ПАРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2000 года по МПК F01K13/00 F01B1/08 

Изобретение относится к области энергетики и тем отраслям промышленности, в которых используются паротурбинные установки.

Известна тепловая электростанция, содержащая парогенератор, сообщенный по воздуху с дутьевым вентилятором, всасывающий патрубок которого воздухопроводом подключен к воздухозаборнику, и паровую турбину со смешивающим конденсатором, подключенную к сухой градирне, причем всасывающий патрубок дутьевого вентилятора сообщен с пространством сухой градирни дополнительным воздухопроводом для подачи в парогенератор в холодный период времени части нагретого воздуха (Авторское свидетельство СССР N 1158769, МКИ F 1 K 13/00).

Недостатками данного устройства являются громоздкость конструкции воздушно-конденсационной установки и высокая стоимость.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому (прототипом) является паротурбинная установка, содержащая паровую турбину с электрогенератором, систему регенеративного подогрева воды, котел с воздухоподогревателем и воздушно-конденсационную установку типа Геллера-Форго (Щербинин А. С. Оборотная система циркуляционного водоснабжения с воздушным охлаждением Балабинской ТЭЦ. Электрические станции. 1984, N 10).

Недостатками данного устройства являются низкая эффективность всей установки, громоздкость конструкции воздушно-конденсационной установки, высокая стоимость.

Заявляемое изобретение направлено на повышение эффективности за счет регенерации тепла сбросного воздуха, тем самым уменьшение теплового загрязнения природных водоемов, снижение стоимости установки за счет применения воздушно-конденсационной установки нового типа, возможности утилизации части тепла.

Для решения указанной задачи в паротурбинной установке, содержащей паровую турбину с электрогенератором, систему регенеративного подогрева воды, котел с воздухоподогревателем и воздушно-конденсационную установку, воздушно-конденсационная установка включает два рабочих колеса центробежных воздуходувок, установленных на общем полом валу с образованием между необлопаченными сторонами кольцевой полости, в валу выполнены отверстия, сообщающие полость вала с кольцевой полостью, полый вал сообщен с выходом турбины, кольцевая полость сообщена с системой регенеративного подогрева воды, а воздухоотводящие патрубки рабочих колес центробежных воздуходувок сообщены со входом воздухоподогревателя котла. На стенках кольцевой полости выполнены кольцевые выступы. Кроме того воздухоотводящие патрубки рабочих колес центробежных воздуходувок сообщены со входом как воздухоподогревателя котла, так и с другими потребителями тепла.

На фиг. 1 изображена схема паротурбинной установки; на фиг.2 - схема воздушно-конденсационной установки.

Паротурбинная установка состоит из турбины 1 с электрогенератором 2, системы регенеративного подогрева воды, включающей подогреватель низкого давления 3, деаэратор 4, подогреватель высокого давления 5, котла 6 с воздухоподогревателем 7 и воздушно-конденсационной установки 8 с приводом вращения 9, соединенным патрубками 10 с воздухоподогревателем 7, и побочные потребителя тепла 11 (теплица, рыбоводное хозяйство, система отопления и др. ).

Воздушно-конденсационная установка 8 содержит два рабочих колеса 12 и 13 центробежных воздуходувок, установленных на общем полом валу 14 с образованием между необлопаченными сторонами кольцевой полости 15, в валу выполнены отверстия 16, сообщающие полость вала с кольцевой полостью, полый вал сообщен с выходом турбины 1, кольцевая полость сообщена с системой регенеративного подогрева воды, а воздухоотводящие патрубки рабочих колес 17 центробежных воздуходувок сообщены со входом воздухоподогревателя 7 котла 6.

Кроме того на стенках кольцевой полости 15 выполнены кольцевые выступы 18.

Воздушно-конденсационная установка 8 соединена с приводом через муфту 19 и вал 20. Центробежные воздуходувки воздушно-конденсационной установки имеют входные направляющие аппараты 21, рабочие колеса 12 и 13 с лопатками 22, корпус 23 и улитки 24. Полый вал закреплен в опорах 25. Для уменьшения перетечек между воздушной и паровой полостью воздушно-конденсационной установки по корпусу 23 используются уплотнения 26.

Паротурбинная установка оснащена прокачивающим насосом 27 и питательным насосом 28.

