ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БЛОК ПОВЫШЕННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ Российский патент 2000 года по МПК F01K7/40 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности - к ТЭС с энергетическими блоками повышенной эффективности, и направлено на дальнейшее повышение эффективности (КПД) таких блоков.

Известные обычные энергетические блоки ТЭС имеют однопоточную связь турбинной установки с котлом по питательной воде: последняя после нагрева в подогревателях высокого давления (ПВД) системы регенеративного подогрева турбины полным расходом подается непосредственно в основной экономайзер котла. Это не позволяет обеспечить глубокое охлаждение уходящих дымовых газов котла и повысить экономичность котельной установки и энергоблока в целом при работе его в конденсационном режиме.

Другим недостатком обычных энергоблоков при их работе в конденсационном режиме является жесткая связь электрической мощности с расходом пара в голову турбины.

Наиболее близким к заявляемому по техническому существу (прототипом) являются известные энергетические блоки повышенной эффективности (БПЭ). От описанных выше обычных энергетических блоков они отличаются тем, что в котле за основным котельным экономайзером по ходу газов дополнительно установлен турбинный экономайзер, а подача питательной воды в котельный экономайзер предусмотрена двумя потоками: основным, после нагрева в ПВД системы регенеративного подогрева турбины, и байпасным потоком, отводимым из системы регенеративного подогрева на промежуточном участке, преимущественно перед ПВД, который, минуя ПВД, поступает в турбинный экономайзер при более низкой температуре, чем температура основного потока, нагревается в турбинном экономайзере за счет дополнительного отбора тепла у дымовых газов и подается в котельный экономайзер в смеси с основным потоком. Для регулирования соотношения расходов питательной воды в обоих потоках на основном и байпасном трубопроводах установлены задвижки (1).

Такой энергоблок при отключенных байпасном трубопроводе и турбинном экономайзере работает как обычный энергоблок ТЭС и сохраняет присущие ему указанные выше недостатки. При байпасировании части основного потока питательной воды, отбираемой из системы регенеративного подогрева на участке перед ПВД и имеющей более низкую температуру, чем температура основной части потока после прохождения через ПВД, энергоблок переходит на работу в режиме повышенной эффективности. В этом режиме расход пара из отборов турбины на работу ПВД уменьшается пропорционально уменьшению расхода питательной воды через ПВД, и освободившийся пар направляется в хвост турбины, вырабатывая дополнительную электрическую мощность без увеличения расхода пара на турбину, т.е. при неизменной паропроизводительности котла. Однако, это ведет к некоторому снижению экономичности (КПД) паросилового цикла за счет увеличения сброса пара в конденсатор. В свою очередь, в турбинном экономайзере происходит нагрев байпасируемой части потока питательной воды за счет дополнительного отбора тепла у дымовых газов, после чего байпасируемая часть потока подмешивается к основному потоку питательной воды на входе в основной котельный экономайзер. Снижение температуры уходящих дымовых газов повышает КПД котельной установки, и чем это повышение больше снижения КПД турбинной установки, тем выше экономичность работы блока в целом при одновременном увеличении его электрической мощности, однако, повышение экономичности работы блока остается все же меньше повышения экономичности его котельной установки.

Недостаток известных БПЭ заключается в том, что повышение их экономичности по сравнению с обычными блоками ТЭС относительно невелико, хотя они обеспечивают заметное повышение электрической мощности без увеличения паропроизводительности котельной установки. При отсутствии необходимости увеличения электрической мощности такие БПЭ могут работать при пониженной паропроизводительности котла, но практически без дополнительного повышения экономичности. А экономия топлива при работе ТЭС в номинальном режиме по выработке электрической энергии была и остается актуальной и наиболее важной задачей их эксплуатации.

Данное изобретение направлено на повышение экономичности работы блока повышенной эффективности при обеспечении выработки номинальной электрической мощности.

