ЭНЕРГОБЛОК ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛИ Российский патент 2002 года по МПК F01K13/00 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к энергоблоку теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), и направлено на повышение эффективности ТЭЦ в эксплуатации.

Работа паротурбинных установок тепловых электростанций, в т.ч. и ТЭЦ, предусматривает отвод отработавшего в турбине пара в конденсатор турбины, охлаждаемый водой от источника водоснабжения, и возврат образующегося при этом конденсата отработавшего пара в линию питательной воды котельной установки энергоблока. И хотя в конденсатор турбины ТЭЦ отводится незначительная доля подаваемого в турбину пара, по сравнению с тепловыми электростанциями охлаждение конденсатора турбины ТЭЦ требует расхода значительного объема воды от источника водоснабжения, а со сбросной водой конденсатора турбины в источник водоснабжения отводится и большое количество тепла, что оказывает существенное влияние на экологическое состояние источника водоснабжения и окружающей среды. Это связано отчасти и с тем, что для обеспечения расчетного режима работы регенеративных теплообменников, установленных в линии питательной воды котельной установки после конденсатора турбины, необходимо осуществить рециркуляцию в камеру конденсатора турбины значительных объемов питательной воды, уже предварительно подогретой, и обеспечить ее повторное охлаждение до температуры конденсата отработавшего пара соответствующим увеличением расхода воды от источника водоснабжения. Для покрытия потерь пара и конденсата на самой станции и у потребителя тепла (при наличии отборов пара на производственно-технологические цели) в системе станции предусмотрен узел химводоочистки (ХВО) добавочной (подпиточной) воды от источника, после которого вода поступает в систему питательной воды котельной установки. На нагрев обработанной подпиточной воды требуется подвод тепла, который осуществляется за счет увеличения расхода пара соответствующих параметров из отборов турбины, что снижает выработку электроэнергии[1].

Таким образом, необходимость отвода больших количеств тепла для поддержания расчетного режима работы конденсатора турбины и регенеративных подогревателей питательной воды предполагает увеличение расхода воды источника на охлаждение конденсатора турбины и энергозатрат на ее подачу - с одной стороны, и необходимость дополнительных затрат пара из отборов турбины для подогрева подпиточной воды после узла ХВО - с другой стороны, снижает эффективность работы энергоблока ТЭЦ.

Изобретение решает техническую задачу повышения эффективности работы ТЭЦ, во-первых, за счет уменьшения отвода тепла в конденсаторе турбины и соответствующего снижения расхода охлаждающей воды и энергозатрат на ее подачу, и, во-вторых, за счет снижения расхода пара из соответствующих отборов турбины на нагрев добавочной воды. При этом уменьшится поступление тепла со сбросной водой конденсатора турбины в источник водоснабжения, что улучшит экологическое состояние источника и окружающей среды.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что энергоблок, преимущественно теплоэлектроцентрали, включающий паротурбинную установку, конденсатор турбины с контуром охлаждения и с отводом конденсата отработавшего в турбине пара в линию питательной воды котельной установки, содержащую теплообменники с трубопроводами отвода дренажа, трубопровод рециркуляции питательной воды в конденсатор турбины, и узел подготовки добавочной (подпиточной) воды (например, химводоочистки), подключенный к системе регенеративного подогрева питательной воды, оборудован дополнительным теплообменником, греющий контур которого включен в трубопровод рециркуляции питательной воды, а нагреваемый - в линию подачи теплоносителя или рабочей среды потребителю низкопотенциального тепла, например в линию подачи добавочной воды в узел водоподготовки или на другие технологические нужды (в линию подпитки систем теплоснабжения, преимущественно открытых), причем трубопроводы отвода дренажа по крайней мере части указанных теплообменников линии питательной воды подключены к трубопроводу рециркуляции питательной воды перед установленным на нем дополнительным теплообменником.

Одним из вариантов решения поставленной технической задачи в соответствии с данным изобретением является оборудование энергоблока ТЭЦ несколькими теплообменниками с последовательным или параллельным включением (а при необходимости - со смешанным) их греющих контуров в трубопровод рециркуляции питательной воды, при этом нагреваемый контур каждого из этих теплообменников может быть включен в линию подачи теплоносителя или рабочей среды отдельного потребителя тепла, в том числе с разными видами теплоносителя или рабочей среды.

