СИСТЕМА КОНДЕНСАЦИИ, РАБОТАЮЩАЯ ПРИ ОДНОМ И РАЗЛИЧНЫХ ДАВЛЕНИЯХ Российский патент 2019 года по МПК F28B1/02 F28B9/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, в общем, к системам конденсации, работающим при одном и различных давлениях, для конденсации пара, отводимого из паровых турбин низкого давления, и, в частности, к системе извлечения для извлечения неконденсируемых газов из такой системы конденсации.

Предшествующий уровень техники

В паротурбинной электростанции конденсатор пара имеет функцию конденсации отработавшего пара, поступающего из паровой турбины, и сбора полученной из него конденсированной воды. В общем, конденсатор пара имеет тело, соединенное с каналом для выпуска отработавшего пара паровой турбины. Тело включает в себя область теплопередачи, которая содержит массив теплообменных труб, через которые направляется охлаждающая среда, такая как вода.

Пар, выпускаемый из паровой турбины, стекает вниз в тело конденсатора пара, где входит в контакт с массивом труб. Сначала пар охлаждается охлаждающей средой, протекающей через теплообменные трубы, и затем конденсируется. При конденсации на поверхности конденсации труб температура пара находится на уровне температуры его насыщения при своем соответствующем парциальном давлении пара.

Снижение парциального давления пара ниже температуры насыщения и, в результате, ниже температурного напора между паром и охлаждающей водой. В результате, чем больше степень конденсации, тем меньше становится эффективность локальной производительности конденсатора. Помимо степени конденсации, на которую влияет температура охлаждающей воды при ее увеличении вдоль длины трубы, количество неконденсируемых газов представляет собой дополнительный фактор, который может оказывать влияние на уменьшение парциального давления пара, и, таким образом, является другим фактором, который оказывает отрицательное влияние на рабочие характеристики конденсатора. Эти неконденсируемые газы, как правило, приводят к неизбежной утечке воздуха, к неконденсируемым газам, которые вырабатываются в ходе физико-химической очистки, или к газам, которые вырабатываются в результате разложения при облучении в конденсаторах, связанных с ядерными реакторами с кипящей водой, а также к изменяющимся условиям управления конденсатором и изменениям тепловой нагрузки. Чтобы преодолеть эту проблему, вызванную неконденсируемым паром, выполняются различные процессы отбора неконденсируемых газов.

В документе EP 2 010 852 обсуждено одно решение, которое связано с использованием множества вентиляционных полос для извлечения газа из различных областей конденсатора и направления их в зону охлаждения воздуха, где неконденсируемые газы выпускается с помощью всасывающего насоса или пароструйного эжектора, подсоединенного к выходу зоны охлаждения воздуха. Хотя это выгодно с точки зрения удаления неконденсируемых газов, чрезмерный отбор пара может привести к уменьшению общего КПД установки.

Так как охлаждающая вода протекает через конденсатор, ее температура возрастает за счет того, что она получает скрытое тепло из конденсирующегося пара. В результате температурный напор является самым сильным со стороны ввода охлаждающей воды конденсатора и уменьшается вдоль длины охлаждающих труб. В результате, конденсация и, таким образом, концентрации неконденсируемых газов изменяются не только в направлении потока пара, но также поперек длины охлаждающих труб. В частности, в тех случаях, когда перегородки расположены вдоль длины охлаждающих труб из-за различия скоростей конденсации, может создаваться дополнительный градиент давления. Для регулировки скорости отбора пара из системы с неконденсируемыми газами, основанной на различных условиях для отдельных областей конденсатора, во впускных отверстиях системы с отбором пара может иметь место дроссельное отверстие или изменяющийся размер.

В конденсаторе, работающем при различном давлении, в документе DE 199 49 761 B4 обсужден другой способ, который включает в себя коллектор с впускными отверстиями, расположенными в ключевых местоположениях в конденсаторе, которые присоединяются с помощью коллектора, в котором расположен пароструйный эжектор. Используя различие по давлению в конденсаторе для приведения в действие пароструйных эжекторов, отбор пара можно выполнить с возможностью учета областей с различным давлением конденсатора.

