СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ОТРАБОТАННОГО ПАРА ПАРОВЫХ ТУРБИН

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и предназначена для охлаждения и утилизации отработанного пара турбин в паросиловых установках, тепловых и атомных электростанций.
Известны системы охлаждения отработанного пара турбин, включающие конденсатор, циркуляционный насос для подачи охлаждающей воды из природного источника водопользования в конденсатор, оросительное устройство, сливной трубопровод, вытяжную башню градирни (см. Л.С.Мазур, Техническая термодинамика и теплотехника. Изд. Дом «Геотар-Мед», 2003, с.191-194).
3
Отработанный в паровой турбине водяной пар в поверхностных конденсаторах турбины отдает свою скрытую теплоту парообразования охлаждающей циркуляционной воде, взятой из природных источников водопользования. Расход циркулирующей охлаждающей воды в десятки раз превышает расход охлаждаемого пара в силу его термодинамических свойств, поэтому расход охлаждающей циркуляционной воды для электростанции мощностью 1000 мВт соразмерен с дебетом природной реки в 50 м/сек и более.
В среднем нагрев циркуляционной воды на электростанциях в летнее время составляет 10°С, то есть, увеличивается с 20°С до 30°С, что приводит к так называемому «тепловому загрязнению» воды в природных источниках водопользования, к гибели живых организмов, живущих в них. Эта экологическая проблема является сдерживающим фактором в производстве электрической энергии на тепловых и атомных электростанциях в летний период времени, выражающийся на практике ограничением числа работающих турбогенераторов. Кроме того, такая температура охлаждающей
воды приводит к снижению эффективности использования топлива по причине ухудшения вакуума в конденсаторах турбин.
Также известна система охлаждения отработанного пара паровых турбин, содержащая конденсатор, насос парогенератора, циркуляционный насос и тепловой насос, причем подающий канал отработанного пара паровых турбин соединен с первым входом конденсатора, обратный канал парогенератора соединен с первым выходом конденсатора через насос парогенератора, первый вход теплового насоса соединен со вторым выходом конденсатора, первый выход теплового насоса через циркуляционный насос соединен со вторым входом конденсатора, а второй вход теплового насоса и второй выход теплового насоса соединены с потребителем (заявка на изобретение №96123523, кл. F01R 19/10, опубл. 1999.03.10).
Однако, поскольку для изменяющихся режимов нагрузки турбоагрегатов при изменении расхода пара через проточную часть турбин, для поддержания вакуума в конденсаторе турбины необходимо поддерживать в нем постоянную температуру, то использование в рассматриваемой системе замкнутого контура охлаждения отработанного пара турбины посредством циркуляционного насоса не может обеспечить вследствие упругости жидкости изменение ее расхода без повышения давления насосом, что приведет к разрушению теплообменников. Кроме того, в системе не предусмотрен подвод тепла от горячего источника, который является движителем теплового насоса.
Из известных систем аналогичного назначения наиболее близкой к предлагаемой является система охлаждения отработанного пара паровых турбин, содержащая подающий канал отработанного пара паровых турбин, конденсатор, насос парогенератора, циркуляционный насос и тепловой насос, при этом подающий канал отработанного пара паровых турбин соединен с первым входом конденсатора, обратный канал парогенератора соединен с первым выходом конденсатора через насос парогенератора, первый вход теплового насоса соединен со вторым выходом конденсатора, первый выход теплового насоса через циркуляционный насос соединен со вторым входом конденсатора, а второй вход теплового насоса и второй выход теплового насоса соединен с потребителем (см. SU №1592525, F01K 13/00, 1988).
