ПАРОТУРБИННАЯ КОНДЕНСАЦИОННАЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКА С ПАРОКОМПРЕССИОННОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНОЙ В СИСТЕМЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ОТРАБОТАВШЕГО ПАРА

Область использования
Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована в паротурбинных энергоустановках (ПТЭУ) тепловых электростанций (ТЭС). Одной из важнейших задач при проектировании и эксплуатации ПТЭУ является повышение ее тепловой и экономической эффективности, которая при заданных параметрах пара на входе в паровую турбину зависит в первую очередь от величины производимого в конденсаторе отвода тепла отработавшего пара в окружающую среду.
Уровень техники
Известна ПТЭУ, содержащая паровой котел (ПК), паровую турбину (ПТ) с двумя конденсаторами отработавшего пара (КОП), параллельно включенными по пару и конденсату, причем общая линия отвода от обоих КОП турбинного конденсата подключена к ПК, а один из указанных КОП по охлаждающей стороне подключен к системе оборотного водоснабжения, а также холодильную машину с конденсатором для отвода теплоты от сжатого холодильного агента и с испарителем, подключенным к охлаждающей стороне другого указанного КОП, причем конденсатор холодильной машины по охлаждающей стороне подключен своими входной и выходной линиями к общей линии отвода турбинного конденсата в ПК, разделенной между точками подключения к ней указанных линий регулирующим клапаном (RU 140776, F01K 19/10, 2013 - ближайший аналог [1].) В ПТЭУ согласно [1] используют абсорбционную холодильную машину (АБХМ) в качестве теплового насоса, обеспечивающего повышение теплового потенциала части возвращаемого в паросиловой цикл турбинного конденсата за счет преобразования в АБХМ теплоты пара из отбора низкого давления ПТ. Экономичность такой ПТЭУ в части выработки электроэнергии, как показывают расчеты, по сравнению с обычной схемой ПТЭУ повышается в результате уменьшения отвода теплоты из паросилового цикла в окружающую среду (снижения тепловых потерь). Однако АБХМ сложны в эксплуатации, характеризуются значительной удельной (на единицу мощности) металлоемкостью, сравнительно невысоким коэффициентом эффективности преобразования энергии (холодильным коэффициентом) и ограниченными возможностями по подбору компонентов рабочего тела. Указанные недостатки АБХМ препятствуют их широкому практическому применению в ПТЭУ.
Раскрытие полезной модели
Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является дополнительное повышение экономичности ПТЭУ, оборудованной холодильной машиной, с устранением отмеченных выше недостатков, присущих АБХМ. Достигаемыми при этом техническими результатами являются уменьшение доли теплоты конденсации турбинного пара отводимой в окружающую среду, уменьшение удельной металлоемкости холодильной машины и занимаемой ею площади, а также упрощение эксплуатации ПТЭУ.
Указанные задача и технические результаты обеспечиваются тем, что в ПТЭУ, содержащей ПК, ПТ с двумя КОП, параллельно включенными по пару и конденсату, причем общая линия отвода от обоих КОП турбинного конденсата подключена к ПК, причем один из указанных КОП по охлаждающей стороне подключен к системе оборотного водоснабжения, а также холодильную машину с конденсатором для отвода теплоты от сжатого холодильного агента и с испарителем, подключенным к охлаждающей стороне другого указанного КОП ПТ, причем конденсатор холодильной машины по охлаждающей стороне подключен своими входной и выходной линиями к общей линии отвода турбинного конденсата в ПК, разделенной между точками подключения к ней указанных линий регулирующим клапаном, согласно полезной модели холодильная машина выполнена на основе парокомпрессионной машины (ПКХМ) с приводом компрессора от вспомогательной паровой турбины (ВПТ), вход которой по пару подключен к паровому отбору ПТ ПТЭУ, а выход - к своему конденсатору, подключенному по охлаждающей стороне своими входной и выходной линиями параллельно соответствующим линиям отвода теплоты от конденсатора холодильной машины.
Причинно-следственная связь между отличительными признаками полезной модели и указанными техническими результатами заключается в том, что ПКХМ по сравнению с АБХМ характеризуется более высоким холодильным коэффициентом, что позволяет увеличить долю теплоты конденсации турбинного пара, возвращаемой в паросиловой цикл, с соответствующим уменьшением доли теплоты конденсации, отводимой в окружающую среду. Кроме того, ПКХМ по сравнению с АБХМ характеризуется меньшими удельной металлоемкостью и занимаемой площадью, и она существенно проще в эксплуатации, по сравнению с АБХМ. Присущая ПКХМ обычно потеря экономичности, связанная с необходимостью существенного расхода электроэнергии на привод компрессора, в данном техническом решении устраняется за счет перевода компрессора на привод от ВПТ, теплота конденсации выхлопного пара которой и его конденсат возвращаются в основной паросиловой цикл.
Краткое описание чертежа
На чертеже изображена принципиальная тепловая схема одного из возможных примеров реализации ПТЭУ согласно полезной модели.
Перечень условных обозначений
АБХМ - абсорбционная холодильная машина.
ВПТ - вспомогательная паровая турбина для привода компрессора ПКХМ.
КОП - конденсатор отработавшего пара ПТ.
ПКХМ - парокомпрессионная холодильная машина.
ПК - паровой котел.
ПТ - основная паровая турбина энергетической установки. ПТЭУ - паротурбинная энергетическая установка.