Эта задача решается тем, что в известном БПЭ, включающем паротурбинную установку с системой регенеративного подогрева питательной воды и котельную установку с размещенными последовательно по ходу дымовых газов основным котельным экономайзером, турбинным экономайзером и воздухоподогревателем, в котором вход котельного экономайзера по питательной воде основным трубопроводом с задвижкой подключен к выходу системы регенеративного подогрева - к выходу ПВД, вход турбинного экономайзера по питательной воде байпасным трубопроводом с задвижкой подключен к системе регенеративного подогрева на ее промежуточном участке, преимущественно перед ПВД, а выход турбинного экономайзера промежуточным трубопроводом подключен на вход котельного экономайзера через концевой участок основного трубопровода питательной воды, - в соответствии с данным изобретением основной трубопровод питательной воды перед установленной на нем задвижкой и байпасный трубопровод после установленной на нем задвижки дополнительно соединены между собой трубопроводом-перемычкой с двумя установленными на ней задвижками, между которыми включен греющий контур дополнительного газожидкостного теплообменника, нагреваемый (воздушный) контур которого через шибер подключен к воздушному тракту воздухоподогревателя на горячей стороне последнего и снабжен байпасным воздухопроводом с аналогичным шибером.

Действительно, предлагаемая данным изобретением указанная доработка известного БПЭ полностью сохраняет возможные режимы его работы при перекрытых задвижках на перемычке с газожидкостным теплообменником, а при перекрытии задвижки на байпасном трубопроводе и открытии задвижек на перемычке с одновременным пропуском нагретого в воздухоподогревателе воздуха через дополнительный газожидкостный теплообменник предлагаемый БПЭ переходит на работу в новом режиме. Поскольку в этом случае отвод части потока питательной воды в байпасный трубопровод выполнен после ПВД, паротурбинная установка работает в номинальном режиме по выработке электрической мощности. Охлаждение отводимой части потока питательной воды в дополнительном газожидкостном теплообменнике за счет передачи тепла прошедшему через воздухоподогреватель воздуху и дополнительное повышение температуры дутьевого воздуха позволяют, с одной стороны, обеспечить такое же как в обычном БПЭ глубокое охлаждение дымовых газов в турбинном экономайзере и повысить КПД котельной установки: а с другой стороны - уменьшить расход топлива при неизменной паропроизводительности котельной установки за счет повышения температуры дутьевого воздуха без дополнительных энергозатрат на его нагрев.

Таким образом, реализация данного изобретения обеспечивает, по сравнению с известными БПЭ, большую эффективность работы БПЭ без увеличения выработки электрической мощности и сохранение, при необходимости, режимов работы известных БПЭ, - т.е. расширяет функциональные возможности использования известных БПЭ.

Проведенный заявителем анализ уровня техники по доступным источникам информации не выявил аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всей совокупности существенных признаков заявляемого объекта. От известных БПЭ заявляемый отличается указанными выше и изложенными в формуле изобретения признаками. Следовательно, заявляемый объект изобретения отвечает условию "новизна". Проведенный анализ не выявил также известность использования обличительных признаков заявляемого объекта в этой же или смежных областях техники для решения таких же или аналогичных задач, а заявляемый объект не вытекает для специалиста явным образом из анализа известного уровня техники.

Следовательно, заявляемый объект соответствует условию "изобретательский уровень". Отсутствие препятствий технического, технологического или иного порядка для промышленной реализации заявляемого объекта делает его соответствующим условию "промышленная применимость".

Таким образом, заявляемый объект отвечает всем условиям для возможности его патентной защиты.

Сущность изобретения поясняют приводимые ниже описание конкретного примера его осуществления и чертеж, на котором представлена принципиальная схема заявляемого БПЭ.

Как известные БПЭ, заявляемый энергоблок включает турбинную установку 1, выхлоп которой подключен к охлаждаемому конденсатору 2, соединенному конденсатным насосом 3 со входом группы подогревателей 4 низкого давления (ПНД-1,2). Насос 5 соединяет выход группы подогревателей 4 со входом второй группы подогревателей 6 низкого давления (ПНД- 3,4), выход которых подключен на вход деаэратора 7. Из деаэратора 7 питательным насосом 8 выполнен подвод питательной воды на вход группы подогревателей 9 высокого давления (ПВД) и в байпасный трубопровод 10 с установленной на нем задвижкой 11.

