Результат интеллектуальной деятельности: ТЕПЛОВАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ КОЧЕТОВА

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является тепловая электрическая станция по патенту РФ №2484265, содержащая конденсатор паровой турбины, декарбонизатор с воздуховодом, в который включены воздухоподогреватель и вентилятор, систему оборотного водоснабжения, включающую градирню, водоприемный колодец, самотечный водовод, циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины и сливной напорный трубопровод к градирне, состоящей из вытяжной башни и водосборного бассейна, соединенного самотечным перепускным каналом с водоприемным колодцем, при этом вытяжная башня градирни снабжена водораспределительным лотком с разбрызгивающими соплами, оросительным устройством и водоуловителем.

Недостатком при использовании известной тепловой электрической станции является то, что тепловая электрическая станция обладает пониженной экономичностью, так как на тепловой электрической станции не используется теплота конденсации отработавшего в турбине пара, а отводится в окружающую среду с атмосферным воздухом, нагретым и насыщенным водяными парами в процессе тепло- и массообмена при непосредственном контакте с циркуляционной водой в градирне башенного типа.

Технический результат - повышение экономичности тепловой электрической станции.

Это достигается тем, что тепловая электрическая станция, содержащая конденсатор паровой турбины, декарбонизатор с воздуховодом, в который включены воздухоподогреватель и вентилятор, систему оборотного водоснабжения, включающую градирню, водоприемный колодец, самотечный водовод, циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины и сливной напорный трубопровод к градирне, состоящей из вытяжной башни и водосборного бассейна, соединенного самотечным перепускным каналом с водоприемным колодцем, при этом вытяжная башня градирни снабжена водораспределительным лотком с разбрызгивающими соплами, оросительным устройством и водоуловителем, тепловая электрическая станция дополнительно снабжена системой оборотного водоснабжения градирен, соединенных между собой гидравлическими контурами приготовления и потребления воды, при этом градирни имеют раздельные гидравлические контуры приготовления и потребления воды, содержащей корпус, в нижней части которого расположены, по крайней мере, два бака для сбора воды, которые соединены между собой компенсационной трубой, обеспечивающей гидравлическую независимость контуров приготовления рабочей воды и ее потребления, при этом один бак соединен с насосом, который подает охлажденную в градирне воду потребителю, которая снова поступает через вентиль по трубопроводу во второй бак, из которого нагретая вода насосом через фильтр и вентиль подается по трубопроводу в коллектор с форсунками, размещенными в верхней части корпуса градирни, а на участке между фильтром и вентилем установлена система контроля гидравлического сопротивления фильтра, состоящая из манометра и вентиля, а разбрызгивающие сопла вытяжной башня градирни выполнены в виде форсунки с распылительным диском, содержащей цилиндрический корпус со штуцером, жестко связанным с корпусом и соосно расположенным в верхней части корпуса и имеющим цилиндрическое отверстие для подвода жидкости, соединенное с диффузором, осесимметричным корпусу и штуцеру, а к корпусу, в его нижней части, посредством, по крайней мере, трех спиц подсоединен распылитель, расположенный перпендикулярно оси корпуса, и выполненный в виде сплошного диска.

На фиг.1 представлена схема тепловой электрической станции, на фиг.2 - схема системы оборотного водоснабжения градирни, на фиг.3 - схема разбрызгивающего сопла вытяжной башни градирни, на фиг.4 представлен ороситель градирни в аксонометрии, на фиг.5, 6 и 7 - варианты выполнения полимерных ячеистых труб.

Тепловая электрическая станция (фиг.1) содержит систему оборотного водоснабжения градирни 11, декарбонизатор 2 с воздуховодом 3, в который включены воздухоподогреватель 4 и вентилятор 5, систему оборотного водоснабжения, включающую градирню, водоприемный колодец 6, самотечный водовод 7, циркуляционный насос 8, напорный трубопровод 9 к конденсатору 1 паровой турбины и сливной напорный трубопровод 10 к градирне, состоящей из вытяжной башни градирни 11 и водосборного бассейна 12, соединенного самотечным перепускным каналом 13 с водоприемным колодцем 6, трубопровод 14, соединяющий вытяжную башню градирни 11 с всасывающим коробом вентилятора 5 для подачи подогретого и насыщенного водяными парами воздуха под насадку декарбонизатора 2, при этом вытяжная башня градирни 11 снабжена водораспределительным лотком 15 с разбрызгивающими соплами 16, выполненными в виде форсунок с распылителем (фиг.3), а также оросителем 17 и водоуловителем 18.