Так как паровая нагрузка, температура охлаждающей воды и концентрация неконденсируемого пара в паре, подаваемом в конденсатор, изменяются, в различных зонах конденсатора может также изменяться оптимальная скорость отбора неконденсируемых газов. Для систем отбора пара, которые содержат фиксированные отверстия или размеры пароструйного эжектора, такие системы не являются легко адаптируемыми, и поэтому трудно оптимизировать отвод пара поперек конденсатора вдоль длины пучка труб конденсатора. Поэтому существует потребность в выполнении легко регулируемой системы, которая позволяет варьировать отбора пара поперек конденсатора в ответ на различные условия эксплуатации конденсатора.

Сущность изобретения

Раскрыта система конденсации, работающая при одном и различных давлениях, которую можно выполнить с возможностью компенсацию изменения концентрации неконденсируемых газов при различных давлениях отбора пара.

Настоящее раскрытие позволяет решить эту проблему посредством предмета независимых пунктов формулы изобретения. Преимущественные варианты осуществления приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Раскрытие основывается на общей идее адаптации конденсаторной системы, работающей при различных давлениях, с помощью регулируемого пароструйного эжектора, который выполнен с возможностью обеспечения управления относительным давлением в секциях с различным давлением конденсатора, что может привести к локальному изменению давления 5-10 мбар.

Данная ситуация аналогична для конденсаторов, работающих при одном давлении, с высокой температурой охлаждающей воды, повышающейся, в частности, за счет двух или более проходов в паровом объеме. Удаление неконденсируемых газов с помощью одной системы откачивания является в таких случаях близким к невозможному без расположения в шахматном порядке всасывающих патрубков.

Один общий аспект включает в себя конденсатор с путем потока конденсирующегося пара. Конденсатор также включает в себя множество охлаждающих труб, которые продолжаются поперек пути потока пара, для содержания и направления потока охлаждающей воды и системы с отбором пара. Система отбора пара, включающая в себя первый трубопровод отбора пара с первым впускным отверстием, второй трубопровод отбора пара со вторым впускным отверстием, расположенным в области конденсатора, который, в рабочем состоянии, выполнен с возможностью находиться под более низком давлении, чем область первого впускного отверстия, регулируемого пароструйного эжектора. Регулируемый пароструйный эжектор включает в себя форсунку, имеющую отверстие, соединенное с первым трубопроводом отбора пара, и выполненное таким образом, чтобы текучую среду, отбираемую через первый трубопровод отбора пара, можно было использовать в качестве движущей текучей среды для регулируемого пароструйного эжектора. Конденсатор также включает в себя отверстие для всасывания, соединенное со вторым трубопроводом отбора пара таким образом, чтобы обеспечить откачивание второго из второго трубопровода отбора пара с помощью регулируемого пароструйного эжектора. Таким образом, пар из области высокого давления конденсатора можно использовать в качестве движущей силы для регулируемого пароструйного эжектора. Таким образом, регулируемый пароструйный эжектор можно рассматривать как устройство для уменьшения давления и в то же самое время как вакуумный усилитель. Конденсатор дополнительно включает в себя средство для изменения скорости потока движущей текучей среды.

Предложенное решение можно применить в конденсаторах, работающих при одном давлении, с большим повышением температуры охлаждающей воды, таких как многопроходные конденсаторы, поскольку проблемы, вызванные неконденсируемыми газами в конденсаторах, работающих при одном давлении, аналогичны проблемам конденсаторов, работающих при различных давлениях.

