Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения тепловой энергии в паросиловой энергетической установке

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано как при создании паросиловых энергетических установок, так и при модернизации уже действующих.

Паросиловые установки, вырабатывающие электро- и тепло-энергию, снабжены промежуточными отборами пара для целей теплоснабжения. Для их эффективной работы в период максимальных тепловых нагрузок сброс пара в конденсатор ограничивается минимальной величиной (вентиляционный пропуск), а повышение тепловой нагрузки сверх наибольшей, обеспечиваемой промежуточными отборами, компенсируют дополнительным подключением пиковых водогрейных котлов.

Необходимость вентиляционного пропуска, который, как правило, составляет 5-8% от расхода свежего пара, подаваемого на вход турбины, понижает эффективность работы части низкого давления турбины, требуя, кроме того, прокачки большого количества воды через конденсатор. Подключение пиковых водогрейных котлов требует дополнительного расхода топлива. Таким образом, получение дополнительного тепла снижает кпд турбины, а также ухудшает экологические показатели ТЭЦ.

Известна теплосиловая установка (авт. свид. №800396, 3 МПК F 01 K 17/02, опубл. 30.01.81), реализующая способ получения тепловой энергии, согласно которому осуществляют пропускание рабочего пара через паровую турбину, от которой производят, по меньшей мере, один промежуточный отбор пара, конденсацию отработавшего пара с отдачей части тепла, сжатие части отработавшего пара с помощью пароструйного компрессора с последующей его подачей в одну из ступеней проточной части цилиндра низкого давления.

Однако отработавший пар, поступающий в пароструйный компрессор, забирается частично из промежуточного отбора, а сжатый пар вновь поступает в проточную часть турбины. Такой режим получения тепловой энергии создает дополнительную нагрузку на турбину, кроме того, пароструйный компрессор имеет низкий кпд.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения теплового кпд паросиловой энергетической установки, а также улучшения ее экологических характеристик.

Для достижения указанного технического результата в предлагаемом способе получения тепловой энергии в паросиловой энергетической установке, включающем пропускание рабочего пара через паровую турбину, от которой производят, по меньшей мере, один промежуточный отбор пара, конденсацию отработавшего пара с отдачей тепла, сжатие, по меньшей мере, части отработавшего пара, сжатие отработавшего пара с выхлопа турбины осуществляют при режимах эксплуатации, соответствующих 2-15% пропуску пара через часть низкого давления турбины, а конденсацию этого пара с отдачей тепла осуществляют после его сжатия.

Отличительные признаки предлагаемого способа получения тепловой энергии в паросиловой энергетической установке заключаются в том, что отбор отработавшего пара производят с выхлопа турбины при 2-15% пропуске пара через часть низкого давления турбины с последующим его сжатием и конденсацией.

Отработавший пар на выхлопе турбины имеет параметры: давление 0,03-0,04 кг/см² и температуру 25-31°С. Когда требуется дополнительное тепло, большая часть пара направляется в отбор, а через часть низкого давления проходит всего 2-15% пара (от общего расхода свежего пара, подаваемого на вход турбины), последние ступени турбины, не рассчитанные на малые расходы пара, работают неэффективно, резко падает кпд установки. При таких расходах теплоотдача в конденсаторе будет крайне мала, требуя, тем не менее, постоянной циркуляции охлаждающей воды. В этом случае пар с выхлопа турбины направляют в компрессор, который обеспечивает отсасывание пара, осуществляя тем самым вентиляцию последних ступеней турбины, а затем сжимают. Температура сжатого пара, направляемого в конденсатор, составляет 55-240°С, таким образом, полученная в конденсаторе теплота будет больше, соответственно большее количество тепла может быть отдано потребителям. Вода, имеющая более высокую температуру, может быть использована промышленными потребителями тепла.

