ПАРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2002 года по МПК F01K13/00 

Изобретение относится к производству тепловой и электрической энергии, наиболее конкретно к паротурбинным установкам, использующим теплофикационные отборы.

Существующие схемы отбора пара на теплофикацию работают следующим образом. Стремление повысить КПД и соответственно получить экономию топлива привело к идее централизованного теплоснабжения. Для этого из турбины специально отбирают пар давлением 0,2-0,3 МПа и направляют его по трубопроводам в теплофикационные подогреватели для нагрева воды, циркулирующей в тепловых сетях. Конденсат из подогревателей перекачивается по трубопроводу в колонку деаэратора. В подогревателе сетевая вода нагревается до 120^oС, а до заданной температуры, например до 150^oС, - в специальных пиковых котлах, имеющих рециркуляционный насос на обводной магистрали.

Пиковые котлы включаются в работу периодически при повышенной тепловой нагрузке в периоды стояния низкой температуры Т_н, в т.ч. когда температуру в подающей магистрали тепловой сети требуется поддерживать выше 120^oС. При этом задвижка на второй обводной магистрали должна быть закрыта. Охлажденная вода возвращается из тепловой сети по трубопроводу. Павлов И.И., Федоров М. Н. "Котельные установки и тепловые сети". М., Стройиздат. 1986 г., c.170, 171.

Существующая схема отбора пара на теплофикацию имеет недостатки:
- зависимость нагрузки на теплофикационном отборе влияет на стабильную работу турбины;
- снижение выработки электроэнергии при снижении паровой нагрузки на теплофикационном отборе;
- сокращение отпуска тепловой энергии при сокращении потребления тепла потребителями на теплофикацию;
- повышение удельных норм расхода топлива при снижении потребления тепловой энергии потребителями на теплофикацию.

Техническая задача - поддержание стабильной тепловой нагрузки теплофикационного отбора паротурбинной установки в предлагаемой схеме, которая позволит стабилизировать выработку электрической энергии и сократить расход топлива при нагреве воды для горячего водоснабжения, а в межотопительный период сократить удельные нормы расхода топлива на выработку электроэнергии и получить сокращение потребления топлива на горячее водоснабжение, т.к. водогрейные котельные в этот период работают полностью на нагретой теплофикационной воде.

Технический результат достигается тем, что предложена паротурбинная установка, содержащая паровую турбину с теплофикационным отбором, теплофикационные подогреватели, соединенные трубопроводами с сетями подвода охлажденного и отвода нагретого теплоносителя, последовательно установленные в сети отвода нагретого теплоносителя циркуляционный насос и пиковый котел с обводной магистралью, периодически включающийся в работу при повышенной тепловой нагрузке в периоды стоянии низкой температуры окружающей среды, которая снабжена управляющими клапанами, соединенными с системой автоматического управления, и бойлером для приготовления горячей воды, установленным за пиковым котлом и соединенным трубопроводами с ним и сетями подвода охлажденного теплоносителя с образованием замкнутого на теплофикационные подогреватели кольцевого контура, при этом управляющие клапаны установлены на обводной магистрали в кольцевом контуре и в местах соединения магистрали контура, содержащей пиковый котел и бойлер с сетями подвода охлажденного и отвода нагретого теплоносителя, а трубопровод, соединяющий сеть отвода нагретого теплоносителя с подогревателями, соединен с подогревателем на участке между подогревателем и управляющим клапаном.

На чертеже изображена предлагаемая упрощенная схема паротурбинной установки:
Пар из котла 1 давлением 24 или 13 МПа, проходя через пароперегреватель 2, подогревается до температуры 565^oС и поступает в турбину 3, состоящую из частей высокого (ЧВД) и низкого (ЧНД) давлений. В турбине происходит преобразование теплоты в механическую работу. Под действием давления пара турбина вращается, увлекая за собой генератор 4, соединенный с ней на одном валу. Генератор при вращении вырабатывает электрическую энергию, которая поступает в энергосистему.

Отработанный пар давлением 0,004 МПа и с температурой около 28^oС из турбины направляется в специальный теплообменный аппарат - конденсатор 5, где превращается в конденсат, который затем подается в котлы для повторного использования. Чтобы обеспечить конденсацию пара, необходимо понизить его температуру. Для этого через конденсатор 5 пропускают охлажденную воду, забираемую насосом 6, как правило, из открытых источников водоснабжения (реки, водоема или озера). Выделенная скрытая теплота конденсации передается охлаждающей воде, которая соответственно подогревается. Теплота ввиду низкого ее потенциала не используется. Подогретая в конденсаторе вода сбрасывается в тот же источник водоснабжения.

Для центрального водоснабжения из турбины 3 специально отбирают пар давлением 0,2-0,3 МПа и направляют его по трубопроводам в два последовательно установленных теплофикационных подогревателя 16 и 17 для нагрева воды, циркулирующей в тепловых сетях. Циркуляция осуществляется сетевыми насосами 15.

При снижении нагрузки на теплофикацию информация с узла измерения подается на элемент сравнения, с элемента сравнения подается управляющий сигнал на клапаны 12, водогрейная котельная подключается к теплотрассе, нагретая химочищенная вода подается через водогрейный котел 13 на бойлер 39 приготовления горячей воды для горячего водоснабжения и, отдав тепловую энергию, возвращается в обратный трубопровод теплофикации.