Дополнительные аспекты могут включать в себя один или более из следующих признаков. Второе впускное отверстие вторых трубопроводов отбора пара, смещенных относительно первого впускного отверстия первого трубопровода отбора пара в направлении продолжения одной из охлаждающих труб. Регулируемый пароструйный эжектор включает в себя иглу с первым концом, имеющим переменный диаметр в продольном направлении, продолжающемся от первого конца. Конденсатор может также включать в себя исполнительный механизм, который соединен с иглой и выполнен с возможностью регулируемого перемещения иглы в отверстии форсунки, таким образом, чтобы переменный диаметр иглы изменялся в зоне отверстия форсунки, тем самым изменяя поток движущей текучей среды. Конденсатор, в котором переменный диаметр представляет собой участок иглы, который имеет увеличивающийся диаметр в направлении, продолжающемся на расстоянии от первого конца вдоль по меньшей мере парциальной продольной длины иглы. Конденсатор представляет собой конденсатор, работающий при различных давлениях.

Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы преодолеть или по меньшей мере смягчить затруднения и недостатки предшествующего уровня техники или обеспечить полезную альтернативу.

Другие аспекты и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из последующего описания, приведенного совместно с сопроводительными чертежами, которые посредством примера иллюстрируют примерные варианты осуществления настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей

Далее приводится подробное описание варианта осуществления настоящего раскрытия со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг. 1 изображает вид с торца конденсатора системы с отбором пара;

фиг. 2 изображает вид сбоку системы с отбором пара согласно примерному варианту осуществления раскрытия;

фиг. 3 изображает вид регулируемого пароструйного эжектора системы с отбором пара, показанной на фиг. 2;

фиг. 4 изображает вид в разрезе однопроходного конденсатора, работающего при одном давлении, с системой отбора пара, показанного на фиг. 2; и

фиг. 5 изображает схему двухпроходного конденсатора, работающего при одном давлении, с системой отбора пара, показанной на фиг. 2.

Подробное описание изобретения

Примерные варианты осуществления настоящего раскрытия описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции используются для обозначения одинаковых элементов на всем протяжении описания. В нижеследующем описании в целях объяснения многочисленные конкретные детали изложены для обеспечения полного понимания раскрытия. Однако настоящее раскрытие можно осуществить на практике без этих специфических деталей, и оно не ограничивается примерным вариантом осуществления, раскрытым здесь.

На фиг. 1 показан конденсатор 10 с множеством охлаждающих труб 11, которые продолжаются поперек пути потока пара. Патрубок 12 для отбора неконденсируемых газов расположен рядом с множеством охлаждающих труб 11 вдоль направления продолжения одной из охлаждающих труб 11 из множества охлаждающих труб 11. То есть патрубок 12 для отбора пара продолжается поперек конденсатора 10, который пересекает путь потока пара через конденсатор 10.

В примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 2, патрубок 12 для отбора пара содержит ряд отверстий 13 с различными размерами, трубопровод 14 отбора пара высокого давления, трубопровод 18 отбора пара низкого давления и регулируемый пароструйный эжектор 20.

Различные размеры отверстий 13 обеспечивают управление ходом относительного отбора пара в различных точках конденсатора 10, который нельзя регулировать на основании условий эксплуатации.

В другом, не показанном примерном варианте осуществления впускные отверстия 15, 19 трубопроводов 14, 18 для отбора пара непосредственно соединены с различными областями давления конденсатора 10.

В примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 2, впускное отверстие 15 трубопровода 14 отбора пара высокого давления и впускное 15 трубопровода 18 отбора пара низкого давления соединяют различные области патрубка 12 для отбора пара с регулируемым пароструйным эжектором 20. В другом, непоказанном примерном варианте осуществления впускное отверстие 15 трубопровода 14 для отбора пара высокого давления и впускное отверстие 19 трубопровода 18 для отбора пара низкого давления соединены непосредственно с различными областями давления конденсатора 10. Таким образом, регулируемый пароструйный эжектор 20 гидравлически расположен между различными областями давления конденсатора 10 таким образом, чтобы регулируемый пароструйный эжектор 20 мог преимущественно отбирать газ из одной области конденсатора по сравнению с другой областью конденсатора 10.

В примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 2, регулируемый пароструйный эжектор 20 представляет собой регулируемый пароструйный эжектор 20 с форсункой 26 и впускное отверстие 24 для всасывания. Для того чтобы предпочтительно уменьшить давление или по меньшей мере изменить скорость отбора пара в различных областях конденсатора 10, форсунка 26 регулируемого пароструйного эжектора 20 соединена с трубопроводом 14 отбора пара высокого давления, тогда как впускное отверстие 24 для всасывания соединено с трубопроводом 18 отбора пара низкого давления. Таким образом, газ, отводимый из конденсатора 10, проходит через трубопровод 14 для отбора пара высокого давления и затем через форсунку 26 таким образом, чтобы газ можно было использовать в качестве движущей текучей среды для регулируемого пароструйного эжектора 20, чтобы обеспечить всасывание в трубопроводе 18 для отбора пара низкого давления.

В примерном варианте осуществления регулируемый пароструйный эжектор 20 выполнен в виде регулируемого пароструйного эжектора 20 за счет содержания форсунки 26, имеющей отверстие 28 с площадью отверстия и иглой 30 с первым концом 31, имеющим переменный диаметр в продольном направлении, продолжающемся от первого конца 31, как показано на фиг. 3. Игла 30 соединена с исполнительным механизмом 34, который обеспечивает перемещение иглы 30 таким образом, чтобы первый конец 31 иглы 30 входил регулируемым образом в зону отверстия форсунки 26. Чтобы обеспечить управляемое снижение давления, диаметр иглы 30 увеличивается в продольном направлении на расстоянии от первого конца 31 таким образом, что чем дальше игла 30 вставляется в отверстие 28 форсунки, тем меньше эффективная площадь отверстия. В примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 3, переменный диаметр иглы 30 продолжается часть пути вдоль продольной длины 32 иглы 30 таким образом, чтобы изменялась площадь отверстия форсунки 26, тем самым обеспечивая регулируемый пароструйный эжектор для работы в качестве регулируемого пароструйного эжектора 20. Уменьшение площади форсунки позволяет достичь различных скоростей смесей паров в конце секции расширения регулируемого пароструйного эжектора 20, гарантируя, что скорость остается ниже скорости звука при заданных условиях ниже по потоку, таким образом обеспечивая то, что регулируемый пароструйный эжектор 20 работает в субкритических условиях.

В примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 4, система отбора пара применяется в однопроходном конденсаторе 10, работающем при одном давлении, с опорными перегородками. Трубопровод 14 для отбора пара высокого давления и трубопровод 18 для отбора пара низкого давления соединены на одном конце с патрубком 12 для отбора пара и на другом конце с регулируемым пароструйным эжектором 20.

В примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 5, система отбора пара применяется в двухпроводном конденсаторе 10, работающем при одном давлении. Трубопровод 14 для отбора пара высокого давления соединен с более высокими областями давления конденсатора 10, соответствующими обратному пути потока охлаждающей воды, имеющему высокую температуру охлаждающей воды, которая уменьшается при более низких скоростях конденсации. Трубопровод 18 для отбора пара низкого давления соединен с более низкими областями давления, соответствующими впускному отверстию охлаждающей воды, имеющему низкую температуру охлаждающей воды и, таким образом, более высокие скорости конденсации.

Хотя настоящее раскрытие было показано и описано здесь применительно к тому, что рассматривается в настоящий момент как наиболее практичный и предпочтительный вариант осуществления, настоящее раскрытие можно осуществить в других специфических формах. Поэтому раскрытые выше варианты осуществления рассматриваются во всех отношениях как иллюстративные, а не ограничивающие. Объем раскрытия ограничивается прилагаемой формулой изобретения, а не вышеприведенным описанием, и предполагается, что она охватывает все изменения, которые находятся в пределах значения и диапазона, и ее эквиваленты.

