СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ, ВЫРАБАТЫВАЕМОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИЕЙ Российский патент 2015 года по МПК F01K17/02 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях.

Известен способ утилизации теплоты неочищенных сточных вод путем охлаждения сточной воды в проточной буферной емкости на 2-3°C и нагрева промежуточного теплоносителя в погруженном теплообменнике на 5-8°С, промежуточный теплоноситель подается на вход испарителя теплового насоса и охлаждается на те же 5-8°С, а сетевая вода при этом нагревается в конденсаторе теплового насоса до 50-55°С, что обеспечивает коэффициент преобразования на уровне 4-4,5 [RU 2338968 C1, F24H 4/00, 20.11.2008].

Также известен способ работы тепловой электрической станции, по которому в нижнем, ближайшем к конденсатору регенеративном подогревателе низкого давления подогревают исходную воду перед водоподготовительной установкой подпитки теплосети, а регенеративный подогрев основного конденсата турбины начинают во втором от конденсатора турбины подогревателе низкого давления [RU 2269010 С1, F01K 13/02, 20.06.2005].

Недостатком данного способа является неполное использование низкопотенциальной теплоты циркуляционной воды, использование регенеративного подогревателя для подогрева подпиточной воды, вместо подогрева основного конденсата.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ работы тепловой электрической станции, в котором дополнительный подогрев греющего агента перед вакуумным деаэратором производят в теплонасосной установке, в качестве источника низкопотенциальной теплоты используют нагретую циркуляционную воду после конденсатора турбины [RU 2189457 C1, F01K 17/02, F25B 29/00, 20.09.2002].

Недостатком данного аналога является то, что не учитываются сезонные изменения температуры циркуляционной воды.

Задачей настоящего изобретения является повышение экономичности работы тепловой электрической станции.

Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является максимально возможный отвод теплоты от циркуляционной воды и обратной сетевой воды и увеличение выработки электроэнергии.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе работы тепловой электрической станции, включающем дополнительный подогрев греющего агента перед вакуумным деаэратором в теплонасосной установке, в которой в качестве источника низкопотенциальной теплоты используют нагретую циркуляционную воду после конденсатора турбины, согласно изобретению теплоту нагретой циркуляционной воды утилизируют в теплонасосных установках сетевой и подпиточной воды, в качестве которой используют часть отработавшей циркуляционной воды, которую затем нагревают в теплонасосной установке, вакуумном деаэраторе и подают в подающий или обратный сетевой трубопровод, в зависимости от отопительного графика качественного регулирования отпуска тепла по среднесуточной температуре наружного воздуха.

Для достижения этого результата предложен способ работы тепловой электрической станции, по которому отработавший пар в турбине конденсируют в конденсаторе с помощью холодной циркуляционной воды, теплоту нагретой циркуляционной воды утилизируют в теплонасосных установках сетевой и подпиточной воды. В качестве подпиточной воды используют часть отработавшей циркуляционной воды, которую затем нагревают в теплонасосной установке, вакуумном деаэраторе и подают в подающий или обратный сетевой трубопровод, в зависимости от отопительного графика качественного регулирования отпуска тепла по среднесуточной температуре наружного воздуха.

Отличием заявленного способа работы тепловой электрической станции является то, что теплоту нагретой циркуляционной воды утилизируют в теплонасосных установках сетевой и подпиточной воды. В качестве подпиточной воды используется часть отработавшей циркуляционной воды, которая нагревается в теплонасосной установке, вакуумном деаэраторе и подается в тепловую сеть. Это приводит к частичной разгрузке насосов водозабора.

В данном изобретении учитываются сезонные изменения температуры циркуляционной воды, которая идет на подпитку теплосети. Новый отличительный признак, характеризующий способ работы конденсационной установки, позволяет повысить ее экономичность, в связи с дополнительной тепловой мощностью, поступающей от тепловых насосов. Благодаря утилизации низкопотенциальной теплоты циркуляционной воды уменьшаются тепловые загрязнения источников водоснабжения сточными водами. Это обеспечивает экологичность изобретения.

Далее рассмотрим сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением искомого технического результата.

Существо изобретения поясняется чертежом. На чертеже изображена принципиальная схема тепловой электрической станции, поясняющая предложенный способ.

Тепловая электрическая станция содержит паровую турбину 1 с теплофикационными отборами пара 2 и конденсатор 3, подающий 4 и обратный 5 сетевые трубопроводы, сетевой насос 6, нижний 7 и верхний 8 сетевые подогреватели, к конденсатору 3 подключены напорный 9 и сливной 10 трубопроводы циркуляционной воды. Трубопровод циркуляционной воды 11, используемой в качестве теплоносителя для теплонасосных установок сетевой 12 и подпиточной воды 13, забираемой по трубопроводу 14 в водоподготовительную установку 15. Вакуумный деаэратор 16 соединен с насосом 17. 18, 19 - трубопроводы подпиточной воды.

Тепловая электрическая станция работает следующим образом. Пар, отработавший в паровой турбине 1, поступает в конденсатор турбины 3, где конденсируется за счет теплообмена с охлаждающей водой, подаваемой по напорному циркуляционному трубопроводу 9. Паром из теплофикационных отборов 2 турбины 1 в нижнем 7 и верхнем 8 подогревателях подогревают сетевую воду из обратного трубопровода 5, после чего по подающему трубопроводу 4 направляют потребителю. Сетевая вода также подогревается в теплонасосной установке 12, греющий агент которой поступает по трубопроводу 11. Часть нагретой циркуляционной воды, которую в дальнейшем будем называть подпиточной, направляют по трубопроводу 14 в теплонасосную установку подпиточной воды 13, в которой в качестве греющего агента используют циркуляционную воду, подаваемую по трубопроводу 11. Далее нагретую подпиточную воду подают в водоподготовительную установку 15, затем в вакуумный деаэратор 16. Насосом 17 подпиточную воду подают в трубопровод 18 или 19 в зависимости от сезона.

