ПАРОТУРБИННАЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКА С АБСОРБЦИОННОЙ 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. 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 (ПТ) зависит в первую очередь от величины отвода тепла отработавшего пара из конденсатора в окружающую среду.
Уровень техники
Известна ПТЭУ, содержащая ПТ с конденсатором отработавшего пара (КОП), подключенным к системе циркуляционного водяного охлаждения с включенным в контур охлаждения испарителем абсорбционной холодильной машины (АБХМ), десорбер (парогенератор) которой подключен к источнику тепла, а абсорбер и конденсатор снабжены теплоотводами (RU 62166, F01K 19/10, 2006 - аналог [1]). Экономичность такой ПТЭУ в части выработки электроэнергии, как показывают расчеты, практически не возрастает и даже уменьшается из-за увеличения потерь электроэнергии на собственные нужды, а также за счет тепловых потерь, связанных с необходимостью теплоотвода в окружающую среду от элементов АБХМ. Для уменьшения последних, согласно [1] АБХМ частично используется в качестве теплового насоса для подачи тепла в системы отопления и горячего водоснабжения. Однако в летнее время, когда востребована холодильная часть АБХМ, отпадает потребность в отоплении, а во время отопительного сезона, наоборот, отпадает необходимость в дополнительном охлаждении охлаждающей воды, подаваемой в конденсатор паровой турбины, что уменьшает экономическую эффективность использования АБХМ.
Известна ПТЭ, содержащая ПТ с КОП, подключенным по охлаждающей стороне к системе циркуляционного водяного охлаждения, и связанную с указанной ПТ АБХМ, греющий теплообменник десорбера которой включен между линией промежуточного отбора пара указанной ПТ и линией возврата конденсата отработавшего в указанной ПТ пара обратно в паросиловой цикл установки, куда подключены также теплоотводящие тракты абсорбера и конденсатора хладоагента указанной АБХМ (RU 111581 U1, F01K 19/10, 2011 - ближайший аналог [2]). Согласно [2] АБХМ используется для снижения температуры и давления в КОП ПТ, что уменьшает потери тепла из паросилового цикла в окружающую среду, через контур охлаждения отработавшего пара, но в недостаточной степени.
Раскрытие полезной модели
Задачей полезной модели является повышение экономичности ПТЭУ при использовании АБХМ, включаемой по схеме теплового насоса. Достигаемый при этом технический результат заключается в дополнительном по сравнению с ближайшим аналогом снижении потерь тепла в окружающую среду через систему охлаждения отработавшего пара.
Указанные задача и достигаемый технический результат обеспечиваются тем, что в ПТЭУ, содержащей ПТ с основным КОП, подключенным по охлаждающей стороне к системе циркуляционного водяного охлаждения с циркуляционным насосом и градирней, обеспечивающими отвод тепла из цикла ПТЭУ, и связанную с указанной ПТ АБХМ, используемую по схеме теплового насоса, греющий теплообменник десорбера которой включен между линией промежуточного отбора пара указанной ПТ и линией возврата конденсата отработавшего в указанной ПТ пара обратно в паросиловой цикл установки, куда подключены также теплоотводящие тракты абсорбера и конденсатора хладоагента указанной АБХМ, в которых осуществляется повышение температуры и теплосодержания всего потока основного конденсата или его части, согласно полезной модели указанная ПТ дополнительно содержит второй КОП, подключенный по пару параллельно первому, а по охлаждающей стороне - к испарителю указанной АБХМ.
Причинно-следственная связь между отличительными признаками полезной модели и указанным техническим результатом заключается в том, что полученное тепло конденсации части отработавшего пара,в котором после повышения его потенциала в абсорбере и конденсаторе АБХМ не отводится в окружающую среду, а возвращается в линию основного конденсата, то есть в паросиловой цикл ПТЭУ.Краткое описание чертежа
На чертеже изображена принципиальная тепловая схема одного из возможных примеров реализации ПТЭУ согласно полезной модели.
Принятые условные обозначения
АБХМ - абсорбционная холодильная машина
КОП - конденсатор отработавшего пара
ПТ - паровая турбина
ПТЭУ - паротурбинная энергетическая установка
Расшифровка нумераций позиций чертежа
1 - ПТ; 2 - электрогенератор; 3 - первый (основной)КОП; 4 - градирня; 5 - циркуляционный насос; 6 - паровой котел; 7 - паропровод острого пара; 8 - линия возврата турбинного конденсата; 9 - конденсатный насос; 10 - питательный насос; 11 - АБХМ; 12 - десорбер;, 13 - конденсатор хладоагента; 14 - абсорбер; 15 - рециркуляционная линия между абсорбером и десорбером; 16 - насос на рециркуляционной линии; 17 - линия жидкого хладоагента; 18 - дроссельный вентиль; 19 - греющий теплообменник десорбера; 20 - линия промежуточного отбора пара от ПТ; 21 - теплообменник абсорбера; 22 - теплообменник конденсатора хладоагента; 23 - линия теплоотвода от абсорбера и конденсатора хладоагента; 24 - второй КОП, совмещенный с испарителем АБХМ; 25 - регулирующий клапан.
