Тепловая электрическая станция Российский патент 2024 года по МПК F01K23/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях, работающих на природном газе.

Уровень техники

Известен аналог – тепловая электрическая станция (см. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. М.: Энергоатомиздат, 1987, с. 14, рис. 1.8), содержащая паровой котел, главный паропровод, паровую турбину с конденсатором, электрический генератор, конденсатный насос, питательный бак, питательный насос, газоход отвода уходящих продуктов сгорания парового котла посредством дымососа и дымовой трубы в атмосферу, в качестве органического топлива используется природный газ. Данный аналог принят за прототип.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известной тепловой электрической станции, принятой за прототип, относится то, что известная тепловая электрическая станция обладает пониженной экономичностью, так как теплота конденсации отработавшего в паровой турбине водяного пара расходуется на нагрев циркуляционной воды в конденсаторе паровой турбины и отводится в окружающуюся среду, то есть в цикле тепловой электрической станции или у внешнего теплового потребителя полезно не используется. Кроме того, уходящие продукты сгорания парового котла отводятся в атмосферу при температуре, превышающей точку росы находящихся в них водяных паров. В атмосферном воздухе уходящие продукты сгорания охлаждаются, при этом содержащиеся в продуктах сгорания водяные пары конденсируются, теплота конденсации водяных паров, содержащихся в уходящих продуктах сгорания, отводится в окружающуюся среду. Таким образом, при работе тепловой электрической станции имеются значительные потери теплоты при конденсации отработавшего в паровой турбине водяного пара и физической теплоты уходящих продуктов сгорания и теплоты конденсации содержащихся в них водяных паров, что снижает экономичность ее работы.

Раскрытие сущности изобретения

Сущность изобретения заключается в следующем.

Для повышения экономичности тепловой электрической станции предлагается дополнительно установить рекуперативный теплообменник, в котором осуществлять охлаждение обессоленной воды, получаемой при охлаждении уходящих продуктов сгорания парового котла ниже точки росы в конденсационном теплообменнике, установленном в газоходе после парового котла на всасывающей стороне дымососа. При этом нагреваемый тракт рекуперативного теплообменника на входе необходимо соединить трубопроводом с водопроводом подачи исходной воды в конденсационный теплообменник. Греющий тракт рекуперативного теплообменника на входе нужно подключить посредством напорного трубопровода и насоса к баку-резервуару сбора обессоленной воды, а на выходе присоединить посредством сливного трубопровода к кольцевому водораспределительному коллектору, снабженному не менее чем четырьмя форсунками, симметрично расположенными на выхлопном патрубке паровой турбины и присоединенными к кольцевому водораспределительному коллектору, для впрыска охлажденной обессоленной воды в поток отработавшего в паровой турбине водяного пара. В рекуперативном теплообменнике обессоленная вода будет охлаждаться до температуры 20-25°С, и подаваться в водораспределительный коллектор, и посредством форсунок впрыскиваться в поток отработавшего в паровой турбине водяного пара, движущегося в выхлопном патрубке. Подача обессоленной воды при температуре 20-25°С в поток отработавшего в паровой турбине водяного пара, имеющего более высокую температуру 28,96-36,16°С (при давлении 0,004-0,006 МПа), будет обеспечивать конденсацию части отработавшего в паровой турбине водяного пара в выхлопном патрубке на всех режимах работы паротурбинной установки, что уменьшит потери теплоты в конденсаторе паровой турбины и расход циркуляционной воды через конденсатор. Теплота конденсации водяного пара в выхлопном патрубке паровой турбины будет затрачиваться на подогрев обессоленной воды и возвращаться в цикл тепловой электрической станции. При этом обессоленная вода, подаваемая в выхлопной патрубок паровой турбины, будет использоваться одновременно в качестве добавочной воды цикла тепловой электрической станции, что дополнительно повышает ее экономичность.