Повышение эффективности решения поставленной технической задачи в соответствии с данным изобретением может быть обеспечено тем, что энергоблок ТЭЦ оборудован по крайней мере еще одним автономным теплообменником, контур которого включен в трубопровод отвода в конденсатор турбины дренажа одного из теплообменников, например с наибольшей энтальпией дренажа, а нагреваемый контур включен в линию подачи теплоносителя или рабочей среды отдельному потребителю тепла.

Действительно, введение в энергоблок ТЭЦ дополнительного теплообменника и указанное его включение в трубопровод рециркуляции питательной воды в конденсатор турбины позволит, с одной стороны, понизить температуру направляемого в конденсатор потока питательной воды и уменьшить необходимый отвод тепла в конденсаторе, что обеспечит соответствующее снижение расхода воды от источника на охлаждение конденсатора и энергозатрат на ее подачу и, с другой стороны, обеспечить нагрев теплоносителя (в частности, добавочной воды, подаваемой на ХВО и далее - в систему регенеративного подогрева питательной воды) с меньшими затратами пара из соответствующих отборов турбины на эти цели, что обеспечивает увеличение выработки электроэнергии на ТЭЦ.

Установка в энергоблоке нескольких теплообменников с последовательным включением их греющих контуров в трубопровод рециркуляции питательной воды позволит осуществить нагрев теплоносителей или рабочих сред разных потребителей тепла до разных температур (в пределах располагаемого теплового потенциала потока рециркулируемой питательной воды), а при параллельном включении их греющих контуров и обеспечении расхода греющей среды через каждый контур пропорционально расходу нагреваемой среды позволит осуществить примерно одинаковый нагрев рабочих сред или теплоносителей для всех потребителей тепла.

Установка отдельного теплообменника на трубопроводе отвода дренажа одного из регенеративных теплообменников, например с наибольшей энтальпией потока дренажа, обеспечит нагрев теплоносителя или рабочей среды отдельного потребителя тепла примерно до температуры потока дренажа, если расход нагреваемой среды будет близким (или несколько меньше) к расходу дренажа. При этом соответственно уменьшается необходимый отвод тепла в конденсаторе турбины, расход охлаждающей воды и энергозатраты на ее подачу.

Подключение к трубопроводу рециркуляции питательной воды перед установленным на нем теплообменником (или несколькими теплообменниками) трубопроводов отвода в конденсатор дренажа по крайней мере части теплообменников позволит увеличить количество тепла, передаваемого нагреваемой среде (или средам), и соответственно дополнительно уменьшить необходимый отвод тепла в конденсаторе турбины, расход охлаждающей воды и энергозатраты на ее подачу, а также уменьшить сброс тепла с охлаждающей водой в источник водоснабжения.

Наличие указанных отличительных признаков заявляемого энергоблока по сравнению с известным (прототипом) обеспечивает соответствие заявляемого решения критерию изобретения "новизна", отсутствие сведений об известности использования отличительных признаков заявляемого решения в этой же или в смежных областях техники позволяет признать его соответствующим критерию "изобретательский уровень", а отсутствие препятствий технического или технологического характера для практического осуществления предлагаемого решения делает его соответствующим критерию изобретения "практическая применимость".

Сущность изобретения поясняют описания конкретных примеров его осуществления, которые, однако, не охватывают все возможные варианты в пределах заявляемой формулы изобретения, и чертежи, на которых представлены фрагменты возможных схем энергоблока ТЭЦ с использованием изобретения, в частности:
- на фиг. 1 - фрагмент принципиальной тепловой схемы энергоблока ТЭЦ с турбоустановкой ПТ-135-130 (1) и с одним водо-водяным теплообменником (ВВТО) на трубопроводе рециркуляции питательной воды в конденсатор турбины согласно изобретению;
- на фиг. 2 - фрагмент тепловой схемы энергоблока ТЭЦ по фиг.1 с одним ВВОТ на трубопроводе рециркуляции питательной воды, к которому перед ВВОТ подключены трубопроводы отвода в конденсатор турбины дренажей от нескольких теплообменников, и отдельный ВВОТ на трубопроводе отвода в конденсатор турбины дренажа одного из теплообменников, в данной схеме - подогревателя уплотнений.

