РЕГЕНЕРАТИВНАЯ ПАРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2003 года по МПК F01K13/00 

Изобретение относится к энергетическим установкам для выработки электрической энергии.

Известна паротурбинная установка, содержащая парогенератор, паровую турбину, конденсатор.

Недостатком известной ПТУ является потеря теплоты парообразования в конденсаторе турбины, что приводит к существенному снижению КПД установки, причем охлаждение циркуляционной воды происходит в градирнях и разного рода водоемах с выделением тепла и влаги (пара) в атмосферу, способствуя тем самым образованию так называемого парникового эффекта, увеличивая при этом нагрузку на экологию. Это известная ПТУ является сложным, громоздким сооружением с большой удельной металлоемкостью, где с целью повышения КПД установки требуются высокие и сверхвысокие параметры пара перед турбиной, что усложняет и удорожает ее конструкцию.

Все это относится и к парогенератору, требующему значительных расходов топлива для парообразования и перегрева пара, больших объемов топочных устройств и развитых поверхностей нагрева, тем более, что теплоносителем в парогенераторах являются газы со сравнительно низкой теплоемкостью.

Из вышесказанного следует вывод, что решение проблемы повышения КПД ПТУ, равно как и рационализации других затратных схем установок, а также снижения нагрузок на экологию может быть только в условиях принципиально новых технологий выработки электроэнергии на тепловых электростанциях.

Известна регенеративная паротурбинная установка, содержащая парогенератор, соединенный с пароперегревателем, турбину высокого давления, конденсатор, турбину низкого давления, охлажденный конденсат которой конденсатным насосом подается в деаэратор и циркуляционная вода после деаэратора питательным насосом подается в парогенератор (Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции, Москва, Энергия, 1976, рис. 14-1 и описание к нему с.203-204). Недостатком установки является невысокий коэффициент полезного действия.

Задача настоящего изобретения является повышение коэффициента полезного действия регенеративной паротурбинной установки.

Поставленная задача решается тем, что регенеративная паротурбинная установка, содержащая парогенератор, соединенный с пароперегревателем, турбину высокого давления, конденсатор, турбину низкого давления, охлажденный конденсат которой конденсатным насосом подается в деаэратор и циркуляционная вода после деаэратора питательным насосом подается в парогенератор. Установка также снабжена камерой сгорания с установленным в ней пароперегревателем, состоящим из первичного и вторичного перегрева, турбиной, конденсат которой после конденсатора также конденсатным насосом подается в деаэратор, головным испарителем и испарителями с собственными пароперегревателями, обогреваемыми газами из камеры сгорания, регенератором, в котором циркуляционная вода после деаэратора нагревается паром выхлопа турбины низкого давления с последующей частичной подачей с помощью насоса подачи в головной испаритель с дальнейшей каскадной подачей в испарители и далее с помощью циркуляционного насоса в общий поток после деаэратора, при этом выход парогенератора по пару соединен с головным испарителем, пар которого, проходя через пароперегреватель первичного перегрева, поступает после разделения потока одной частью в турбину высокого давления и в турбину с выхлопом в конденсатор, а другой частью на вторичный перегрев в пароперегреватель, а пар следующего после головного испарителя поступает в турбину низкого давления, встречаясь при этом с отработавшим паром турбины высокого давления, причем деаэратор работает паром последнего испарителя.

Циркуляционная вода (рабочая среда для испарителей), поступившая посредством насоса подачи от регенератора на выхлопе турбины (и там нагретая), в головной испаритель и здесь частично испарившаяся (в основном за счет пара от парогенератора) и дополнительно нагретая, с высоким потенциалом по давлению и температуре направляется (каскадно) в очередные испарители, выдавая пар, полученный при испарении и перегретый в собственных пароперегревателях, обогреваемых газами камеры сгорания, в турбину низкого давления и деаэратор, причем вода, охлажденная в испарителях до температуры немногим более 100^oС, отбирается циркуляционным насосом и подается в регенератор в общем потоке с водой от деаэратора в качестве хладагента с последующим ее здесь нагревом, а далее испарением и охлаждением в испарителях.

Главной идеей изобретения является то, что в отличие от традиционных установок, где охлаждение циркуляционной воды происходит при пассивном процессе испарения с выделением тепла и влаги (пара) в атмосферу и в условиях огромного расхода циркуляционной воды, где принятая теплота парообразования "растворяется" в этой массе и ее невозможно использовать, предлагаемый процесс испарения и охлаждения воды происходит в активной фазе и носит "взрывной" характер.

Циркуляционная вода в сравнительно небольшом количестве, нагретая паром выхлопа турбины, поступает в испарители (расширители), где в замкнутом объеме "взрывается" за счет накопленной тепловой энергии (известный процесс), при этом полученный пар не сбрасывается в атмосферу, а в качестве рабочего тела направляется в турбины и деаэратор.

