ТЕПЛООБМЕННЫЙ КОМПЛЕКС ПАРОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ
HEAT EXCHANGE COMPLEX OF STEAM TURBINE PLANT

Изобретение относится к области судовых энергетических установок, а более конкретно к теплообменным комплексам судовых паротурбинных установок и может быть использовано для систем охлаждения пара в главных конденсаторах и подогрева конденсата в конденсатно-питательных системах, использующих комбинации теплообменных контуров забортной и пресной воды преимущественно для судов ледового плавания и сооружений для освоения месторождений шельфа с паротурбинными энергетическими установками и паротурбинными приводами технологического оборудования, установленного на верхних ярусах сооружений, и касается вопроса повышения энергоэффективности судна.
Известен теплообменный комплекс в составе системы охлаждения конденсатора паротурбинной установки и конденсатной системы. Система охлаждения содержит кингстонный (ледовый) ящик, отливной ящик, циркуляционный насос забортной воды, теплообменник (конденсатор), последовательно соединенные приемным и отливным трубопроводами забортной воды. Конденсатная система содержит последовательно соединенные конденсатным трубопроводом главный конденсатор, конденсатный насос, регенеративный подогреватель питательной воды низкого давления и деаэратор (Г.А.Артемов «Системы судовых энергетических установок», Л., «Судостроение», 1980) -прототип. Данные системы в составе известного теплообменного комплекса обладают простотой, надежностью и широко применяются практически на всех паротурбинных судах. Однако теплообменный комплекс имеет недостатки. Недостатком системы охлаждения является невозможность или нерациональность ее применения в случаях, когда теплообменник установлен, например, на верхней палубе, т.е. существенно выше действующей ватерлинии, и подача забортной воды осевым циркуляционным насосом для охлаждения оказывается невозможной или затраты мощности на привод циркуляционного насоса окажутся чрезмерными, что отрицательно повлияет на эффективность энергетической установки. Недостатком системы охлаждения главного конденсатора является также то, что большое количество тепла передается в конденсаторе от пара к забортной воде и безвозвратно теряется. Недостатком конденсатной системы является необходимость подачи пара для подогрева питательной воды в подогревателе низкого давления. Перечисленные недостатки теплообменного комплекса ограничивают к.п.д. термодинамического цикла и энергоэффективность судна в целом.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение вышеуказанного недостатка, а именно повышение энергоэффективности судна.
Это достигается тем, что в теплообменном комплексе паротурбинной установки, содержащем систему охлаждения главного конденсатора в составе последовательно соединенных охлаждающим трубопроводом ледового (кингстонного) ящика, циркуляционного насоса, главного конденсатора и отливного ящика, а также конденсатную систему в составе главного конденсатора, конденсатного насоса, подогревателя питательной воды низкого давления и деаэратора, последовательно соединенных конденсатным трубопроводом, система охлаждения главного конденсатора выполнена замкнутой и снабжена забортным теплообменником, установленным в ледовом ящике, причем забортный теплообменник последовательно встроен в охлаждающий трубопровод по ходу среды между главным конденсатором и циркуляционным насосом. Кроме того, в систему охлаждения главного конденсатора введен замкнутый контур вторичного теплоносителя, который снабжен последовательно соединенными по ходу вторичного теплоносителя дроссельным устройством, теплообменником-испарителем и компрессором, причем в указанный контур встроен по ходу вторичного теплоносителя подогреватель питательной воды низкого давления конденсатной системы между компрессором и дроссельным устройством по линии его греющей среды, при этом теплообменник-испаритель встроен также в охлаждающий трубопровод между главным конденсатором и забортным теплообменником по ходу среды. Наряду с этим, в систему охлаждения главного конденсатора введен байпасный трубопровод, подключенный параллельно с забортным теплообменником. При этом в систему охлаждения главного конденсатора введен трубопровод забортной воды, соединяющий ледовый ящик с отливным ящиком, причем отливной ящик установлен на борту судна с максимальным возвышением под эксплуатационной ватерлинией.
Введение в теплообменный комплекс теплообменника-испарителя позволяет полезно использовать низкопотенциальное тепло, передаваемое охлаждающей воде при конденсации в главном конденсаторе отработавшего в турбине пара, снижая, таким образом, теплоотдачу забортной воде.
Введение в теплообменный комплекс замкнутого контура вторичного теплоносителя с встраиванием в контур подогревателя питательной воды низкого давления позволяет передать тепло из теплообменника-испарителя в подогреватель питательной воды низкого давления, обеспечив, таким образом, подогрев конденсата без использования греющего пара.
Введение в теплообменный комплекс байпасного трубопровода, включенного параллельно с забортным теплообменником, позволяет обеспечить оптимальные теплотехнические условия для теплообменного комплекса.
