Способ работы тепловой электрической станции 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 – способ работы тепловой электрической станции (см. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. М.: Энергоатомиздат, 1987. С. 14, рис. 1.8), по которому органическое топливо, атмосферный воздух и питательную воду подают в топку парового котла, где осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания и генерируется водяной пар, водяной пар по главному паропроводу направляют в паровую турбину, а охлажденные продукты сгорания по газоходу дымососом через дымовую трубу отводят в атмосферу, в паровой турбине в процессе расширения водяного пара совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора, отработавший в паровой турбине водяной пар отводят в конденсатор, в конденсаторе водяной пар конденсируется за счет теплообмена с циркуляционной водой, конденсат отработавшего в паровой турбине водяного пара из конденсатора конденсатным насосом направляют в питательный бак, из которого питательным насосом подают в паровой котел, в качестве органического топлива используется природный газ. Данный аналог принят за прототип.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа работы тепловой электрической станции, принятого за прототип, относится то, что при реализации известного способа 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 в известном способе работы тепловой электрической станции, по которому органическое топливо, атмосферный воздух и питательную воду подают в топку парового котла, где осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания и генерируется водяной пар, водяной пар по главному паропроводу направляют в паровую турбину, а охлажденные продукты сгорания по газоходу дымососом через дымовую трубу отводят в атмосферу, в паровой турбине в процессе расширения водяного пара совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора, отработавший в паровой турбине водяной пар отводят в конденсатор, в конденсаторе водяной пар конденсируется за счет теплообмена с циркуляционной водой, конденсат отработавшего в паровой турбине водяного пара из конденсатора конденсатным насосом направляют в питательный бак, из которого питательным насосом подают в паровой котел, в качестве органического топлива используется природный газ, особенность способа работы тепловой электрической станции заключается в том, что осуществляют 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, в рекуперативном теплообменнике, в нагреваемый тракт которого подают исходную воду, и производят конденсацию части отработавшего в паровой турбине водяного пара путем впрыска охлажденной обессоленной воды в выхлопной патрубок паровой турбины посредством не менее чем четырех форсунок, симметрично расположенных на выхлопном патрубке и присоединенных к кольцевому водораспределительному коллектору, при этом подачу обессоленной воды в рекуперативный теплообменник осуществляют насосом из бака-резервуара сбора обессоленной воды.

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

Способ реализуется 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 направляют в питательный бак 8, из которого питательным насосом 9 подают в паровой котел 1.

Уходящие продукты сгорания парового котла 1 по газоходу 10 направляют в конденсационный теплообменник 13, в нагреваемый тракт которого подают исходную воду 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 подают исходную воду 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). Охлажденную в рекуперативном теплообменнике 19 до температуры 20–25°С обессоленную воду подают по сливному трубопроводу 20 в водораспределительный коллектор 21 и посредством форсунок 22 впрыскивают 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 способ работы тепловой электрической станции, по которому органическое топливо, атмосферный воздух и питательную воду подают в топку парового котла, где осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания и генерируется водяной пар, водяной пар по главному паропроводу направляют в паровую турбину, а охлажденные продукты сгорания по газоходу дымососом через дымовую трубу отводят в атмосферу, в паровой турбине в процессе расширения водяного пара совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора, отработавший в паровой турбине водяной пар отводят в конденсатор, в конденсаторе водяной пар конденсируется за счет теплообмена с циркуляционной водой, конденсат отработавшего в паровой турбине водяного пара из конденсатора конденсатным насосом направляют в питательный бак, из которого питательным насосом подают в паровой котел, в качестве органического топлива используется природный газ, при этом осуществляют 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, в рекуперативном теплообменнике, в нагреваемый тракт которого подают исходную воду, и производят конденсацию части отработавшего в паровой турбине водяного пара путем впрыска охлажденной обессоленной воды в выхлопной патрубок паровой турбины посредством не менее чем четырех форсунок, симметрично расположенных на выхлопном патрубке и присоединенных к кольцевому водораспределительному коллектору, при этом подачу обессоленной воды в рекуперативный теплообменник осуществляют насосом из бака-резервуара сбора обессоленной воды. 2 ил.

Способ работы тепловой электрической станции, по которому органическое топливо, атмосферный воздух и питательную воду подают в топку парового котла, где осуществляется процесс горения органического топлива с образованием нагретых до высокой температуры продуктов сгорания и генерируется водяной пар, водяной пар по главному паропроводу направляют в паровую турбину, а охлажденные продукты сгорания по газоходу дымососом через дымовую трубу отводят в атмосферу, в паровой турбине в процессе расширения водяного пара совершается полезная работа паросилового цикла, затрачиваемая на привод электрического генератора, отработавший в паровой турбине водяной пар отводят в конденсатор, в конденсаторе водяной пар конденсируется за счет теплообмена с циркуляционной водой, конденсат отработавшего в паровой турбине водяного пара из конденсатора конденсатным насосом направляют в питательный бак, из которого питательным насосом подают в паровой котел, в качестве органического топлива используется природный газ, отличающийся тем, что осуществляют 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, в рекуперативном теплообменнике, в нагреваемый тракт которого подают исходную воду, и производят конденсацию части отработавшего в паровой турбине водяного пара путем впрыска охлажденной обессоленной воды в выхлопной патрубок паровой турбины посредством не менее чем четырех форсунок, симметрично расположенных на выхлопном патрубке и присоединенных к кольцевому водораспределительному коллектору, при этом подачу обессоленной воды в рекуперативный теплообменник осуществляют насосом из бака-резервуара сбора обессоленной воды.