Далее, как было сказано выше, пар выхлопа турбины направляется в отличие от традиционных установок не в конденсатор с потерей тепла, а в регенератор для нагрева циркуляционной воды с последующим ее испарением и охлаждением с выдачей пара для турбины, что коренным образом меняет принцип работы цикла установки.

И, наконец, теплоносителем для парогенератора являются не продукты сгорания топлива - газы с их низкой теплоемкостью, а пар высокой температуры и давления, чья теплоемкость в несколько раз выше теплоемкости газов, причем топка парогенератора заменена на компактную камеру сгорания, работающую с наддувом, и предназначена только для перегрева пара.

Организация контура рециркуляции тепла в закрытом рабочем цикле ПТУ позволяет полностью использовать теплоту парообразования и существенно повысить КПД установки.

На фиг.1 представлена общая тепловая схема установки; на фиг.2 - примерные ее параметры.

ПТУ содержит (см. фиг.1) камеру сгорания 1, парогенератор 2, головной испаритель 3, испарители 4, 5, 6, пароперегреватели 7, 8, 9, воздухоподогреватель 10, дутьевую машину 11, турбины 12, 13, 14, регенератор 15, конденсатор 16, конденсатные насосы 17, 18, 19, 20, деаэратор 21, откачивающий насос 22, циркуляционный насос 23, насос подачи 24, питательные насосы 25, 26, солевой насос 27, теплообменники 28, 29, пусковой котел 30, дымовую трубу 31, электрогенератор 32.

ПТУ работает следующим образом.

Пар головного испарителя 3, поступивший из парогенератора 2 вместе с паром, дополнительно образованным в результате испарения части циркуляционной воды, в состоянии насыщения направляется в экранные трубы первичного перегрева пара камеры сгорания 1.

Перегретый до температуры, необходимой для работы турбины (допустим 560^oС), пар на выходе из пароперегревателя разделяется на два потока, меньшая часть которого поступает в турбину высокого давления 12, а другая большая его часть направляется в пароперегреватель вторичного перегрева камеры сгорания и затем в качестве теплоносителя с температурой (условно более 800^oС) в парогенератор 2.

Циркуляционная вода с достаточно высоким потенциалом по давлению и температуре из головного испарителя 3 поступает в испаритель 4, где часть ее испаряется, охлаждаясь до определенной температуры.

Полученный пар в испарителе 4 проходит через собственный пароперегреватель 8, обогреваемый газами из камеры сгорания 1, направляется в турбину низкого давления 13, встречаясь при этом с отработавшим паром турбины 12, причем в трубе переброса обе категории пара смешиваются в однородность по температуре.

Циркуляционная вода с оставшимся потенциалом из испарителя 4 поступает в испаритель 5, где происходит тот же процесс испарения (генерации пара) и охлаждения воды, но уже при более низких параметрах, затем пар также через собственный пароперегреватель 9 направляется в деаэратор 21, а вода с температурой немногим более 100^oC отбирается циркуляционным насосом 23 и в общем потоке от насоса откачки 22 поступает в бойлер 15 в качестве хладагента с последующим ее нагревом и испарением.

По мере движения циркуляционной воды из испарителя в испаритель последние из своих нижних точек непрерывно продуваются через дроссельные шайбы, причем вода каскадно направляется в приемник концентрации солей испарителя 5, из которого солевым насосом 27 откачивается в испаритель 6, где выпаривается, а ее концентрат сбрасывается за границу цикла.

Пар выхлопа турбины 13 поступает в регенератор 15, конденсат которого насосом 17 направляется в деаэратор, работающий паром от испарителя 5.

Из деаэратора 21 вода откачивающим насосом 22 в общем потоке от насоса 23 направляется через регенератор 15 в качестве хладагента и затем нагретая в регенераторе 15 поступает на всас к питательному насосу 25 парогенератора и к насосу подачи воды 24 с приводом от турбины 14.

Выхлоп турбины 14 направлен в конденсатор 16, работающий водой в качестве хладагента от внешнего источника, или водой теплосети.

Конденсат конденсатора 16 вместе с хим. очищенной водой и конденсатом от теплообменника 28 через теплообменник 28 насосом 18 подается на всас к насосу 17 и в общем потоке направляется в деаэратор.

По тракту циркуляционной воды от испарителя 5 может быть установлен подогреватель сетевой воды, при этом электрическая и тепловая мощность установки увеличиваются.

Вода от насоса подачи 24 поступает в головной испаритель 3 двумя потоками - на верхний ярус испарителя и на нижний через регулятор режима работы испарителя.