Устройство работает следующим образом. После турбины 1 пар выхлопа поступает в воздушно-конденсационную установку 8, в которой за счет охлаждения воздухом обеспечивается конденсация пара. Привод вращения 9 через муфту 19 приводит во вращение вал 20 и жестко связанные с ним диски 12 и 13 конденсатора и полый вал 14. Пар через полый вал 14 и отверстия 16 в нем поступает в полость 15 между вращающимися дисками 12 и 13. Под действием центробежных сил и сил трения пар движется к периферии дисков и при этом расширяется за счет увеличения проходного сечения между дисками при увеличении радиуса, что приводит к охлаждению и конденсации пара. Конденсация пара наиболее интенсивно происходит на внутренней необлопаченной поверхности дисков 12 и 13 за счет теплообмена пара с дисками, охлаждаемыми с наружной стороны воздухом, поступающим через входной аппарат 21 на лопатки 22 дисков 12 и 13. При вращении дисков 12 и 13 пленка конденсата пара на поверхности дисков смещается с поверхности вращающихся дисков под воздействием центробежных сил и отбрасывается в полость корпуса 23, откуда откачивается на повторное использование. Вращение дисков повышает эффективность теплообмена при конденсации пара на поверхности дисков за счет смещения пленки конденсата с поверхности вращающихся дисков под воздействием центробежных сил. Вращение дисков 12 и 13 увеличивает теплообмен в 3-5 раз по сравнению с теплообменом на неподвижной поверхности (Щукин В.К. Проблема массовых сил в гидродинамике и теории конвективного теплообмена. Межв.сб.: Тепло- и массообмен в двигателях летательных аппаратов. Казань, КАИ, 1982, с. 16). Для дополнительной интенсификации теплообмена между паром и дисками 12 и 13 на поверхности дисков можно сформировать кольцевые выступы 18, отбрасывающие конденсат от поверхности дисков. Атмосферный воздух, подогретый паром в результате теплообмена через стенки дисков 12 и 13 в рабочем колесе воздуходувки, поступает в улитку 24 и далее через воздухоотводящие патрубки 17 направляется в воздухоподогреватель котла для регенерации тепла конденсации пара. Кроме того, часть подогретого воздуха направляется для утилизации в побочные потребители тепла, например теплицы, системы отопления, рыбоводные хозяйства и т.д. Поступающий в рабочее колесо воздух одновременно снимает часть тепла трения с опор 25. Для обеспечения процесса конденсации пара в зазоре между вращающимися дисками и работы уплотнений 26 из последних организуется отсос воздуха. Конденсат из воздушно-конденсационной установки 8 прокачивается насосом 27 через систему регенеративного подогрева воды, и далее питательным насосом вода 28 подается в котел 6, пар из которого поступает на турбину 1, приводящую во вращение электрогенератор 2.

Таким образом, использование предлагаемой паротурбинной установки позволяет достичь следующих технических результатов:
использование в схеме паротурбинной установки описанной воздушно-конденсационной установки освобождает от строительства вытяжной башни или существенно сокращает ее стоимость и размеры,
описанная схема паротурбинной установки применима как для основных, так и для приводных турбин,
в отличие от известных схем непрямого подогрева воздуха при водяных конденсаторах впервые для предварительного подогрева используется термодинамически выгодный, низкопотенциальный пар турбины вместо тепла отборного или выхлопного пара, конденсата, охлаждающей и сетевой воды, тепла продуктов сгорания котла (Кроль Л.Б. и др. Конвективные элементы мощных котельных аппаратов. М.: Энергия, 1976, с. 127-183),
повышение эффективности паротурбинной установки за счет регенерации тепла отбросного воздуха в воздухоподогревателе котла,
отсутствие теплового загрязнения природных водоемов,
возможность использования в маловодных районах,
утилизация тепла конденсации пара в потребителях нагретого воздуха, например теплицах, зданиях ТЭС и т.д.

Изобретение относится к области энергетики и тем отраслям промышленности, в которых используются паротурбинные установки. Паротурбинная установка состоит из турбины с электрогенератором, системы регенеративного подогрева воды, включающей подогреватель низкого давления, деаэратор, подогреватель высокого давления, котла с воздухоподогревателем и воздушно-конденсационной установки с приводом вращения, соединенным патрубками с воздухоподогревателем, и возможные побочные потребителя тепла (теплица, рыбоводное хозяйство, система отопления и др.). Воздушно-конденсационная установка содержит два рабочих колеса центробежных воздуходувок, установленных на общем полом валу с образованием между необлопаченными сторонами кольцевой полости, в валу выполнены отверстия, сообщающие полость вала с кольцевой полостью, полый вал сообщен с выходом турбины, кольцевая полость сообщена с системой регенеративного подогрева воды, а воздухоотводящие патрубки рабочих колес центробежных воздуходувок сообщены со входом воздухоподогревателя котла и с другими потребителями тепла. Кроме того, на стенках кольцевой полости выполнены кольцевые выступы. Изобретение позволяет повысить эффективность за счет регенерации тепла сбросного воздуха, тем самым уменьшить тепловое загрязнение природных водоемов, снизить стоимость установки за счет применения воздушно-конденсационной установки нового типа. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Паротурбинная установка, содержащая паровую турбину с электрогенератором, систему регенеративного подогрева воды, котел с воздухоподогревателем и воздушно-конденсационную установку, отличающаяся тем, что воздушно-конденсационная установка содержит два рабочих колеса центробежных воздуходувок, установленных на общем полом валу с образованием между необлопаченными сторонами кольцевой полости, в валу выполнены отверстия, сообщающиеся полость вала с кольцевой полостью, полый вал сообщен с выходом турбины, кольцевая полость сообщена с системой регенеративного подогрева воды, а воздухоотводящие патрубки рабочих колес центробежных воздуходувок сообщены со входом воздухоподогревателя котла и с другими потребителями тепла. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на стенках кольцевой полости выполнены кольцевые выступы.