Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ КОНДЕНСАЦИИ ПАРА В КОНДЕНСАТОРЕ ПАРОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в конденсаторах паротурбинных энергетических установок тепловых и атомных электростанций.

Известен горизонтальный кожухотрубный конденсатор (см. авт. свид. SU №1044939 А, МПК F28B 1/00, опубл. 30.09.1983), содержащий пучок охлаждающих трубок, внутри которых циркулирует холодная вода, а на их внешней поверхности происходит конденсация пара. Для интенсификации конденсации пара каждая трубка покрыта капиллярно-пористым материалом и снабжена конденсатоотводчиком. Капиллярно-пористый материал по внутренним капиллярным каналам направляет воду на конденсатоотводчик и тем самым способствует уменьшению толщины препятствующей теплообмену водяной пленки, образующейся на внешней поверхности трубки. Данное решение выбрано в качестве прототипа заявленного изобретения.

Недостаток известного решения состоит в том, что внешняя поверхность трубки остается покрытой снижающим эффективность теплообмена слоем воды.

Наиболее близким по технической сущности является «Способ и устройство для интенсификации конденсации пара в паротурбинном энергогенерирующем блоке» (см. патент RU №2185517 С2, МПК F01K 13/02, опубл. 22.01.1997), заключающийся в том, что в период эксплуатации паротурбинной установки в режиме работы при подаче пара от парогенератора, включающего паровую турбину, приводимую в действие указанным паром и образующую отходящий пар, представляющий собой влажный пар, и конденсатор, включающий множество теплообменных труб, для интенсификации конденсации пара создают внутри соединительного канала, который соединяет паровую турбину и конденсатор, электрическое поле так, что указанное электрическое поле находится на пути движения отходящего влажного пара турбины. Электрически заряженные капли воды, содержащиеся в указанном отходящем паре турбины, отклоняются указанным электрическим полем, что изменяет течение указанного отходящего пара турбины и снижает турбулентность, и разрушаются, образуя множество мелких капелек, которые служат зародышами для внутренней конденсации, что обеспечивает интенсификацию теплообмена в конденсаторе и увеличивает выработку энергии указанным генерирующим блоком.

Недостаток известного решения состоит в том, что известный способ снижает диаметр капель воды, при этом принципиально не изменяет процесс конденсации, который остается пленочным.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности конденсации пара и повышение КПД паротурбинной установки за счет обеспечения наилучших условий для конденсации пара, что может быть достигнуто путем интенсификации теплообмена между паровой и водяной сторонами конденсатора.

Это достигается тем, что известный способ интенсификации конденсации пара в паротурбинной установке при эксплуатации, заключается в том, что при эксплуатации, состоящей из чередующихся режимов работы и регламентных работ паротурбинной установки, в режиме работы при подаче пара от парогенератора, включающего паровую турбину, вал которой соединен с генератором, приводимую в действие указанным паром и образующую влажный пар, и конденсатор, включающий теплообменные трубы, внутри которых циркулирует холодная вода по контуру конденсатор - система оборотного водоснабжения, образующийся на внешних поверхностях трубок конденсат возвращается в пароводяной контур паротурбинной установки насосом, затем переводят на режим регламентных работ путем отключения подачи пара от парогенератора, остановки турбины и генератора, гидравлических отключений конденсатора от турбины, циркуляционного насоса, системы оборотного водоснабжения, в режиме регламентных работ осуществляют подключение внешнего источника пара и источника горячей химически обессоленной воды к конденсатору, подключают установку приготовления эмульсии поверхностно-активных веществ (ПАВ) к линии подключения источника пара к конденсатору, осуществляют формирование на внешней металлической поверхности трубок моно- или полимолекулярной пленки октадециламина путем ввода смешанной и подогретой водной эмульсии ПАВ в паровую среду с температурой 120°C и выше, подаваемой в конденсатор.

Кроме того, для подогрева водной эмульсии ПАВ используют пар.

Дополнительно предварительно перед подачей пара трубное пространство конденсатора заполняют обессоленной водой с температурой 60-95°C.

Сущность способа поясняется чертежом, где представлена блок-схема паротурбинной установки.

Установка для реализации способа интенсификации пара в конденсаторе паротурбинной установки содержит котел 1, выход которого соединен с турбиной 2, первый выход которой соединен с генератором 3, второй выход соединен с первым входом конденсатора 4, первый выход которого соединен с системой оборотного водоснабжения 5, второй выход соединен с насосом, третий выход с атмосферой, выход насоса 6 соединен с котлом 1, внешний источник пара 7 соединен первым выходом с конденсатором 4, вторым выходом с первым входом установки приготовления эмульсии 8, второй вход которой соединен с источником ПАВ 9, третий вход соединен с источником химически обессоленной воды, выход соединен с линией соединения первого выхода источника пара и второго входа в конденсатор 4, третий вход которого соединен с источников горячей химически обессоленной воды, четвертый вход - с системой оборотного водоснабжения 5.