Форсунка с распылителем (фиг.3) содержит цилиндрический корпус 30 со штуцером 31, жестко связанным с корпусом и соосно расположенным в верхней части корпуса и, имеющим цилиндрическое отверстие 32 для подвода жидкости, соединенное с диффузором 33, осесимметричным корпусу и штуцеру. К корпусу 30, в его нижней части, посредством, по крайней мере, трех спиц 35 подсоединен распылитель 34, расположенный перпендикулярно оси корпуса, и выполненный в виде сплошного диска. Диск распылителя 34 образован двумя поверхностями, одна из которых, обращенная в сторону диффузора 33, криволинейная поверхность, причем в качестве линии, образующей эту поверхность, является кривая линия n-го порядка, например эллиптическая, параболическая и др., а вторая - плоскость. Спицы 35, посредством которых диск распылителя крепится к корпусу, расположены радиально по отношению к оси корпуса, и по форме могут быть выполнены прямыми (на чертеже не показано) и изогнутыми, причем к корпусу они крепятся посредством винтов (на чертеже не показано), а к диску - либо с помощью разъемного соединения, например резьбового, либо неразъемного, например контактной сваркой. Диск распылителя может быть образован двумя конгруэнтными и эквидистантными поверхностями n-го порядка, при этом распылитель форсунки может быть выполнен из твердых материалов, например карбида вольфрама.

Система оборотного водоснабжения с применением градирен содержит градирни, соединенные между собой гидравлическими контурами приготовления и потребления воды. Для одного потребителя (фиг.2) система включает в себя корпус 19 градирни, в нижней части которой расположен бак 20 для сбора воды с системой подпитки 21 воды, затрачиваемой на испарение. Бак 20 соединен с насосом 24, который подает охлажденную в градирне воду потребителю 26 через фильтр 25. На участке между фильтром 25 и потребителем 26 установлена система контроля гидравлического сопротивления фильтра, состоящая из манометра 27 и вентиля 28. После нагрева воды в потребителе 8 она снова поступает через вентиль 29 по трубопроводу 22 в коллектор 23 с форсунками, размещенными в верхней части корпуса градирни. Вода охлаждается встречным потоком воздуха, поступающего противотоком снизу, и цикл тепломассообменного процесса повторяется.

Работа тепловой электрической станции осуществляется следующим образом.

Охлажденная в градирне вода циркуляционным насосом 8 по напорному трубопроводу 9 подается в конденсатор 1 паровой турбины. В конденсаторе 1 циркуляционная вода нагревается за счет теплоты конденсации (парообразования) отработавшего в турбине пара и подается по сливному напорному трубопроводу 10 в водораспределительный лоток 15 вытяжной башни градирни 11.

Из водораспределительного лотка 15 вода поступает в разбрызгивающие сопла 16, выполненные в виде форсунок с распылителем (фиг.3), с помощью которых поток воды разбрызгивается и в форме струй и капель падает на оросительное устройство 17, а затем стекает в виде дождя в водосборный бассейн 12. Жидкость подается по цилиндрическому отверстию 32 в диффузор 33, а из него под давлением поступает в распылитель 34, при этом происходит дополнительное дробление капель жидкости за счет турбулизации потока на выходе, и мелкодисперсный поток выходит из форсунки с широким факелом распыляющейся жидкости (раствора). В вытяжной башне градирни навстречу потоку воды движется атмосферный воздух. В процессе непосредственного контакта теплоносителей осуществляется тепло- и массообмен между водой и воздухом, при этом вода охлаждается, а воздух подогревается и насыщается водяными парами. Затем воздух проходит водоуловитель 18, где из него отделяется капельная влага, и через вытяжную башню градирни отводится в атмосферу.

Эффект охлаждения в градирне достигается за счет испарения 1% циркулирующей через градирню воды, которая разбрызгивается форсунками и в виде пленки стекает в бак через сложную систему каналов оросителя навстречу потоку охлаждающего воздуха, нагнетаемого вентиляторами (на чертеже не показано). Эффективный каплеотделитель позволяет снизить потери воды в результате капельного уноса. Количество капельной влаги, уносимое потоком воздуха, зависит от плотности орошения и при максимальном значении 25 м³/(час·м²) не превышает 0,1% от величины объемного расхода охлаждаемой воды через градирню.

Часть общего потока подогретого и насыщенного водяными парами в вытяжной башне градирни атмосферного воздуха по трубопроводу 14 направляется во всасывающий короб вентилятора 5 и подается под насадку декарбонизатора 2. Исходная химически очищенная вода подается в декарбонизатор 2, где декарбонизируется встречным потоком воздуха, подаваемого под насадку декарбонизатора из вытяжной башни градирни по трубопроводу 14 вентилятором 5. Декарбонизированная вода направляется в деаэратор, откуда подается, например, на подпитку системы теплоснабжения. В случае когда температура воздуха, подаваемого из вытяжной башни градирни, недостаточна для осуществления процесса декарбонизации воды, то его направляют в воздухоподогреватель 4, в котором догревают и вентилятором 5 подают под насадку декарбонизатора 2.

Из водосборного бассейна 12 охлажденная вода по самотечному перепускному каналу 13 поступает в водоприемный колодец 6 и в самотечный водовод 7, откуда циркуляционным насосом 8 снова подается в напорный трубопровод 9.