Вода от питательного насоса 25 направляется в парогенератор 2 (прямоточный котел), работающий в качестве теплоносителя паром высокой температуры и давления, причем конденсат греющего пара насосом 20 направлен в поток от насоса подачи 24 в головной испаритель 3.

Пар от парогенератора 2 с высоким давлением и температурой (в пределах 800^oС) поступает в головной испаритель 3 - в средний ярус.

Камера сгорания 1, экранированная трубами пароперегревателей первичного и вторичного перегрева, работает с наддувом от дутьевой машины 11, давление при этом во всему газовому тракту поддерживается устройством пережима на выходе газов из воздухоподогревателя, что, как известно, способствует более эффективному использованию потенциала топлива и придает компактность всему устройству по тракту перегрева пара, снижая при этом удельную металлоемкость.

В тепловой схеме установки предусмотрен пусковой котел для прогрева всей схемы оборудования по тракту воды и пара.

Использование предлагаемой паротурбинной установки для производства элекроэнергии позволяет сравнительно с традиционной существенно повысить КПД ПТУ в результате ее работы по регенеративному типу и рационализации всего процесса выработки электроэнергии.

Установка может иметь самую широкую область применения с выработкой не только электрической, но и механической энергии.

ПТУ автономна в работе, не требует большого количества технологической воды, достаточно мобильна и экологична.

Источник информации
Литература по проблемам теплоэнергетики и эволюции ее развития.

Изобретение относится к области энергетики. Регенеративная паротурбинная установка, содержащая парогенератор, соединенный с пароперегревателем, турбину высокого давления, конденсатор, турбину низкого давления, охлажденный конденсат которой конденсатным насосом подается в деаэратор и циркуляционная вода после деаэратора питательным насосом подается в парогенератор. При этом установка снабжена камерой сгорания с установленным в ней пароперегревателем, состоящим из первичного и вторичного перегрева, турбиной, конденсат которой после конденсатора также конденсатным насосом подается в деаэратор. Установка снабжена также головным испарителем и испарителями с собственными пароперегревателями, обогреваемыми газами из камеры сгорания, регенератором, в котором циркуляционная вода после деаэратора нагревается паром выхлопа турбины низкого давления с последующей частичной подачей с помощью насоса подачи в головной испаритель с дальнейшей каскадной подачей в испарители и далее с помощью циркуляционного насоса в общий поток после деаэратора. Выход парогенератора по пару соединен с головным испарителем, пар которого, проходя через пароперегреватель первичного перегрева, поступает после разделения потока одной частью в турбину высокого давления и в турбину с выхлопом в конденсатор, а другой частью - на вторичный перегрев в пароперегреватель, а пар следующего после головного испарителя поступает в турбину низкого давления, встречаясь при этом с отработавшим паром турбины высокого давления, причем деаэратор работает паром последнего испарителя. Изобретение позволяет повысить КПД установки. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Регенеративная паротурбинная установка, содержащая парогенератор, соединенный с пароперегревателем, турбину высокого давления, конденсатор, турбину низкого давления, охлажденный конденсат которой конденсатным насосом подается в деаэратор и циркуляционная вода после деаэратора питательным насосом подается в парогенератор, отличающаяся тем, что установка снабжена камерой сгорания с установленным в ней пароперегревателем, состоящим из первичного и вторичного перегрева, турбиной, конденсат которой после конденсатора также конденсатным насосом подается в деаэратор, головным испарителем и испарителями с собственными пароперегревателями, обогреваемыми газами из камеры сгорания, регенератором, в котором циркуляционная вода после деаэратора нагревается паром выхлопа турбины низкого давления с последующей частичной подачей с помощью насоса подачи в головной испаритель с дальнейшей каскадной подачей в испарители и далее с помощью циркуляционного насоса в общий поток после деаэратора, при этом выход парогенератора по пару соединен с головным испарителем, пар которого, проходя через пароперегреватель первичного перегрева, поступает после разделения потока одной частью в турбину высокого давления и в турбину с выхлопом в конденсатор, а другой частью на вторичный перегрев в пароперегреватель, а пар следующего после головного испарителя поступает в турбину низкого давления, встречаясь при этом с отработавшим паром турбины высокого давления, причем деаэратор работает паром последнего испарителя. 2. Паротурбинная установка по п. 1, отличающаяся тем, что испарители имеют назначение, заключающееся в генерации пара для турбины и охлаждении циркуляционной воды. 3. Паротурбинная установка по п. 1, отличающаяся тем, что теплоносителем для парогенератора является пар высокого давления и температуры. 4. Паротурбинная установка по п. 1, отличающаяся тем, что камера сгорания предназначена для перегрева пара, работает с наддувом и экранирована трубами первичного и вторичного перегрева пара. 5. Паротурбинная установка по п. 1, отличающаяся тем, что снабжена пусковым котлом.