При увеличении теплофикационной нагрузки водогрейная котельная клапанами 12 отключается от теплотрассы и работает в автономном режиме, используя топливо для нагрева воды в системе горячего водоснабжения. Циркуляция осуществляется циркуляционным насосом 11.

Образовавшийся конденсат перед входом в котел последовательно проходит целый ряд теплообменных аппаратов, где он подогревается до заданной температуры паром, специально отбираемым из различных ступеней турбины. Так, например, конденсат, образовавшийся в конденсаторе, предварительно подогревается в теплообменниках 19 паром, специально отбираемым из турбины. Конденсат из теплообменников 19 подается в колонку 23 деаэратора 22. Туда же подпиточными насосами 29 по трубопроводу 31 додается добавочная вода, прошедшая химическую очистку в испарительной установке 25.

В испарительную установку пар поступает по трубопроводу 27. В колонке деаэратора происходит подогрев смеси добавочной воды и конденсата паром, отбираемым но трубопроводу 36 из турбины и прошедшим редукционный клапан 24. Подогретая смесь скапливается в баке деаэратора 22, откуда питательным насосом 30 подается для подогрева в подогреватели высокого давления 33 и 34, в которые по трубопроводам 35 и 36 подается пар из специальных отборов турбины. Окончательно подогретая вода направляется в котел 1. Этим заканчивается так называемый электрический цикл конденсационной станции.

Выработка электроэнергии на тепловых станциях составляет около 70% электроэнергии, производимой в нашей стране. Термический КПД конденсационных электрических станций (КЭС) даже при совершенной конструкции составляет 42% вследствие потери значительного количества теплоты в конденсаторе (при конденсации пара). Стремление повысить КПД и соответственно получить экономию топлива привело к идее централизованного теплоснабжения.

Одно из направлений повышения термического КПД является централизованное горячее водоснабжение.

Использование тепла на горячее водоснабжение позволяет повысить термический КПД турбин, работающих с отборами тепла на теплофикацию, особенно в летний период, когда теплофикационная нагрузка отсутствует; cнизить выбросы в атмосферу в населенных пунктах, так как водогрейные котельные не будут использовать топливо; производить отпуск тепла в межотопительный период, что позволит получить экономическую выгоду.

Тепловые сети будут заполнены химочищенной водой, что позволит уменьшить коррозию теплотрасс, то есть увеличить срок их службы.

Изобретение предназначено для производства тепловой и электрической энергии. Паротурбинная установка содержит паровую турбину с теплофикационным отбором, теплофикационные подогреватели, соединенные трубопроводами с сетями подвода охлажденного и отвода нагретого теплоносителя, последовательно установленные в сети отвода нагретого теплоносителя циркуляционный насос и пиковый котел с обводной магистралью, периодически включающийся в работу при повышенной тепловой нагрузке в периоды стояния низкой температуры окружающей среды, и снабжена управляющими клапанами, соединенными с системой автоматического управления, и бойлером для приготовления горячей воды, установленным за пиковым котлом и соединенным трубопроводами с ним и сетями подвода охлажденного теплоносителя с образованием замкнутого на теплофикационные подогреватели кольцевого контура, при этом управляющие клапаны установлены на обводной магистрали в кольцевом контуре и в местах соединения магистрали контура, содержащей пиковый котел и бойлер с сетями подвода охлажденного и отвода нагретого теплоносителя, а трубопровод, соединяющий сеть отвода нагретого теплоносителя с подогревателями, соединен с подогревателем на участке между последним и управляющим клапаном. Использование данного изобретения позволит поддерживать стабильную тепловую нагрузку в теплофикационном отборе паротурбинной установки, что позволит стабилизировать выработку электрической энергии и сократить расход топлива при нагреве воды для горячего водоснабжения. 1 ил.

Паротурбинная установка, содержащая паровую турбину 3 с теплофикационным отбором, теплофикационные 16, 17 подогреватели, соединенные трубопроводами с сетями подвода охлажденного и отвода нагретого теплоносителя 10, последовательно установленные в сети отвода нагретого теплоносителя циркуляционный насос 15 и пиковый котел 13 с обводной магистралью, периодически включающийся в работу при повышенной тепловой нагрузке в периоды стояния низкой температуры окружающей среды, отличающаяся тем, что она снабжена управляющими клапанами 12, соединенными с системой автоматического управления, и бойлером 39 для приготовления горячей воды, установленным за пиковым котлом 13 и соединенным трубопроводами с ним и сетями подвода охлажденного теплоносителя 10 с образованием замкнутого на теплофикационные 16, 17 подогреватели кольцевого контура, при этом управляющие клапаны 12 установлены на обводной магистрали в кольцевом контуре и в местах соединения магистрали контура, содержащей пиковый котел 13 и бойлер 39 с сетями подвода охлажденного и отвода нагретого теплоносителя 10, а трубопровод, соединяющий сеть отвода нагретого теплоносителя с подогревателями, соединен с подогревателем на участке между подогревателем 17 и управляющим клапаном 12.