ПАРОТУРБИННАЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКА С АБСОРБЦИОННОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНОЙ ДЛЯ ОТВОДА ТЕПЛА КОНДЕНСАЦИИ ТУРБИННОГО ПАРА В ТЕПЛОВУЮ СЕТЬ

Область использования
Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована в паротурбинных теплофикационных энергоустановках (ПТЭУ) теплоэлектроцентралей (ТЭЦ). 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 от расходов и параметров пара, используемого для отпуска тепла на теплоснабжение и от величины отвода тепла отработавшего пара из конденсатора в окружающую среду.
Уровень техники
Известна ПТЭУ, содержащая ПТ с конденсатором, линию возврата турбинного конденсата в паросиловой цикл и систему охлаждения конденсатора, включающая линию оборотного водоснабжения и абсорбционную холодильную машину (АБХМ), холодильная часть которой использована для дополнительного охлаждения оборотной воды перед ее подачей в конденсатор, причем АБХМ одновременно используется в качестве теплового насоса, преобразующего бросовое низкопотенциальное тепло (например, отходящих газов котла) в тепло более высокого потенциала, направляемого для нужд внешнего теплового потребителя и/или отопления помещений самой электростанции (RU 62166, F01K 19/10, 2007 [1]).
Недостатком ПТЭУ согласно [1] является то, что данное техническое решение не уменьшает потерь тепла, в окружающую среду с оборотной охлаждающей водой, а эффект, связанный с дополнительным охлаждением этой воды с помощью АБХМ, в существенной степени нейтрализуется тем, что охлажденная вода используется для конденсации не только отработавшего пара ПТ, но и пара хладоагента АБХМ, образующегося в процессе его десорбции из циркулирующего рабочего раствора. Кроме того, данное техническое решение не уменьшает потерь тепла, в окружающую среду с оборотной охлаждающей водой, а эффект, связанный с дополнительным охлаждением этой воды с помощью АБХМ, в существенной степени нейтрализуется тем, что охлажденная вода используется для конденсации не только отработавшего пара ПТ, но и пара хладоагента АБХМ, образующегося в процессе его десорбции из циркулирующего рабочего раствора. Кроме того, данное техническое решение не может обеспечить маневренную работу ее теплофикационной части в соответствии с сезонными и суточными изменениями графика нагрузки теплового потребителя. Это связано с тем, что АБХМ может надежно работать только в номинальном расчетном режиме. При расчете на минимальную нагрузку ее тепловая производительность в пиковых режимах будет недостаточной, а при расчете на максимальную нагрузку - избыточной при режимах с уменьшенной тепловой нагрузкой
Известна выбранная в качестве ближайшего аналога полезной модели ПТЭУ, содержащая теплофикационную ПТ с линией возврата турбинного конденсата в паросиловой цикл, а также тепловую сеть с по меньшей мере одним теплообменником для нагрева сетевой воды с использованием тепла пара промежуточного теплофикационного отбора турбины (Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. 7-е издание, стереотипное. М. Издательство МЭИ. 2001, с. 81, рис. 3.1 [2]). Согласно [2] нагрев сетевой воды производится в одном или нескольких (обычно двух) теплообменниках паром теплофикационных отборов, при нескольких теплообменниках - ступенчато с нарастающим давлением отбора в каждой последующей ступени. При этом требования маневренного изменения количества отпускаемого на теплофикацию тепла в соответствии с изменением графика тепловой нагрузки обеспечивается путем снижения давления пара в единственном теплофикационном отборе, а при нескольких теплофикационных отборах - в верхнем отборе (с более высоким давлением) или же путем ступенчатого включения или отключения излишних теплофикационных отборов.
Однако в такой ПТЭУ в теплофикационные отборы из проточной части ПТ выводится значительное количество пара, что приводит к снижению ее электрической мощности. Кроме того, часть расхода пара в ПТ такой ПТЭУ поступает в конденсатор, в котором тепло конденсации этого пара, как и в [1], полностью отводится в окружающую среду, что снижает экономичность ПТЭУ с теплофикационной ПТ.
Раскрытие полезной модели
Задачей полезной модели является повышение экономичности ПТЭУ с теплофикационными ПТ. Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении эффективности работы теплофикационных турбин за счет снижения расхода пара в теплофикационные отборы и дополнительном, по сравнению с ближайшим аналогом, в снижении потерь тепла в окружающую среду через систему охлаждения отработавшего пара.
Указанные задача и достигаемый технический результат обеспечиваются тем, что ПТЭУ, содержащая теплофикационную ПТ с линией возврата турбинного конденсата в паросиловой цикл, а также тепловую сеть с по меньшей мере одним теплообменником для нагрева сетевой воды с использованием тепла пара промежуточного теплофикационного отбора турбины, согласно полезной модели дополнительно содержит АБХМ с имеющим нагреватель абсорбером, десорбером, конденсатором хладоагента и испарителем, причем вход нагревателя десорбера подключен к линии одного из теплофикационных оборов турбинного пара, а выход по отводу конденсата отборного пара - к линии возврата турбинного конденсата в паросиловой цикл, конденсатор хладоагента по отводу тепла выполняет функцию теплообменника для нагрева сетевой воды, испаритель дополнительно выполняет функцию конденсатора отработавшего пара ПТ, а абсорбер по отводу тепла включен в линию возврата турбинного конденсата до места подключения в нее линии отвода конденсата от десорбера.