Технический результат - повышение экономичности тепловой электрической станции.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что известная тепловая электрическая станция, содержащая паровой котел, главный паропровод, паровую турбину с конденсатором, электрический генератор, конденсатный насос, питательный бак, питательный насос, газоход отвода уходящих продуктов сгорания парового котла посредством дымососа и дымовой трубы в атмосферу, в качестве органического топлива используется природный газ, особенность тепловой электрической станции заключается в том, что тепловая электрическая станция дополнительно снабжена рекуперативным теплообменником, в котором осуществляется охлаждение обессоленной воды, получаемой при охлаждении уходящих продуктов сгорания парового котла ниже точки росы в конденсационном теплообменнике, установленном в газоходе после парового котла на всасывающей стороне дымососа, при этом нагреваемый тракт рекуперативного теплообменника на входе соединен трубопроводом с водопроводом подачи исходной воды в конденсационный теплообменник, а греющий тракт рекуперативного теплообменника на входе подключен посредством напорного трубопровода и насоса к баку-резервуару сбора обессоленной воды, а на выходе присоединен посредством сливного трубопровода к кольцевому водораспределительному коллектору, снабженному не менее чем четырьмя форсунками, симметрично расположенными на выхлопном патрубке паровой турбины и присоединенными к кольцевому водораспределительному коллектору, для впрыска охлажденной обессоленной воды в поток отработавшего в паровой турбине водяного пара.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 изображена схема тепловой электрической станции; на Фиг. 2 – схема кольцевого водораспределительного коллектора с четырьмя форсунками, подключенными к выхлопному патрубку паровой турбины.

Тепловая электрическая станция содержит паровой котел 1, главный паропровод 2, паровую турбину 3 с выхлопным патрубком 4 и конденсатором 5, электрический генератор 6, конденсатный насос 7, питательный бак 8, питательный насос 9, газоход 10 отвода уходящих продуктов сгорания парового котла 1 посредством дымососа 11 и дымовой трубы 12 в атмосферу, конденсационный теплообменник 13, снабженный конденсатосборником 14 с гидрозатвором 15, бак-резервуар 16 сбора обессоленной воды, выделяющейся из продуктов сгорания при их охлаждении ниже точки росы в конденсационном теплообменнике 13, напорный трубопровод 17, соединяющий нагнетательный патрубок насоса 18 на входе с греющим трактом рекуперативного теплообменника 19, сливной трубопровод 20, соединяющий греющий тракт рекуперативного теплообменника 19, на выходе с кольцевым водораспределительным коллектором 21, снабженным не менее чем четырьмя форсунками 22, симметрично расположенными на выхлопном патрубке 4 паровой турбины 3 и присоединенных к кольцевому водораспределительному коллектору 21, водопровод 23 подачи исходной воды в конденсационный теплообменник 13 и трубопровод 24 подачи исходной воды в нагреваемый тракт рекуперативного теплообменника 19.

Осуществление изобретения

Работа тепловой электрической станции осуществляется следующим образом.

Органическое топливо, атмосферный воздух и питательную воду подают в топку парового котла 1, где осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания и генерируется водяной пар, в качестве органического топлива используется природный газ. Водяной пар по главному паропроводу 2 направляют в паровую турбину 3.

В паровой турбине 3 в процессе расширения водяного пара совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора 6. Отработавший в паровой турбине 3 водяной пар направляют посредством выхлопного патрубка 4 в конденсатор 5, где водяной пар конденсируется за счет теплообмена с циркуляционной водой. Конденсат отработавшего в паровой турбине 3 водяного пара из конденсатора 5 конденсатным насосом 7 направляется в питательный бак 8, из которого питательным насосом 9 подается в паровой котел 1.

Уходящие продукты сгорания парового котла 1 по газоходу 10 направляются в конденсационный теплообменник 13, в нагреваемый тракт которого подается исходная вода при температуре 5-15°С по водопроводу 23. В конденсационном теплообменнике 13 в процессе теплообмена исходная вода подогревается, а уходящие продукты сгорания охлаждаются до температуры 35-40°С, то есть ниже точки росы, равной 55-56°С при работе парового котла 1 на природном газе. При этом водяной пар, содержащийся в уходящих продуктах сгорания в перегретом состоянии, конденсируется, образуется конденсат (обессоленная вода). Таким образом полезно используется физическая теплота уходящих продуктов сгорания и теплота конденсации содержащихся в них водяных паров.

Обессоленную воду, выделяющуюся из уходящих продуктов сгорания в процессе их охлаждения ниже точки росы в конденсационном теплообменнике 13, при температуре 35-40°С отводят в конденсатосборник 14 и через гидрозатвор 15 направляют в бак-резервуар 16, который выполняется из нержавеющей стали для сохранения чистоты обессоленной воды. Из бака-резервуара 16 обессоленную воду насосом 18 по сливному трубопроводу 17 из нержавеющей стали подают в греющий тракт рекуперативного теплообменника 19, в нагреваемый тракт которого подается исходная вода при температуре 5-15°С по трубопроводу 24.