Известная система обеспечивает повышение эффективности работы тепловых электростанций за счет экономии энергоресурсов, но не обладает высокой степенью надежности работы, что обусловлено, во-первых, наличием связи между сливным трубопроводом конденсатора и узлами и элементами теплового насоса, и во-вторых, функциональной зависимостью элементов системы охлаждения от таких важнейших элементов тепловой схемы электростанции, как парогенератор, куда сбрасываются газы из котла-утилизатора, паровая турбина, регенеративные подогреватели.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание системы охлаждения отработанного пара паровых турбин, обеспечивающей повышение надежности ее функционирования за счет организации на базе теплового насоса предвключенной стадии системы охлаждения по
отношению к базовой системы охлаждения, реализуемой на основе конденсатора.
Такое выполнение системы охлаждения позволяет понизить температуру на входе в конденсатор турбины и, соответственно, уменьшить уровень теплового загрязнения природных источников водопользования до уровня экологических норм.
Поставленная задача решается тем, что система охлаждения отработанного пара паровых турбин содержит конденсатор, первый вход и первый выход которого подключены, соответственно, к подающему каналу отработанного пара паровых турбина и через конденсатный насос - к линии отвода конденсата, а второй вход и второй выход соединены, соответственно, с напорным и сливным трубопроводами охлаждающей воды, подключенными к природному источнику водопользования, и тепловой насос, состоящий из трех рекуперативных трубчатых теплообменников, причем в качестве первого теплообменника использован теплообменник пленочного типа, вход которого через линию подачи с регулирующим клапаном, а выход через линию отвода подсоединены к напорному трубопроводу охлаждающей воды, второй теплообменник выполнен с двумя контурами циркуляции, вход одного из которых связан с источником рабочего агента с температурой больше или равной 250°С, а выход - с линией сброса охлажденного рабочего агента, а вход и выход второго контура циркуляции - с потребителями, третий теплообменник выполнен с одной трубной секцией, вход и выход которой соединены соответственно с линиями подачи и отвода первого теплообменника, при этом через межтрубные пространства первого и второго теплообменников осуществляют принудительное перекачивание водного раствора бромистого лития с образованием замкнутого контура циркуляции, выход паровой фазы которого из второго теплообменника подключен к межтрубному пространству третьего теплообменника, связанному по выходу из него конденсата с замкнутым контуром циркуляции вышеуказанного раствора.
При этом целесообразно на участке напорного трубопровода охлаждающей воды между точками подсоединения линий подачи и отвода первого теплообменника установить регулирующий клапан.
Сущность предлагаемой системы поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема ее реализации.
Система содержит конденсатор 1 и тепловой насос 2, при этом первый вход конденсатора 1 подключен к подающему каналу 3 отработанного пара паровой турбины, первый вход - через конденсатный насос к линии отвода 5 конденсата, а второй вход и второй выход его соединены, соответственно, с напорным 6 и сливным 7 трубопроводами, подключенными к природному источнику водопользования 8, причем на напорном трубопроводе 6 установлен циркуляционный насос 9.
Тепловой насос 2 состоит из трех рекуперативных трубчатых теплообменников - 10, 11, 12.
В качестве первого теплообменника 10 использован теплообменник пленочного типа, вход которого через линию подачи 13 с регулирующим клапаном 14, а выход через линию отвода 15 с насосом 16 подсоединены к напорному трубопроводу 6 охлаждающей воды. Второй теплообменник 11 имеет два контура циркуляции 17 и 18, вход первого контура 17 связан с источником рабочего агента с температурой больше или равной 250°С, выход - с линией сброса охлажденного рабочего агента, а вход и выход второго контура циркуляции 18 - с потребителями. Третий теплообменник 12 выполнен с одной трубной секцией, вход и выход которой соединены, соответственно, с линиями подачи 13 и отвода 14 теплообменника 10. Через межтрубные пространства теплообменников 10 и 11 осуществляют перекачивания посредством насоса 19 водного раствора бромистого лития.
Теплообменник 12 обеспечивает охлаждение выпара указанного раствора, образовавшегося в теплообменнике 11, и выход конденсата из него связан с линией перекачивания водного раствора бромистого лития из теплообменника 10 в теплообменник 11.
Теплообменники 10, 11, 12 и насос 19 обеспечивают циркуляцию раствора бромистого лития по замкнутому контуру, обозначенному на чертеже двойной сплошной линией.