Введение в теплообменный комплекс трубопровода забортной воды между ледовым ящиком и отливным ящиком улучшает условия теплообмена в забортном теплообменнике.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется рисунком, где на фиг.1 показан схематически предлагаемый теплообменный комплекс паротурбинной установки.
Теплообменный комплекс паротурбинной установки содержит систему охлаждения главного конденсатора 1 и конденсатную систему 2. Система охлаждения (см. фиг.1) содержит главный конденсатор 3 паровой турбины, забортный теплообменник 4 в ледовом ящике 5, циркуляционный насос 6, последовательно соединенные замкнутым трубопроводом 7. В трубопровод 7 встроен также теплообменник-испаритель 8 с присоединенным замкнутым контуром 9 вторичного теплоносителя, байпасный трубопровод 10, запорно-регулирующие устройства 11, 12 и 13, а также подпиточное устройство 14. Трубопровод забортной воды 15 соединяет ледовый ящик 5 с отливным ящиком 16, установленным на борту на максимальном возвышении, обеспечивающим его нахождение под ватерлинией при любой допускаемой в эксплуатации осадке и при максимальных расчетных изменениях крена и дифферента судна.
Конденсатная система содержит последовательно соединенные трубопроводом главный конденсатор 3 паровой турбины, конденсатный насос 17, подогреватель питательной воды низкого давления 18 и деаэратор 19. Подогреватель питательной воды 18 по линии греющей среды встроен в замкнутый контур вторичного теплоносителя 9, в который также встроены теплообменник-испаритель 8, компрессор 20, дроссельное устройство 21 и последовательно соединены трубопроводом 22.
Теплообменный комплекс работает следующим образом.
При подаче отработавшего в турбине пара в главный конденсатор 3 происходит охлаждение его пресной водой, циркулирующей в замкнутом трубопроводе 7 за счет напора создаваемого циркуляционным насосом 6. Охлаждение пресной воды промежуточного контура происходит в забортном теплообменнике 4, также в теплообменнике-испарителе 8. Распределение расходов пресной воды через забортный теплообменник 4 в ледовом ящике 5 и байпасный трубопровод 10, в зависимости от условий теплообмена, обеспечивается запорно-регулирующими устройствами 11, 12 и 13. Охлаждение трубной системы забортного теплообменника 4 с внешней стороны и постоянный обмен забортной воды в ледовом ящике 5 через трубопровод 15 обусловлены естественной циркуляцией из-за разницы плотностей забортной воды в трубопроводе 15 и забортном пространстве в связи с разными значениями температур. Другими словами, трубопровод 15 и забортное пространство образуют циркуляционный контур. Интенсивность естественной циркуляции зависит, в частности, от высоты столба воды в трубопроводе. В нашем случае высота столба воды в трубопроводе 15, исходя из осадки морских платформ судового типа, находящихся в эксплуатации, превышает 10 м, что обеспечивает достаточную эффективность циркуляции. Отвод тепла в теплообменнике-испарителе 8 обеспечивается замкнутым контуром вторичного теплоносителя, который работает по принципу теплового насоса (А.П.Добровольский «Судовые холодильные машины и установки», Л., «Судостроение», 1969). В теплообменнике-испарителе 8 происходит испарение вторичного теплоносителя (легкокипящей жидкости). Образующаяся паровая фракция теплоносителя поступает в компрессор 19, где происходит сжатие теплоносителя, сопровождающееся его нагревом. Далее теплоноситель поступает в подогреватель питательной воды 18, являющийся конденсатором теплового насоса. В подогревателе питательной воды 18 теплоноситель частично конденсируется, отдавая тепло конденсату водяного пара в составе конденсатной системы 2. Далее парожидкостная смесь поступает в дроссельное устройство 21, где происходит понижение давления с одновременным охлаждением теплоносителя, который затем возвращается в теплообменник-испаритель 8. Подогретый в подогревателе питательной воды низкого давления 18 конденсат далее подается в деаэратор 19. Далее подготовка подогретого конденсата (питательной воды) для питания парового котла осуществляется по известным схемам. При изменении мощности главной турбины изменяется расход пара и, соответственно, расход охлаждающей воды. Другим фактором, определяющим необходимый расход охлаждающей воды, является значение температуры забортной воды. Стабилизация условий теплообмена при изменении перечисленных факторов достигается посредством изменения соотношения расходов воды через забортный теплообменник 4 и байпасный трубопровод 10 с применением запорно-регулирующих устройств 11, 12, 13, которые позволяют в режимах дистанционного или автоматического управления обеспечить оптимальные теплотехнические условия для работы теплообменного комплекса.
Предлагаемый теплообменный комплекс паротурбинной установки позволяет повысить энергоэффективность судна, что выгодно отличает его от прототипа.