Энергоблок ТЭЦ (см. фиг. 1) содержит турбину 1, конденсатор 2 отработавшего пара с контуром охлаждения 3 и трубопроводом 4 отвода конденсата в систему регенеративного подогрева питательной воды котельной установки. На трубопроводе 4 последовательно установлены конденсатный насос 5, охладитель эжекторов и уплотнений 6 и подогреватель уплотнений 7. Последний по линии отвода конденсата отработавшего в турбине 1 пара трубопроводом 8 соединен с подогревателем низкого давления 9 системы регенеративного подогрева питательной воды. Охладитель эжектора и уплотнений 6, подогреватель уплотнений 7 и первый в технологической цепи подогреватель низкого давления 9 соответственно трубопроводами 10, 11 и 12 отвода дренажа подключены в рассечку трубопровода рециркуляции питательной воды. Трубопровод 8 на участке перед подогревателем 9 тоже соединен с камерой конденсатора 2 рециркуляционным трубопроводом 13.

Схема ТЭЦ предусматривает отвод пара из соответствующего отбора турбины 1 внешнему потребителю 14 на производственно-технологические нужды. Часть конденсата отработавшего у потребителя пара по трубопроводу 15 возвращается в систему подготовки питательной воды, включающую узел 16 химводоочистки (ХВО), в который подвод добавочной воды для покрытия внешних и внутренних потерь пара и конденсата выполнен через охладитель продувки 17, подогреватель 18 добавочной воды после ХВО и деаэратор 19. Пар в подогреватель 18 очищенной воды и в деаэратор 19 подведен от одного отбора турбины 1 по паропроводу 20. По линии добавочной воды подогреватель 18 и деаэратор 19 соединены между собой трубопроводом 21. Из подогревателя 18 конденсат греющего пара подведен в деаэратор 19 трубопроводом 22, на котором установлен насос 23. Трубопровод 15 возврата конденсата отработавшего у потребителя пара тоже подключен к деаэратору 19. Отвод всей добавочной воды из деаэратора 19 в систему регенеративного подогрева питательной воды выполнен насосом 24 по трубопроводу 25.

Особенность энергоблока ТЭЦ по фиг.1 заключается в том, что он в соответствии с данным изобретением оборудован водо-водяным теплообменником 26, греющий контур которого включен в рассечку трубопровода 13 рециркуляции добавочной воды в конденсатор 2 турбины 1, а через его нагреваемый контур выполнен подвод добавочной воды по трубопроводу 27 в узел 16 химводоочистки непосредственно или, как показано на фиг.1, через охладитель продувки 17.

Эта особенность схемного решения ТЭЦ не изменяет принципа ее работы, но оказывает существенное влияние на эффективность эксплуатации ТЭЦ.

Отработавший в турбине 1 пар отводится в конденсатор 2 и конденсируется, отдавая тепло конденсации через теплообменные поверхности контура охлаждения 3 воде, подаваемой от источника водоснабжения ТЭЦ. Конденсат отработавшего в турбине 1 пара и поступающий в конденсатор 2 по трубопроводам 10, 11, и 12 отвода дренажа соответственно из теплообменников 6, 7 и 9 для охлаждения из камеры конденсатора 2 по трубопроводу 4 конденсатным насосом 5 подается через охладитель эжекторов и уплотнений 6 и подогреватель уплотнений 7 по трубопроводу 8 в подогреватель низкого давления 9 - и далее к другим элементам системы регенеративного подогрева питательной воды.

Для поддержания расчетного режима работы теплообменников 6 и 7 предусмотрена рециркуляция значительной части потока питательной воды, расход которой по меньшей мере в 8-10 раз превышает поступление конденсата отработавшего пара и дренажей в конденсатор 2. Проходя через греющий контур водо-водяного теплообменника 26, рециркулируемый поток питательной воды охлаждается, отдавая тепло через теплообменные поверхности направляемой на химводоочистку добавочной воды.