Выход ПВД (9) подключен к основному питательному трубопроводу 12 с установленной на нем задвижкой 13. В подогреватели 4 и 6 низкого давления, в подогреватели 9 высокого давления и в деаэратор 7 выполнен подвод греющего пара из регенеративных отборов цилиндров соответствующего давления турбинной установки 1, которые все вместе обрадуют систему регенеративного подогрева питательной воды. Котельная часть БПЭ на прилагаемом чертеже представлена его хвостовыми поверхностями - последовательно установленными по ходу дымовых газов основным котельным экономайзером 14, турбинным экономайзером 15 и воздухоподогревателем 16, в данном случае РВП. Байпасный трубопровод 10 подключен на вход турбинного экономайзера 15 по питательной воде, основной трубопровод 12 питательной воды подключен на вход основного котельного экономайзера 14. Выход турбинного экономайзера 15 по питательной воде промежуточным трубопроводом 17 подключен на вход основного котельного экономайзера 14.

Подача в воздухоподогреватель 16 дутьевого воздуха выполнена вентилятором 18 через калорифер 19 и предусмотрен байпас воздушного тракта воздухоподогревателя 16 байпасным воздухопроводом 20 с шибером 21.

Отличие заявляемого БПЭ от известных аналогичных блоков заключается в том, что основной трубопровод 12 подачи питательной воды в котельный экономайзер 14 перед задвижкой 13 и байпасный трубопровод 10 после задвижки 11 дополнительно соединены между собой перемычкой (трубопроводом) 22 через задвижки 23 и 24 и включенный между ними греющий контур дополнительного газожидкостного теплообменника 25, нагреваемый (воздушный) контур которого через шибер 26 подключен к воздушному тракту воздухоподогревателя 16 на горячей стороне последнего и снабжен байпасным воздухопроводом 27 с шибером 28.

Эти отличия заявляемого БПЭ определяют и особенность его работы в новом, по сравнению с известными БПЭ, режиме, который заключается в следующем.

Задвижку 11 на байпасном трубопроводе 10 перекрывают, задвижки 23 и 24 на трубопроводе-перемычке 22 открывают и частично прикрывают задвижку 13 на основном трубопроводе 12 питательной воды от системы регенеративного подогрева. Одновременно открывают шибер 26 на воздуховоде отвода в котел горячего воздуха после воздухоподогревателя 16, обеспечивая его прохождение через воздушный тракт газожидкостного теплообменника 25, при этом шибер 28 на байпасном воздухопроводе 27 может быть закрыт полностью или частично, обеспечивая требуемый расход воздуха через нагреваемый контур газожидкостного теплообменника 25. В этом случае через систему регенеративного подогрева питательной воды турбинной установки 1 проходит весь расход питательной воды, и турбинная установка 1 работает в номинальном режиме обычного блока по выработке электрической мощности при номинальной паропроизводительности котельной установки. В то же время часть общего потока питательной воды, прошедшей через ПВД (9) системы регенеративного подогрева, отводится из основного трубопровода 12 и через задвижку 24 на трубопроводе-перемычке 22 поступает в греющий контур газожидкостного теплообменника 25, в котором частично охлаждается, отдавая тепло потоку нагретого в воздухоподогревателе 16 воздуху, и отводится через задвижку 23 и часть байпасного трубопровода 10 в турбинный экономайзер 15. В турбинном экономайзере 15 обеспечивается повышение температуры байпасируемой части потока питательной воды за счет отбора тепла у дымовых газов, которые при этом глубоко охлаждаются. Из турбинного экономайзера 15 подогретая байпасируемая часть потока питательной воды по трубопроводу 17 поступает в концевой участок основного трубопровода 12 и в смеси с основным потоком питательной воды направляется в основной котельный экономайзер 14.