При увеличении количества пара, проходящего через часть низкого давления, свыше 15%, повышение кпд турбины не достигается, поскольку при данном режиме эксплуатации турбины нет необходимости в дополнительном отсосе пара с выхлопа турбины, а для сжатия такого количества пара требуется слишком большой расход мощности на привод компрессора. Нижний предел расхода пара через часть низкого давления, при котором достигается указанный технический результат, зависит от характеристик компрессора. Кроме того, при осуществлении способа уменьшается количество охлаждающей воды, прокачиваемой через теплообменный аппарат конденсатора, требующей сброса ее в естественные водоемы или выброса в атмосферу некоторого количества тепла, что приводит к улучшению экологических характеристик установки.

На чертеже изображена схема паросиловой энергетической установки, с помощью которой реализуется указанный способ. Установка включает набор типовых элементов принципиальной тепловой схемы электростанции. Установка содержит котел 1 с внешним подводом тепла Q; котел 1 соединен с паровой турбиной 2 с электрогенератором 3, имеющей промежуточный отбор 4 пара, соединенный через регулирующую задвижку 5 с конденсатором 6, теплообменный аппарат 7 которого соединен в общий контур с потребителем тепла 8 и циркуляционным насосом 9, выход конденсатора соединен с конденсатным насосом 10, выход которого соединен с блоком водоподготовки 11. Выход паровой турбины 2 соединен с конденсатором 12, теплообменный аппарат 13 которого соединен в общий контур с потребителем тепла 14 и циркуляционным насосом 15, выход конденсатора соединен с конденсатным насосом 16, выход которого соединен с блоком водоподготовки 11. Перед конденсатором 12 имеется отвод пара 17 с регулирующей задвижкой 5, соединенный с компрессором 18, который соединен с конденсатором 19, теплообменный аппарат 20 которого соединен в контур с потребителем тепла 21 и циркуляционным насосом 22, выход конденсатора соединен с конденсатным насосом 23, выход которого соединен с блоком водоподготовки 11, выход блока водоподготовки 11 соединен с питательным насосом 24, выход которого соединен с котлом 1.

Блок водоподготовки 11 паросиловой энергетической установки предусмотрен для удаления содержащихся в воде газов, а также солей хлоридов, сульфатов и железа. Конкретный тип блока водоподготовки выбирают в зависимости от химического состава воды и типа котла.

Способ осуществляется следующим образом.

В паросиловой энергетической установке, изображенной на чертеже, осуществляют пропускание пара, полученного в котле 1, через турбину 2, от которой производят промежуточный отбор пара 4, тепло которого отдается потребителю 8 посредством прокачки охлаждающей воды через теплообменный аппарат 7 конденсатора 6 с помощью циркуляционного насоса 9, полученный конденсат откачивается с помощью конденсатного насоса 10 и поступает в блок водоподготовки 11; отработавший пар с выхлопа турбины совершает работу, приводя во вращение турбогенератор 3, а затем его направляют в конденсатор 12, через теплообменный аппарат 13 которого с помощью циркуляционного насоса 15 прокачивается охлаждающая вода, посредством которой производится отдача тепла потребителю 14. Полученный в конденсаторе 12 конденсат откачивается с помощью конденсатного насоса 16 и направляется в блок водоподготовки 11. Расход пара через промежуточный отбор 4 регулируется с помощью задвижки 5, таким образом, когда будет осуществляться режим эксплуатации, при котором величина пропуска через часть низкого давления турбины будет соответствовать 2-15% от расхода свежего пара, отработавший пар с выхлопа турбины 2 будет направлен в компрессор 18, где осуществляют его сжатие с последующей его конденсацией и отдачей тепла потребителю 21 с помощью теплообменного аппарата 20 конденсатора 19, откачка конденсата производится с помощью конденсатного насоса 23 в блок водоподготовки 11. Количество пара, направляемого в компрессор 18, регулируется с помощью регулирующей задвижки 5. В блоке водоподготовки 11 осуществляют обессоливание и деаэрацию воды, которая затем с помощью питательного насоса 24 поступает в котел 1.

Данный способ был апробирован на ТЭЦ-28 МОСЭНЕРГО. Как показали расчеты, его использование дает термодинамические, экологические и эксплуатационные преимущества по сравнению с другими способами (например, использование водогрейных котлов) получения дополнительного тепла в период повышенных тепловых нагрузок, позволяя снизить стоимость 1 кВт приблизительно в 2 раза.