В зависимости от соотношения расходов рециркулируемой питательной воды и добавочной воды температура питательной воды может быть понижена до исходной температуры добавочной воды, т. е. до температуры источника водоснабжения ТЭЦ. В этом случае не только не потребуется увеличивать расход воды от источника в конденсатор 2 для охлаждения рециркулируемого потока питательной воды, а наоборот, уменьшится необходимое количество воды от источника водоснабжения ТЭЦ на охлаждение конденсатора 2, поскольку возвращаемый в конденсатор 2 поток питательной воды после водо-водяного теплообменника имеет температуру ниже температуры конденсата, отводимого из камеры конденсатора 2. Это существенно уменьшает потребление воды от источника водоснабжения на охлаждение конденсатора 2, снижает эксплуатационные расходы и уменьшает поступление тепла в источник водоснабжения со сбросной водой конденсатора 2 турбины 1, что уменьшает неблагоприятное воздействие избыточного тепла на источник водоснабжения ТЭЦ и окружающую среду в зоне источника.

Добавочная вода, подаваемая на химводоочистку через теплообменник 26, подогревается в нем и по трубопроводу 27 поступает в охладитель продувки 17, где дополнительно подогревается за счет теплообмена с продувочной водой котельной установки. В узел 16 химводоочистки поступает уже достаточно подогретая добавочная вода, что повышает эффективность процесса. В подогреватель 18 очищенной воды добавочная вода поступает при более высокой температуре, чем на действующей ТЭЦ без использования теплообменника 26. Это позволяет уменьшить расход пара из соответствующего отбора турбины в подогреватель 18 очищенной воды и в деаэратор 19, что дает некоторое увеличение выработки электроэнергии без дополнительных затрат топлива. Фактическая эффективность использования изобретения в таком варианте определяется тепловым расчетом конкретной тепловой схемы и параметрами работы ТЭЦ.

В рассечку трубопровода 13 рециркуляции питательной воды может быть включен греющий контур не одного, а нескольких теплообменников, причем последовательно, если требуется нагрев рабочей среды или теплоносителя для разных потребителей тепла до разной температуры (в пределах располагаемого перепада температур теплообменивающихся сред), в том числе и при нагреве разных сред; параллельно, если температура преимущественно разных нагреваемых сред на выходе должна быть максимальной в пределах располагаемого перепада температур при условии распределения греющей среды пропорционально расходам нагреваемых сред; и, наконец, возможно смешанное (последовательно-параллельное) включение греющих контуров теплообменников при их числе больше двух (такие варианты в чертежах не показаны).

В схеме по фиг. 1 к трубопроводу 13 рециркуляции питательной воды перед установленным на нем теплообменником 26 могут быть подключены часть или все трубопроводы отвода в конденсатор 2 турбины 1 дренажей из теплообменников в линии питательной воды. Это позволит увеличить отвод тепла в теплообменнике 26 и соответственно уменьшить поступление тепла в конденсатор 2, что, в свою очередь, дополнительно уменьшит необходимый расход воды от источника водоснабжения ТЭЦ для охлаждения конденсатора, снизит эксплуатационные расходы и уменьшит поступление тепла в источник водоснабжения ТЭЦ со сбросной водой конденсатора 2 турбины 1.

Один из вариантов такого решения представлен на фиг. 2. Особенностью тепловой схемы по фиг. 2 является то, что, во-первых, к трубопроводу 13 рециркуляции питательной воды до установки на нем теплообменника 26 подключены трубопроводы 10 и 12 отвода в конденсатор 2 дренажей из охладителя эжекторов и уплотнений 6 и из подогревателя низкого давления 9, и, во-вторых, установка на трубопроводе 11 отвода в конденсатор 2 дренажа из подогревателя уплотнений 7 отдельного теплообменника для нагрева теплоносителя для автономного потребителя тепла.

Эффективность первой из указанных особенностей тепловой схемы ТЭЦ по фиг. 2 раскрыта выше и в дополнительных пояснениях не нуждается.

Конденсат, отводимый из подогревателя уплотнений 9 в конденсатор 2, обладает наибольшей энтальпией по сравнению с потоками других дренажей и с потоком рециркуляции питательной воды (по расчету, приведенному в прототипе, см. [1]). По этой причине установка теплообменника 28 на трубопроводе 11 позволит осуществить нагрев теплоносителя или рабочей среды для автономного потребителя тепла до более высокой температуры (при одинаковом или несколько меньшем расходе теплоносителя по сравнению с расходом дренажа). Для условий работы ТЭЦ, принятой в качестве прототипа, энтальпия дренажа из подогревателя уплотнений составляет 555,6 кДж/кг, а его расход - 1,94 кг/сек, тогда как энтальпия потока рециркуляции питательной воды только 230 кДж/кг. Это означает, что установка теплообменника 28 в схеме по фиг.2 позволит получать 1,94 кг/сек или около 7 т в час воды с температурой 100^oС. Этого вполне достаточно, например, для обеспечения нормальной работы приличного банно-прачечного комбината.