Способ интенсификации пара в конденсаторе паротурбинной установки заключается в том, что в период эксплуатации паротурбинной установки в режиме работы при подаче пара от парогенератора 1, энергия для работы которого может быть получена, например, от сжигания углеводородного топлива либо от ядерных реакций, турбина 2, приводимая в действие указанным паром и образующая влажный пар, поступающий в конденсатор 4, включающий множество теплообменных труб, заключенных в корпус, внутри которых циркулирует холодная вода по контуру конденсатор - система оборотного водоснабжения 5, образующийся на внешних поверхностях трубок конденсат стекает вниз и возвращается в пароводяной контур паротурбинной установки при помощи насоса 6, затем переводят на режим регламентных работ путем отключения подачи пара от парогенератора 1, остановки турбины 2 и генератора 3, гидравлических отключений конденсатора 4 от турбины 2, циркуляционного насоса 6, системы оборотного водоснабжения 5. Осуществляют подключение внешнего источника пара 7, источника горячей химически обессоленной воды 11 и системы оборотного водоснабжения 5 к конденсатору 4. Подключают установку приготовления ПАВ 8, к которой подключают источник ПАВ 9, источник химически обессоленной воды 10 и источник пара 7, к линии подключения источника пара 7 к конденсатору 4. В режиме регламентных работ осуществляют формирование на внешней металлической поверхности трубок моно- или полимолекулярной пленки октадециламина за счет обеспечения его адсорбции из паровой среды, содержащей молекулы ПАВ. Для этого в конденсатор 4 подают из источника пара 7 разогретый до температуры 120°C и выше пар, в который путем разбрызгивания дозируют водную эмульсию октадециламина, предварительно приготовленную в установке приготовления эмульсии 8. В качестве источника пара может быть использован коллектор сброса пара от БРОУ. Для приготовления эмульсии в установку 8 подают ПАВ из источника ПАВ 9 и химически обессоленную воду из источника химически обессоленной воды 10. В установке 8 обеспечивается образование водной эмульсии ПАВ за счет смешения специальным образом ПАВ и воды, а также их нагрев за счет подведенного из источника пара 7 пара.

Рабочая среда в виде двухкомпонентной среды «водяной пар+водная эмульсия ПАВ» поступает в конденсатор 4, где происходит конденсация пара и адсорбция молекул ПАВ на наружных поверхностях трубок конденсатора. Процесс подачи и конденсации рабочей среды производят не менее 10 часов. Отработавшая среда сбрасывается в систему оборотного водоснабжения 5.

Эффективная адсорбция октадециламина возможна при температуре поверхности, превышающей температуру его плавления, составляющую 60°C, кроме того, пучок трубок имеет сложную форму, и концентрация октадециламина в разных частях пучка может различаться. В результате проведенных экспериментов было установлено, что наилучшие условия для адсорбции октадециламина обеспечиваются при подогреве трубок изнутри. Для этого из источника горячей химически обессоленной воды 11 подают нагретую до 60-85°C воду. Верхняя граница данного диапазона определяется устойчивостью трубок к температурным воздействиям и минимизацией соответствующих деформаций.

Капли эмульсии оседают на трубках конденсатора и молекулы октадециламина адсорбируются на их поверхности. Для обеспечения герметичности конструкции конденсатора давление пара в конденсаторе не должно превышать атмосферное давление более чем в 1,1 раза (0,11 МПа).

В результате придания внешней поверхности трубок водоотталкивающего свойства достигается переход от пленочного характера конденсации пара к капельному, который не вызывает возникновения естественной преграды теплообмену и, таким образом, повышает эффективность конденсации пара. Как указывалось выше, более эффективная конденсация пара углубляет вакуум на выходе из турбины, что в результате повышает ее КПД.

Гидрофобное покрытие наносят в виде моно- или полимолекулярной пленки октадециламина. Под мономолекулярной пленкой понимается слой октадециламина, толщина которого формируется одной молекулой. Полимолекулярная пленка представляет собой слой, сформированный в толщину несколькими молекулами октадециламина.

Использование заявленного изобретения позволяет обеспечить наилучший режим адсорбции октадециламина и тем самым получить равномерное и долговечное гидрофобное покрытие трубок конденсатора, повысить эффективность конденсации пара и КПД установки.