Подробное описание установки
ПТЭУ содержит ПТ 1 с электрогенератором 2 и первым КОП 3, подключенным по охлаждающей стороне к системе циркуляционного водяного охлаждения с градирней 4 и циркуляционным насосом 5. По тепловой схеме ПТ 1 технологически связана с паровым котлом 6 паропроводом 7 острого пара и линией 8 возврата турбинного конденсата в паросиловой цикл (в паровой котел 6) с установленными на ней конденсатным насосом 9 низкого давления и питательным насосом 10 высокого давления. Кроме того, ПТ 1 технологически связана с АБХМ 11, которая содержит десорбер (парогенератор) 12, конденсатор 13 хладоагента, абсорбер 14, рециркуляционную линию 15 между абсорбером 14 и десорбером 12 с установленным на ней насосом 16 для подъема давления жидкой фазы бинарной смеси хладоагента с абсорбентом и линию 17 жидкого хладоагента между десорбером 12 и абсорбером 14 с установленным на ней дроссельным вентилем 18. Греющий теплообменник 19 десорбера 12 включен между линией 20 промежуточного отбора пара ПТ 1 и линией 8 турбинного конденсата после конденсатного насоса 9. Абсорбер 14 и конденсатор 13 хладоагента АБХМ 11 снабжены теплоотводами в виде теплообменников соответственно 21, 22, подключенных последовательно по стороне охлаждения линией 23 к линии 8 турбинного конденсата после конденсатного насоса 9 со сбросом нагретой воды в ту же линию 8 в более удаленной от конденсатного насоса 9 точке, отделенной установленным на линии 8 регулирующим клапаном 25. Согласно полезной модели ПТ дополнительно содержит второй КОП 24 подключенный по пару параллельно первому КОП 3, а по охлаждающей стороне - к испарителю АБХМ 11, то есть практически КОП 24 совмещен с испарителем указанной АБХМ.
Описание работы установки
ПТЭУ согласно полезной модели работает следующим образом. Основной поток отработавшего в турбине пара конденсируется в первом (основном) КОПМ 3, подключенным к системе циркуляционного водяного охлаждения с градирней 4 и циркуляционным насосом 5. Это обеспечивает отвод тепла из цикла ПТЭУ в окружающую среду. Полученное в КОП 3 основное количество конденсата поступает в линию 8 возврата конденсата в паросиловой цикл перед конденсатным насосом 9. Включенная в схему ПТЭУ АБХМ 11 осуществляет конденсацию части отработавшего в ПТ 1 пара с возвратом тепла охлаждения этой части конденсируемого пара обратно в контур паросилового цикла. При этом конденсация этой части пара производится благодаря выработке холода в испарителе АБХМ 11, который одновременно является конденсатором КОП 24 ПТЭУ, подключенным по пару параллельно с конденсатором КОП 3, охлаждаемым циркуляционной водой по обычной схеме. При этом отвод конденсата пара, подаваемого из линии 20 промежуточного отбора ПТ 1, необходимого для осуществления рабочего цикла АБХМ 11, производится в линию 8 основного турбинного конденсата. Тепло, отводимое от испарителя посредством КОП 24, а также от абсорбера 14 и конденсатора 13 хладоагента АБХМ 11 путем нагрева общего или частичного потока турбинного конденсата, отбираемого после конденсатного насоса 9, поступают в ту же линию 8 турбинного конденсата. При этом АБХМ используется как тепловой насос, повышающий температуру и теплосодержание конденсата, подаваемого в энергетический котел 6. Это значительно уменьшает потери тепла в окружающую среду при конденсации отработавшего пара ПТЭУ, а также тепловые потери, связанные с работой АБХМ, которые возвращаются в контур паросилового цикла ПТЭУ. По существу согласно полезной модели осуществляется цикл паросиловой установки с регенерацией тепла отработавшего отборного пара с возвратом его 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 тепла в окружающую среду сохраняется, но в уменьшенном количестве, что, как и любой регенерационный паросиловой цикл, не противоречит второму закону термодинамики. По сравнению с ближайшим аналогом согласно полезной модели исключается необходимость переключения АБХМ на летний и зимний режимы работы с преодолением связанных с этим перечисленных выше проблем. Как показали проведенные расчеты, для конденсационной ПТЭУ с турбиной мощностью 100МВт замена системы регенерации с подогревателями конденсата отборным паром при давлении 0,2МПа на АБХМ, подключенную к тому же отбору по схеме согласно заявленной полезной модели, приводит к увеличению коэффициента использования топлива для разных условий работы в среднем на 8-10%. Расчеты проводились и использованием классических соотношений, изложенных в частности в монографиях Кирилин В.А. и др. Техническая термодинамика. Учебник для вузов. Второе издание. М. Энергия. 1974, с.381-393[3] и Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. М. Энергия. 1967, с.36-40, 63-78 [4].
Таким образом, полезной моделью решается задача по существенному повышению экономичности ПТЭУ и достигается указанный выше технический результат снижения характерных для паросилового цикла тепловых потерь в окружающую среду.