Пример конкретной реализации способа

Имеется турбина мощностью 60 МВт с номинальной тепловой мощностью производственного отбора 85 Гкал/ч (99 МВт) и теплофикационного отбора 54 Гкал/ч (63 МВт), номинальным расходом свежего пара 370 т/ч (102,7 кг/с). Полный расход теплоты на турбоустановку Q_ТУ=D₀(h₀-h_П.В)=257,96 МВт, где

Q_ТУ - полный расход теплоты на турбоустановку,

D₀ - расход пара на турбину,

h₀ - энтальпия свежего пара на входе в турбину,

h_П.В - энтальпия питательной воды.

Расход теплоты на турбоустановку по производству электроэнергии

где

$$Q_{Т.У}^{Э}$$ - расход теплоты на турбоустановку по производству электроэнергии,

Q_ТУ - полный расход теплоты на турбоустановку,

D_′П - выход пара из расширителя продувки,

h_′П - энтальпия пара производственного отбора,

h_П.В - энтальпия питательной воды,

D_УТ - протечки пара через уплотнения,

D_′ПР - протечки пара через уплотнения питательной воды,

h_О.В - энтальпия воды на входе в подогреватель очищенной воды,

Q_ТП - общий расход теплоты на внешних потребителей.

КПД по производству электроэнергии , где

$${\eta }_{ТУ}^{Э}$$ - КПД по производству электроэнергии,

N_Э - электрическая мощность турбоагрегата,

$$Q_{ТУ}^{Э}$$ - расход теплоты на турбоустановку по производству электроэнергии.

При включении теплонасосных установок 12, 13 с теплопроизводительностью 10000 кВт и коэффициентом трансформации установки k_ТУ=4 затраты на привод составят N_УСТ=20000/4=5000 кВт. Расход теплоты на отопление увеличится за счет дополнительного включения теплонасосной установки по сетевой воде на 10000 кВт, потребляющей вместе с теплонасосной установкой подпиточной воды 5000 кВт. Соответственно изменится КПД по производству электроэнергии где

$${\eta }_{ТУ}^{Э}$$ - КПД по производству электроэнергии при установке тепловых насосов,

N_Э - электрическая мощность турбоагрегата при установке тепловых насосов,

$$Q_{ТУ}^{Э}$$ - расход теплоты на турбоустановку по производству электроэнергии при установке тепловых насосов.

Благодаря теплонасосной установке сетевой воды КПД по производству электроэнергии увеличилось.

По трубопроводу 14 подпиточной воды в водоподготовительную установку поступает через теплонасосную установку 13 вода с расходом 400 т/ч, обеспечивающим подпитку теплосети. В теплонасосной установке 13 вода подогревается на 21,5°С. Величина нагрева в теплонасосной установке определяется по ее теплопроизводительности

где

L - объемный расход воды, м³/ч,

c_р - удельная теплоемкость воды, равная 1,163 10-3 кВт·ч/кг·К,

ρ - плотность воды, 1000 кг/м³;

Δt - разность температур заборной и возвратной подпиточной воды.

В летнее время температура охлаждающей воды после конденсатора составляет примерно 20°C. Эта вода идет в водоподготовительную установку, перед которой подогревается в теплонасосной установке на 21,5°С. Затем подогревается в вакуумном деаэраторе на величину от 15 до 25°С.

Нагретую подпиточную воду можно сразу по трубопроводу 19 подать в подающий сетевой трубопровод, так как вода имеет температуру t=56,5…66,5°С.

В зимнее время температура охлаждающей воды после конденсатора составляет примерно 13°С. Вода подогревается в теплонасосной установке, вакуумном деаэраторе и подается в обратный трубопровод сетевой воды с температурой t=49,5…59,5°C.

Итак, заявляемое изобретение позволяет повысить экономичность работы тепловой электрической станции, обеспечить максимально возможный отвод теплоты от циркуляционной воды и обратной сетевой воды, увеличить выработку электроэнергии.

Способ включает дополнительный подогрев греющего агента перед вакуумным деаэратором в теплонасосной установке, в которой в качестве источника низкопотенциальной теплоты используют нагретую циркуляционную воду после конденсатора турбины. Теплоту нагретой циркуляционной воды утилизируют в теплонасосных установках сетевой и подпиточной воды, при этом в качестве подпиточной воды используют часть отработавшей циркуляционной воды, которую затем нагревают в теплонасосной установке, вакуумном деаэраторе и подают в подающий или обратный сетевой трубопровод, в зависимости от среднесуточной температуры наружного воздуха. Достигается увеличение выработки электроэнергии за счет максимально возможного отвода теплоты от циркуляционной воды и обратной сетевой воды. 1 ил.

Способ утилизации тепловой энергии, вырабатываемой тепловой электрической станцией, включающий дополнительный подогрев греющего агента перед вакуумным деаэратором в теплонасосной установке, в которой в качестве источника низкопотенциальной теплоты используют нагретую циркуляционную воду после конденсатора турбины, отличающийся тем, что теплоту нагретой циркуляционной воды утилизируют в теплонасосных установках сетевой и подпиточной воды, при этом в качестве подпиточной воды используют часть отработавшей циркуляционной воды, которую затем нагревают в теплонасосной установке, вакуумном деаэраторе и подают в подающий или обратный сетевой трубопровод, в зависимости от среднесуточной температуры наружного воздуха.