Перечень позиций чертежа
1 - ПК; 2 - ПТ; 3 - электрогенератор; 4 - первый (основной) КОП; 5 - градирня; 6- циркуляционный насос; 6 - ПК; 7 - паропровод острого пара; 8 -общая линия возврата турбинного конденсата; 9 - конденсатный насос; 10 - питательный насос; 11 - ПКХМ; 12 - конденсатор сжатого холодильного агента ПКХМ; 13 - испаритель ПКХМ; 14 - КОП с подключенным к охлаждающей стороне испарителем ПКХМ; 15 - входная линия охлаждения конденсатора холодильного агента; 16 - выходная линия охлаждения конденсатора холодильного агента; 17 - регулирующий клапан на общей линии отвода турбинного конденсата в ПК; 18 - компрессор ПКХМ; 19 - ВПТ привода компрессора; 20 - линия парового отбора от ПТ к ВПТ; 21 - конденсатор ВПТ; 22, 23 - входная и выходная линии охлаждения конденсатора ВПТ; 24 - линия отвода конденсата от ВПТ; 25 - конденсатный насос на линии отвода конденсата от ВПТ; 26 - холодильный контур ПКХМ; 27 -дроссельный вентиль.
Подробное описание установки
ПТЭУ согласно полезной модели содержит ПК 1, основную ПТ 2 с электрогенератором 3 и двумя КОП, параллельно включенными по пару и конденсату. Первый КОП 4, подключен по охлаждающей стороне к системе оборотного водоснабжения с градирней 5 и циркуляционным насосом 6. По тепловой схеме ПТ 2 технологически связана с ПК 1 паропроводом 7 острого пара и общей линией 8 возврата турбинного конденсата в паросиловой цикл (в ПК 1). На линии 8 установлены конденсатный насос 9 низкого давления и питательный насос 10 высокого давления. Кроме того, ПТЭУ содержит ПКХМ 11 с конденсатором 12 для отвода теплоты от сжатого холодильного агента и с испарителем 13, подключенным к охлаждающей стороне другого КОП 14 ПТ 2, причем конденсатор 12 по охлаждающей стороне подключен своими входной и выходной линиями соответственно 15, 16 к общей линии 8 отвода турбинного конденсата в ПК 1. Между точками подключения к линии 8 линий 15 и 16 она разделена регулирующим клапаном 17. ПКХМ 11 содержит также компрессор 18 с приводом от ВПТ 19, вход которой по пару подключен к линии 20 парового отбора ПТ 2, а выход - к своему конденсатору 21, подключенному по охлаждающей стороне своими входной и выходной линиями 22 и 23 параллельно соответствующим линиям 15, 16 отвода теплоты от конденсатора 12 ПКХМ. К конденсатору 21 ВПТ 19 подключена также линия 24 с установленным на ней конденсатным насосом 25 для отвода конденсата пара этой турбины через линию 16 в общую линию 8 отвода турбинного конденсата в ПК 1. Компрессор 18, конденсатор 12 и испаритель 13 ПКХМ объединены в замкнутый холодильный контур 26, на участке которого между конденсатором 12 и испарителем 13 установлен дроссельный вентиль 27.
Описание работы установки
ПТЭУ согласно полезной модели работает следующим образом. Основной поток отработавшего в ПТ 2 пара конденсируется в основном КОП 4, подключенном к осуществляющей отвод теплоты в окружающую среду системе оборотного водоснабжения. Полученное в КОП 4 основное количество конденсата поступает в линию 8 возврата конденсата в паросиловой цикл (в ПК 1). Включенная в ПТЭУ ПКХМ 11 обеспечивает конденсацию части отработавшего в ПТ 2 пара с возвратом теплоты отводимого от этой части конденсируемого пара обратно в паросиловой цикл. Конденсация этой части пара производится благодаря выработке холода в испарителе 13 ПКХМ 11, который подключен к охлаждающей стороне конденсатора КОП 14 другой части отработавшего в ПТ 2 пара. Теплота, отводимая от конденсатора 12 холодильного агента ПКХМ 11 и конденсатора 21 пара, отработавшего в ВПТ 19, используется для нагрева общего или частичного потока турбинного конденсата, отбираемого после конденсатного насоса 9 и поступают в ту же линию 8 возврата турбинного конденсата в паросиловой цикл, с исключением тепловых потерь в окружающую среду. Конденсация пара в конденсаторе 21 ВПТ 2 производится за счет нагрева основного конденсата с его последующим возвратом в линию 8 основного конденсата, также без отвода теплоты в окружающую среду. При этом ПКХМ используется как тепловой насос, повышающий температуру и теплосодержание конденсата, подаваемого в ПК 1. Это значительно уменьшает тепловые потери в окружающую среду при конденсации отработавшего пара ПТЭУ, а также снижает тепловые потери, связанные с работой ПКХМ, которые возвращаются в паросиловой цикл ПТЭУ. По существу, согласно полезной модели осуществляется цикл паросиловой установки с регенерацией теплоты отработавшего отборного пара с возвратом этой теплоты в цикл путем нагрева подаваемой в паровой котел питательной воды, но не непосредственно, а с помощью теплового насоса, что значительно повышает тепловую эффективность цикла. При этом отвод теплоты в окружающую среду сохраняется, но в уменьшенном количестве, что, как и в любом регенерационном паросиловом цикле, не противоречит второму закону термодинамики. Таким образом, данной полезной моделью решается задача по дополнительному существенному повышению экономичности ПТЭУ и достигается указанный выше технический результат уменьшения удельной металлоемкости холодильной машины и занимаемой ею площади, а также упрощение эксплуатации ПТЭУ.