Ссылочные позиции

10 Конденсатор

11 Охлаждающие трубы

12 Проход отбора пара

13 Отверстие

14 Трубопровод отбора пара высокого давления

15 Впускной клапан (трубопровод отбора пара высокого давления)

18 Трубопровод отбора пара низкого давления

19 Впускной клапан (трубопровод отбора пара низкого давления)

20 Регулируемый пароструйный эжектор

24 Отверстие для всасывания

26 Форсунка

28 Отверстие форсунки

30 Игла

31 Конец

32 Продольная длина

34 Исполнительный механизм.

Изобретение относится к конденсаторной системе, содержащей конденсатор (10) с системой отбора пара. Регулируемый пароструйный эжектор (20) содержит средство для изменения скорости потока, предназначенное для изменения скорости потока движущей текучей среды и содержащее иглу (30) с первым концом (31), имеющим переменный диаметр в продольном направлении, продолжающемся от первого конца (31). Игла (30) выполнена с возможностью регулируемого перемещения таким образом, чтобы ее первый конец (31) входил в отверстие (28) форсунки в направлении, противоположном направлению текучей среды, отводимой из первого трубопровода (14) через указанное отверстие (28). Техническим результатом является обеспечение простого и точного регулирования работы установки и повышение эффективности ее работы. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Конденсатор (10) с путем потока конденсирующегося пара, содержащий:

множество охлаждающих труб (11), проходящих поперек пути потока пара для содержания и направления потока охлаждающей воды; и

систему отбора пара, содержащую:

первый трубопровод (14) отбора пара с первым впускным отверстием (15);

второй трубопровод (18) отбора пара со вторым впускным отверстием (19), расположенным в области конденсатора (10), которая в рабочем состоянии выполнена с возможностью находиться при более низком давлении, чем первое впускное отверстие (15);

регулируемый пароструйный эжектор (20), содержащий:

форсунку (26), имеющую отверстие (28), соединенное с первым трубопроводом (14) отбора пара и выполненное с возможностью использования текучей среды, отводимой через первый трубопровод (14) отбора пара, в качестве движущей текучей среды для регулируемого пароструйного эжектора (20); и

впускное отверстие (24) для всасывания, соединенное со вторым трубопроводом (18) отбора пара таким образом, чтобы обеспечить откачку из второго трубопровода (18) отбора пара с помощью регулируемого пароструйного эжектора (20),

отличающийся тем, что регулируемый пароструйный эжектор (20) содержит средство для изменения скорости потока, предназначенное для изменения скорости потока движущей текучей среды и содержащее иглу (30) с первым концом (31), имеющим переменный диаметр в продольном направлении, продолжающемся от первого конца (31); причем игла (30) выполнена с возможностью регулируемого перемещения таким образом, чтобы ее первый конец (31) входил в отверстие (28) форсунки в направлении, противоположном направлению текучей среды, отводимой из первого трубопровода (14) через указанное отверстие (28).

2. Конденсатор (10) по п. 1, в котором второе впускное отверстие (19) смещено относительно первого впускного отверстия (15) в направлении прохождения одной из охлаждающих труб (11).

3. Конденсатор (10) по п.1, в котором средство для изменения скорости потока содержит исполнительный механизм (34), соединенный с иглой (30) и обеспечивающий указанное регулируемое перемещение иглы (30) в отверстии (28) форсунки таким образом, чтобы переменный диаметр иглы (30) изменял площадь отверстия (28) форсунки, тем самым изменяя поток движущей текучей среды.

4. Конденсатор (10) по п. 3, в котором переменный диаметр представляет собой участок иглы (30), который имеет увеличивающийся диаметр, продолжающийся на расстоянии от первого конца (31) вдоль по меньшей мере парциальной продольной длины (32) иглы (30).

5. Конденсатор по п. 1, в котором конденсатор (10) является однопроходным конденсатором (10).

6. Конденсатор по п. 1, в котором конденсатор (10) является многопроходным конденсатором (10).

7. Конденсатор по п. 1, в котором конденсатор (10) является конденсатором (10), работающим при одном давлении.

8. Конденсатор по п. 1, в котором конденсатор (10) является конденсатором (10), работающим при различном давлении.