Причинно-следственная связь между отличительными признаками полезной модели и указанным техническим результатом состоит в следующем. АБХМ в функции теплового насоса позволяет отводить из проточной части ПТ для нагрева теплофикационной воды существенно меньшее количество тепла, по сравнению с непосредственным нагревом этой воды непосредственно отборным паром, увеличивая тем самым электрическую мощность ПТ. В своей холодильной функции АБХМ при схеме ее включения согласно полезной модели позволяет заменить непосредственный отвод тепла конденсации отработавшего турбинного пара в окружающую среду на его косвенный отвод через АБХМ с полезным использованием для нужд теплофикации, что существенно повышает экономичность 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
КН - конденсатный насос
КОП - конденсатор отработавшего турбинного пара
ПК - паровой котел
ПН - питательный насос
ПТ - паровая турбина
ПТЭУ - паротурбинная энергетическая установка
СН - сетевой насос
ЭГ - электрогенератор
Расшифровка нумераций позиций чертежа
1 - ПК; 2 - ПТ; 3, 4 - линии соответственно нижнего и верхнего теплофикационных отборов пара; 5 - линия возврата конденсата в паросиловой цикл; 6 - КН; 7 - ПН; 8 - АБХМ; 9 - ЭГ; 10 - напорная магистраль теплосети; 11 - СН; 12 - обратная магистраль теплосети; 13 - абсорбер; 13.1 - теплообменник испарителя; 14 - десорбер; 14.1 - нагреватель десорбера; 15 - конденсатор хладоагента; 15.1 - теплообменник конденсатора хладоагента; 16 - испаритель; 16.1 - теплообменник испарителя; 17 - линия циркуляции бинарной смеси хладоагента с абсорбентом между абсорбером и десорбером; 18 - насос на линии рециркуляции бинарной смеси; 19 - линия жидкого хладоагента между десорбером и абсорбером; 20 -дроссельный вентиль на линии жидкого хладоагента; 21 - линия отвода конденсата пара нижнего теплофикационного отбора; 22, 23 - линии включения абсорбера 13 по отводу тепла в линию 5 возврата турбинного конденсата в паросиловой цикл; 24 - регулирующий клапан на линии 5 между точками подключения к ней линий 22, 23.
Подробное описание установки
ПТЭУ содержит ПК 1, теплофикационную ПТ 2 в данном примере с двумя линиями 3, 4 соответственно нижнего (более низкого давления) и верхнего (более высокого) промежуточных теплофикационных отборов пара, КОП с линией 5 возврата турбинного конденсата в паросиловой цикл, на которой установлены КН 6 и ПН 7, АБХМ 8, ЭГ 9 и тепловую сеть с напорной магистралью 10, в начале которой установлен СН 11, и обратной магистралью 12. АБХМ 8 содержит абсорбер 13, десорбер 14, конденсатор 15 хладоагента, испаритель 16, линию 17 рециркуляции бинарной смеси хладоагента с абсорбентом между абсорбером 13 и десорбером 14 с установленным на ней насосом 18 для подъема давления жидкой фазы указанной бинарной смеси и линию 19 жидкого хладоагента между конденсатором 15 и испарителем 16 с установленным на ней дроссельным вентилем 20. Вход нагревателя 14.1 десорбера 14 подключен к линии 3 нижнего теплофикационного отбора пара ПТ 1, а выход - к линии 21 отвода конденсата пара указанного отбора в линию 5 турбинного конденсата после КН 6. Теплообменник 15.1 конденсатора 15 хладоагента по отводу тепла подключен к напорной магистрали 10 теплосети и выполняет функцию подогревателя первой ступени нагрева сетевой воды. Испаритель 16 с теплообменником 16.1 дополнительно выполняет функцию КОП турбины, а абсорбер 13 с теплообменником 13.1 по отводу тепла с помощью линий 22, 23 подключен к линии 5 возврата турбинного конденсата до подключения в нее линии 21 отвода конденсата отборного пара от десорбера 14, причем на линии 5 между точками подключения в нее линий 22, 23 установлен регулирующий клапан 24. На напорной магистрали 10, кроме теплообменника 15.1, установлен теплообменник 25 обычного типа, подключенный к линии 4 верхнего теплофикационного отбора пара и выполняющий функцию подогревателя второй ступени нагрева сетевой воды.
Работа установки
ПТЭУ согласно полезной модели работает следующим образом. Включенная в нее АБХМ 8 одновременно выполняет функции холодильной машины и теплового насоса. В качестве холодильной машины она осуществляет благодаря вырабатываемому в испарителе 16 холоду конденсацию отработавшего в ПТ 2 пара с возвратом турбинного конденсата обратно в контур паросилового цикла. В качестве теплового насоса АБХМ 8 используется, во-первых, для нагрева отводимым из абсорбера 13 теплом части общего потока турбинного конденсата, отбираемой после КН 6 по линии 22 с возвратом нагретой части указанного потока по линии 23 в ту же линию 5 турбинного конденсата. 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. Во-вторых, с помощью АБХМ 8 в функции теплового насоса за счет отвода тепла из конденсатора 15 хладоагента осуществляется первая ступень нагрева сетевой воды, подаваемой на отопление и горячее водоснабжение. При этом тепло конденсации турбинного конденсата отводится в окружающую среду косвенным образом через АБХМ 8 в сочетании с полезным использованием в целях теплофикации.
Таким образом, решается задача полезной модели по существенному повышению экономичности ПТЭУ и достигается указанный выше технический результат снижения характерных для паросилового цикла тепловых потерь в окружающую среду.