 16 закрывается и в трубе 5 происходит процесс охлаждения и падения давления пара. Одновременно, но со сдвигом во времени, аналогичные процессы нагрева и перегрева пара в происходят в следующих парах теплообменников 8 (оптимальное количество пар находят на основании технико–экономического расчета).

При достижении стабильных значений требуемых параметров перегретого пара Р_пк и t_пк,в демпфере 19, открывается запорный клапан 21 трубопровода перегретого пара и перегретый пар с параметрами Р_пк и t_пк подают потребителю.

Параметры УГПП зависят от количества, давления, температуры, степени загрязненности вторичного пара, количества и площади теплообмена теплообменников в пароперегревателе и тепловой мощности камеры сгорания. Оптимальное соотношение между конструкцией пароперегревателя и количеством вторичного пара находят из технико–экономического расчета. В качестве теплообменников в зависимости от требуемых параметров перегретого пара и его количества могут использоваться как теплообменники типа «труба в трубе», так и кожухотрубчатые теплообменники.

Таким образом, использование, очищенного от вредных примесей, вторичного пара для получения перегретого пара обеспечивает снижение расхода питательной и охлаждающей оборотной воды, нагрузки на химводоочистку, что снижает расход топлива и электроэнергии (уменьшается расход тепла на испарение воды и электроэнергии на транспортировку воды) и, в конечном итоге, повышает экологическую и экономическую эффективность работы паротурбинной установки в целом.