В рекуперативном теплообменнике 19 в процессе теплообмена обессоленная вода охлаждается до температуры 20-25°С, а исходная вода подогревается и отводится на химводоочистку (на Фиг. 1 не показана). Охлажденная в рекуперативном теплообменнике 19 до температуры 20-25°С обессоленная вода подается по сливному трубопроводу 20 в водораспределительный коллектор 21 и посредством форсунок 22 впрыскивается в поток отработавшего в паровой турбине 3 водяного пара, движущегося в выхлопном патрубке 4. Подача обессоленной воды при более низкой температуре 20-25°С в поток отработавшего в паровой турбине 3 водяного пара, имеющего более высокую температуру 28,96-36,16°С (при давлении 0,004-0,006 МПа), обеспечивает конденсацию части отработавшего в паровой турбине 3 водяного пара в выхлопном патрубке 4 на всех режимах работы паротурбинной установки, что уменьшает потери теплоты в холодном источнике – конденсаторе 5 паровой турбины 3. При этом расход циркуляционной воды через конденсатор 5 паровой турбины 3 снижается, так как часть отработавшего в паровой турбине 3 водяного пара будет конденсироваться в выхлопном патрубке 4. Теплота конденсации водяного пара в выхлопном патрубке 4 будет затрачиваться на подогрев обессоленной воды и возвращаться в цикл тепловой электрической станции. Кроме того, обессоленная вода будет использоваться одновременно в качестве добавочной воды цикла тепловой электрической станции, что дополнительно повышает ее экономичность за счет снижения затрат на подготовку добавочной воды.

Таким образом, снабжение тепловой электрической станции рекуперативным теплообменником, в котором осуществляется охлаждение обессоленной воды, получаемой при охлаждении уходящих продуктов сгорания парового котла ниже точки росы в конденсационном теплообменнике, и впрыск охлажденной обессоленной воды в поток отработавшего в паровой турбине водяного пара посредством форсунок, симметрично расположенных на выхлопном патрубке паровой турбины и присоединенных к кольцевому водораспределительному коллектору, обусловливает конденсацию в выхлопном патрубке паровой турбины части отработавшего в ней водяного пара, снижение потерь теплоты в конденсаторе паровой турбины и расхода добавочной воды, что повышает экономичность тепловой электрической станции.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях, работающих на природном газе. Технический результат – повышение экономичности тепловой электрической станции. Предлагается тепловая электрическая станция, содержащая паровой котел, главный паропровод, паровую турбину с конденсатором, электрический генератор, конденсатный насос, питательный бак, питательный насос, газоход отвода уходящих продуктов сгорания парового котла посредством дымососа и дымовой трубы в атмосферу, в качестве органического топлива используется природный газ, при этом тепловая электрическая станция дополнительно снабжена рекуперативным теплообменником, в котором осуществляется охлаждение обессоленной воды, получаемой при охлаждении уходящих продуктов сгорания парового котла ниже точки росы в конденсационном теплообменнике, установленном в газоходе после парового котла на всасывающей стороне дымососа, при этом нагреваемый тракт рекуперативного теплообменника на входе соединен трубопроводом с водопроводом подачи исходной воды в конденсационный теплообменник, а греющий тракт рекуперативного теплообменника на входе подключен посредством напорного трубопровода и насоса к баку-резервуару сбора обессоленной воды, а на выходе присоединен посредством сливного трубопровода к кольцевому водораспределительному коллектору, снабженному не менее чем четырьмя форсунками, симметрично расположенными на выхлопном патрубке паровой турбины и присоединенными к кольцевому водораспределительному коллектору, для впрыска охлажденной обессоленной воды в поток отработавшего в паровой турбине водяного пара. 2 ил.

Тепловая электрическая станция, содержащая паровой котел, главный паропровод, паровую турбину с конденсатором, электрический генератор, конденсатный насос, питательный бак, питательный насос, газоход отвода уходящих продуктов сгорания парового котла посредством дымососа и дымовой трубы в атмосферу, в качестве органического топлива используется природный газ, отличающаяся тем, что тепловая электрическая станция дополнительно снабжена рекуперативным теплообменником, в котором осуществляется охлаждение обессоленной воды, получаемой при охлаждении уходящих продуктов сгорания парового котла ниже точки росы в конденсационном теплообменнике, установленном в газоходе после парового котла на всасывающей стороне дымососа, при этом нагреваемый тракт рекуперативного теплообменника на входе соединен трубопроводом с водопроводом подачи исходной воды в конденсационный теплообменник, а греющий тракт рекуперативного теплообменника на входе подключен посредством напорного трубопровода и насоса к баку-резервуару сбора обессоленной воды, а на выходе присоединен посредством сливного трубопровода к кольцевому водораспределительному коллектору, снабженному не менее чем четырьмя форсунками, симметрично расположенными на выхлопном патрубке паровой турбины и присоединенными к кольцевому водораспределительному коллектору, для впрыска охлажденной обессоленной воды в поток отработавшего в паровой турбине водяного пара.