При этом теплообменник 10 выполняет функцию абсорбера, а теплообменник 11 - регенератора водного раствора бромистого лития.
На участке напорного трубопровода 6 охлаждающей воды между точками подсоединения линии подачи 13 и отвода 15 первого теплообменника 10 установлен регулирующий клапан 20, функция которого сводится к регулированию количества охлаждающей воды от природного источника 8 с циркуляционным насосом 9 и, соответственно, ее температуры перед конденсатором турбины, а также к отключению теплового насоса и вывода его из работы системы при выходе из строя любого его элемента.
Предлагаемая система охлаждения отработанного пара работает следующим образом.
3
ox
Отработанный пар паровых турбин по каналу 3 поступает в конденсатор 1, где происходит его конденсация. Конденсат откачивается насосом 4 в линию конденсата 5. Охлаждающая вода из напорного трубопровода 6 через линию подачи 13 с регулирующим клапаном 14 подается в теплообменник-абсорбер 10, где экологически безопасный абсорбент - водный раствор бромистого лития, циркулирующий в межтрубном пространстве, поглощает водяной пар, поскольку температура абсорбции выше температуры конденсации пара при это же давлении, и отнимает тепло у хладагента - охлаждающей воды, с понижением ее температуры до t .
1
гор
Для восстановления свойств абсорбента его перекачивают насосом 19 в теплообменник-регенератор 11. Для регенерации водного раствора бромистого лития необходим высокопотенциальный источник тепла с температурой t  не ниже 250°С, в качестве которого могут быть использованы: водяной пар, горячие продукты сгорания топлива или горячий
2
гор
воздух. Охлажденный источник с температурой t  сбрасывается в технологическую схему электростанции для дальнейшего использования.
1
2
3
пот
пот
ox
Теплота, внесенная в теплообменник-регенератор 11 с горячим источником, передается также нагреваемой в нем воде, поступающей от потребителя, от температуры t  до температуры t . В регенераторе 11 происходит частичное выпаривание водяного пара из водного раствора абсорбента, который конденсируется в охладителе выпара 11 и в виде конденсата возвращается в замкнутый цикл, сохраняя материальный баланс воды в растворе абсорбента. Расход охлаждающей воды для конденсации выпара не превышает 1% и практически не влияет на повышение температуры t .
1
3
1
2
ox
ox
пот
пот
Таким образом, тепловой насос, работая по принципу термохимического компрессора, отнимает теплоту у низкопотенциального источника - охлаждающей воды, понижая ее температуру от t  до t , и передает ее более высокопотенциальному источнику, нагревая его от t  до t , для целей, например, отопления и горячего водоснабжения. Кроме потребителя это тепло может также использоваться в тепловой схеме электростанции.
Поскольку в предлагаемой системе тепловой насос 2 по входу и выходу связан только со входом охлаждающей воды в конденсатор 1, в результате чего происходит понижение температуры этой воды до конденсатора 1, обеспечивается безостановочная работа энергосистемы при неисправностях любого элемента теплового насоса 2: абсорбера 10, регенератора 11, охладителя выпара 12, а также насоса 19.
2
ох
Выход охлаждающей воды из конденсатора 1 также не имеет связи с тепловым насосом 2, при этом нагретая в конденсаторе 1 вода с температурой t  сбрасывается в природный источник водопользования 8.
3
2
ох
пот
Предлагаемая система позволяет при затратах 30% тепловой энергии в регенераторе 11 получить 100% тепла для отопления и горячего водоснабжения потребителей, снизить температуру сбросной охлаждающей воды до требуемой технологической нормы t  и увеличить экономичность турбины за счет снижения температуры конденсата в конденсаторе турбины, а также увеличить мощность турбины за счет повышения расхода пара через проточную часть турбины путем использования нерегулируемых отборов и части теплофикационного регулируемого отбора, потребность в которых отпадает с появлением дополнительного источника тепла с температурой t .