Ороситель 17 градирни (фиг.4) выполнен в виде модуля из слоев 36 полимерных ячеистых труб 37. Трубы ориентированы во всех слоях 36 параллельно друг другу и спаяны по торцам 38 модуля между собой в местах 39 соприкосновения. Полости каждой из труб и межтрубное пространство заполнены полыми полимерными шарами 40, причем диаметр шаров на 5-10% больше максимального размера ячейки труб 37.

Выполнение градирни таким образом позволяет придать торцам модуля свойства диафрагм жесткости. Это дает возможность избежать просадки слоев оросителя, т.е. обеспечить при монтаже и сохранить в процессе эксплуатации оптимальную геометрию изогнутых ячеистых поверхностей труб для создания по всему объему оросителя тонкой водяной пленки без каплеобразования. Так достигается равномерность тепломассообмена и, следовательно, повышается охлаждающая способность оросителя и снижается его материалоемкость. Дополнительную жесткость конструкции придает заполнение труб и межтрубного пространства полыми полимерными шарами 40.

При этом для увеличения жесткости конструкции трубы в смежных слоях могут быть размещены в шахматном порядке относительно друг друга.

Ячеистые полимерные трубы 37 получают методом экструзии, нарезают на секции, длина которых соответствует длине боковой стороны модуля, и укладывают в кондуктор, соблюдая необходимое направление укладки, т.е. располагая трубы 37 параллельно друг другу. После накопления в кондукторе необходимого количества труб 37 к их торцам подводят нагревательные элементы и сваривают их между собой в местах 39 соприкосновения. За счет этого по торцам 38 модуля оросителя образуются диафрагмы жесткости, позволяющие ему в процессе эксплуатации сохранить исходную оптимальную геометрию своих элементов. Дополнительную жесткость конструкции придает более плотная укладка труб в шахматном порядке в смежных слоях.

Каждая из труб модуля, по внешней поверхности, обмотана взаимопересекающимися нитями (на чертеже не показано).

Трубы в модуле могут быть расположены наклонно (фиг.5). Трубы могут быть выполнены извилистыми (фиг.6). Трубы могут быть собраны из гофрированных листов, которые сварены по краям гофр, причем структура каналов может быть как прямой, извилистой, наклонной, так и состоящей из комбинаций этих форм (фиг.7).

Ороситель градирни работает следующим образом.

Вода, разбрызгиваемая форсунками, поступает на ороситель и стекает тонкой пленкой без каплеобразования по его элементам. При этом происходит равномерный тепломассообмен по всему объему оросителя, а следовательно, повышается охлаждающая способность оросителя и снижается материалоемкость.

Используется ороситель с водой, до 50 мг/л, в слабощелочных и слабокислотных растворах, с водой, содержащей нефтепродукты. Трубы не подвержены биологическому обрастанию, так как выполнены из полипропилена. Используются в среде как кислой, так и щелочной, т.е. с водой: 7<pН<7.

Структура каналов может быть как прямой, извилистой, наклонной, так и состоящей из комбинаций этих форм. Легко промываются и очищаются водой под напором. Допускается многократная перекладка при ремонтах и реконструкциях. Высокая механическая прочность. Высокая охлаждающая эффективность, элементы не разрушаются и не деформируются при температуре -55°C÷+70°C.

Модули изготавливаются любых размеров, под любые виды и размеры опорных конструкций. Требуемое охлаждение воды в реальных условиях достигается выбором оптимального соотношения тепломассообмена и аэродинамического сопротивления всех элементов градирни.

За счет развитой структуры формирования капельной воды поверхность теплообмена достигает 400 м²/м³. Количество нитей, форма и шаг их расположения в конструкции выбирается под конкретную производительность градирни.

Например, в модуле размером 800×400×400 увеличена насыщенность объема взаимопересекающимися нитями в насадке при сохранении наклонных и перекрестных аэродинамических каналов сечением 50×50 мм. Насыщенность оросителей нитями: протяженность нитей - 1875 погонных метров на квадратный метр оросителя. Это позволяет увеличить тепломассообменные свойства оросителя в 1,3 раза при сохранении малых значений аэродинамического сопротивления в пределах.

Оросители обладают высокими показателями химической и механической прочности, пригодны для использования в оборотных системах с содержанием взвешенных частиц до 2500 мг/л.

Капельные и капельно-пленочные конструкции эффективно работают в любых типах градирен. В отличие от пленочных капельные и капельно-пленочные оросители позволяют снизить энергозатраты при их применении в поперечноточных градирнях, в которых воздух движется перпендикулярно падающему капельному потоку.

Снабжение тепловой электрической станции системой оборотного водоснабжения градирни уменьшает количество воды, испаряемой в воздух в процессе тепло- и массообмена в насадке декарбонизатора и отводимой с воздухом в атмосферу, что дополнительно повышает экономичность тепловой электрической станции за счет снижения потерь химически очищенной воды с выпаром декарбонизатора.