Как показал расчет тепловой схемы ТЭЦ, принятой в качестве прототипа, при использовании в соответствии с данным изобретением одного теплообменника на трубопроводе рециркуляции питательной воды с подключением к этому трубопроводу всех дренажей, направляемых в конденсатор турбины, обеспечивается (без учета возможных потерь тепла в процессе ХВО):
- увеличение мощности энергоблока на 0,36 МВт или на 0,26%;
- уменьшение сброса тепла с охлаждающей водой в источник водоснабжения ТЭЦ на 11430 кДж/сек или почти на 74%;
- снижение расхода воды от источника водоснабжения ТЭЦ для охлаждения конденсатора турбины на 1243 т/ч или почти на 74%.

Экономический и экологический эффект от использования данного изобретения в любом варианте его осуществления очевиден.

Источники информации:
1. Рыжкин В. Я. Тепловые электрические станции, М.: Энергия, 1976, с. 203-210, рис. 14-1 - прототип.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к энергоблоку теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Энергоблок, преимущественно теплоэлектроцентрали, включает паротурбинную установку, конденсатор турбины с контуром охлаждения и с отводом конденсата отработавшего в турбине пара в линию питательной воды котельной установки, содержащую теплообменники с трубопроводами отвода дренажа, трубопровод рециркуляции питательной воды в конденсатор турбины и узел подготовки добавочной (подпиточной) воды (например, химводоочистки), подключенный к системе регенеративного подогрева питательной воды. Энергоблок оборудован дополнительным теплообменником, греющий контур которого включен в трубопровод рециркуляции питательной воды, а нагреваемый - в линию подачи теплоносителя или рабочей среды потребителю низкопотенциального тепла, например в линию подачи добавочной воды в узел водоподготовки или на другие технологические нужды (в линию подпитки систем теплоснабжения, преимущественно открытых). Трубопроводы отвода дренажа по крайней мере части указанных теплообменников линии питательной воды подключены к трубопроводу рециркуляции питательной воды перед установленным на нем дополнительным теплообменником. Изобретение позволяет повысить эффективность работы ТЭЦ с улучшением экологического состояния источника водоснабжения и окружающей среды. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Энергоблок, преимущественно теплоэлектроцентрали, включающий паротурбинную установку, конденсатор турбины с контуром охлаждения и с отводом конденсата отработавшего в турбине пара в линию питательной воды котельной установки, содержащую теплообменники с трубопроводами отвода дренажа, трубопровод рециркуляции питательной воды в конденсатор турбины и узел подготовки добавочной (подпиточной) воды (например, химводоочистки), подключенный к системе регенеративного подогрева питательной воды, отличающийся тем, что он оборудован дополнительным теплообменником, греющий контур которого включен в трубопровод рециркуляции питательной воды, а нагреваемый - в линию подачи теплоносителя или рабочей среды потребителю низкопотенциального тепла, например, в линию подачи добавочной воды в узел водоподготовки или на другие технологические нужды (в линию подпитки систем теплоснабжения, преимущественно открытых), причем трубопроводы отвода дренажа по крайней мере части указанных теплообменников линии питательной воды подключены к трубопроводу рециркуляции питательной воды перед установленным на нем дополнительным теплообменником. 2. Энергоблок теплоэлектроцентрали по п. 1, отличающийся тем, что он оборудован несколькими теплообменниками с последовательным, параллельным или смешанным включением их греющих контуров в трубопровод рециркуляции питательной воды, при этом нагреваемый контур каждого теплообменника включен в линию подачи теплоносителя или рабочей среды отдельного (автономного) потребителя тепла, в том числе с разными видами теплоносителя или рабочей среды. 3. Энергоблок теплоэлектроцентрали по п. 1, отличающийся тем, что он оборудован по меньшей мере еще одним автономным теплообменником, греющий контур которого включен в трубопровод отвода в конденсатор турбины дренажа одного из теплообменников, например, с наибольшей энтальпией дренажа, а нагреваемый контур включен в линию подачи теплоносителя или рабочей среды отдельному потребителю тепла.