Глубоко охлажденные в турбинном экономайзере 15 дымовые газы поступают в воздухоподогреватель 16 и обеспечивают нагрев дутьевого воздуха, подаваемого вентилятором 18. Температура дымовых газов после воздухоподогревателя 16 понижается, обеспечивая более полное использование тепла от сгорания топлива и повышение КПД котельной установки и энергетического блока в целом, поскольку работа турбинной установки в рассматриваемом режиме осуществляется без снижения ее КПД против номинального. Следовательно, в рассматриваемом режиме работы КПД энергетического блока оказывается выше, чем у известных БПЭ, хотя при этом не обеспечивается выработка дополнительной электрической мощности. Кроме того, за счет повышения температуры подаваемого в котел дутьевого воздуха, дополнительно подогреваемого в газожидкостном теплообменнике 25, как это было указано выше, расход топлива на работу котельной установки в номинальном режиме уменьшается, обеспечивая дополнительное повышение экономичности работы котельной установки и блока в целом. Для ограничения снижения температуры дымовых газов на выходе из воздухоподогревателя 16 открывают шибер 21 на байпасном воздухопроводе 20 воздушного тракта воздухоподогревателя 16, а для защиты последнего от коррозии может быть включен калорифер 19.

Кроме этого, заявляемый БПЭ может работать на тех же режимах, что и известные БПЭ. Это расширяет эксплуатационные возможности заявляемого БПЭ и делает его более универсальным.

Для работы заявляемого БПЭ на тех же режимах, как известные БПЭ, задвижки 23 и 24 на трубопроводе-перемычке 22 и шибере 26 на воздухопроводе подачи в котел воздуха от воздухоподогревателя 16 перекрывают, оставляя открытым шибер 28 на байпасном воздухопроводе 27.

В этом случае при закрытой задвижке 11 на байпасном трубопроводе 10 заявляемый энергоблок работает как обычный энергоблок ТЭС, а при открытии упомянутой задвижки 11 и регулировке задвижкой 13 на основном трубопроводе 12 питательной воды соотношения ее расходов через основной и байпасный трубопроводы 12 и 10 соответственно обеспечивается его работа в режиме повышенной эффективности, как работа известных БПЭ.

Источники информации
1. Л. П. Сафонов, А.У.Липец и др. Обоснование технической возможности и экономической целесообразности реконструкции существующих типов паротурбинных энергоблоков с целью повышения ид; располагаемой мощности, КПД и улучшения экологических показателей. АООТ "НПО ЦКТИ", т. I, С-Петербург, 1997 г., стр. 16 - 19, рис. на стр. 17 - прототип БПЭ.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к ТЭС с блоками повышенной эффективности (БПЭ), и направлено на дальнейшее повышение эффективности (КПД) таких блоков. В отличие от известных БПЭ в заявляемом энергоблоке основной трубопровод питательной воды перед установленной на нем задвижкой и байпасный трубопровод после установленной на нем задвижки дополнительно соединены между собой трубопроводом-перемычкой с двумя установленными на ней задвижками, между которыми включен греющий контур дополнительного газожидкостного теплообменника, нагреваемый контур которого через шибер подключен к воздушному тракту воздухоподогревателя на горячей стороне последнего и снабжен байпасным воздухопроводом с аналогичным шибером. Такое повышение температуры подаваемого в котел воздуха при одновременном глубоком охлаждении дымовых газов позволяет не только повысить КПД котельной установки и блока в целом, но и дополнительно уменьшить расход топлива для обеспечения работы котла в номинальном режиме. 1 ил.

Энергетический блок повышенной эффективности, включающий паротурбинную установку с системой регенеративного подогрева питательной воды и котельную установку с размещенными последовательно по ходу дымовых газов основным котельным экономайзером, турбинным экономайзером и воздухоподогревателем, в котором вход котельного экономайзера по питательной воде основным трубопроводом с задвижкой подключен к выходу системы регенеративного подогрева - к выходу подогревателя высокого давления (ПВД), вход турбинного экономайзера по питательной воде байпасным трубопроводом с задвижкой подключен к системе регенеративного подогрева на ее промежуточном участке, преимущественно перед ПВД, а выход турбинного экономайзера промежуточным трубопроводом подключен на вход котельного экономайзера через концевой участок основного трубопровода питательной воды, отличающийся тем, что основной трубопровод питательной воды перед установленной на нем задвижкой и байпасный трубопровод после установленной на нем задвижки дополнительно соединены между собой трубопроводом-перемычкой с двумя установленными на ней задвижками, между которыми включен греющий контур дополнительного газожидкостного теплообменника, нагреваемый контур которого через шибер подключен к воздушному тракту воздухоподогревателя на горячей стороне последнего и снабжен байпасным воздухопроводом с аналогичным шибером.