ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
Нолезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована на конденсационных и теплофикационных паротурбинных установках тепловых электрических станций.
Известна теплоэнергетическая установка, схема которой направлена на утилизацию теплоты дренажей и улучшение деаэрации конденсата и химобессоленной воды 1.
Известная установка содержит конденсатор, тракт основного конденсата с регенеративными подогревателями, соединенный трубопроводом рециркуляции через запорно-регулирующую арматуру с конденсатором, комбинированный теплообменник, смешивающая секция которого подключена к трубопроводу рециркуляции основного конденсата в конденсатор, а также к линии добавочной ХОВ и к коллекторам дренажей высокого, среднего и низкого давления, а поверхностная секция по охлаждающей среде - к линии технологической воды. При этом комбинированный теплообменник выполнен двухсекционным, а смешивающая и поверхностная секции соединены между собой последовательно, и каждая из них включена в рассечку трубопровода рециркуляции основного конденсата. В смешивающей секции происходит нагрев и деаэрация ХОВ (добавочной химически обессоленной воды) за счет теплоты дренажей из коллекторов и конденсата рециркуляции. В поверхностной секции полученная в смешивающей секции теплота полезно используется для подогрева технологической или хозпитьевой воды.
Таким образом, известная установка использует теплоту, сбрасываемую в смешивающую секцию, для подогрева и деаэрации ХОВ и утилизирует эту теплоту в поверхностной секции независимо от типа турбины и режима работы.
К недостаткам известной установки по сравнению с заявляемым решением следует отнести то, что ожидаемое повышение экономичности установки за счет утилизации теплоты сбросов в смешивающую секцию комбинированного теплообменника не обеспечивается вследствие затрат на введение в схему дополнительного элемента - комбинированного теплообменника и трубопроводов к нему, что, к тому же, требует дополнительных площадей машзала станции.
Кроме того, при понижении расхода подаваемой в поверхностную секцию ХОВ происходит автоматический сброс пара в конденсатор, что
F OIK 13/00
может сопровождаться вскипанием воды в этой секции и выходом ее из строя, что приводит к недостаточной надежности схемы в целом.
Поскольку вся установка работает под вакуумом, то возрастает вероятность дополнительных присосов воздуха в вакуумную систему турбоустановки, что снижает эффективность работы конденсатора и турбоустановки в целом.
Наиболее близким решением к заявляемой полезной модели по совокупности признаков является известная теплофикационная энергетическая установка 2, содерлсащая собственно турбину в составе ЦВД, ЧСД и ЧНД с регулирующими органами, расположенными между ними, конденсатор, оборудованный пучком для подогрева подпиточной технологической воды, систему регенеративного подогрева питательной и систему подогрева сетевой воды. Входящие в эти системы охладители эжекторов, регенеративные сетевые подогреватели и линии подвода пара к ним снабжены трубопроводами для отвода образующегося при их работе конденсата, а также - трубопроводами отсоса из них паровоздушной смеси. Значительная часть этих водяных и паровоздушных потоков сбрасывается в конденсатор. Часть потоков, например конденсат рециркуляции, подпиточная химически обессоленная вода, отсосы паровоздушной смеси из регенеративных и сетевых подогревателей и др., вводятся в паровое пространство конденсатора над трубными пучками, а другие через специальный расширитель дренажей, соединенный по пару с горловиной конденсатора, а по воде с его днищем. В случае охлаждения основных пучков конденсатора прямоточной или циркуляционной водой теплота указанных выще потоков передается окружающей среде, т.е. полезно не используется, что снижает экономичность теплофикационной энергетической установки.
Кроме того, при работе известной установки в 1яяттям режиме с закрытой регулирующей диафрагмой ЧНД в выходном патрубке турбины возникают обратные течения и подсос охлажденной в конденсаторе среды в последнюю ступень. Эти течения в выходном патрубке при малопаровых режимах имеют достаточно большую скорость и способны выносить к рабочим лопаткам турбины эрозионноопасную капельную влагу. Поэтому ввод каких бы то ни было водяных потоков в верхнюю часть конденсатора снижает надежность и долговечность рабочих лопаток последних турбинных ступеней и установки в целом.
Далее следует отметить, что подача водяных и паровоздушных потоков в верхнюю часть конденсатора на теплофикационных режимах работы установки приводит к ухудшению его деаэрирующей способности. В условиях малых пропусков пара в конденсатор (5 - 20 % номинального
расхода) в последнем сокращается зона массовой конденсации и соответственно расширяется зона воздухоохлаждения. При этом нагрев охлаждающей воды составляет 1-3 °С, температурные напоры достигают значений более 10 °С, конденсат переохлаждается на 5 °С и выше.
В этих условиях основной эжектор не в состоянии создать у себя на входе вакуум ниже, чем вакуум, развиваемый собственно конденсатором, и вакуум системы «конденсатор-эжектор определяется в этом случае эжектором. В данной ситуации происходит искусственное увеличение давления в конденсаторе, вызванное накопившимся вследствие присосов воздухом. В результате давление в конденсаторе может существенно превысить парциальное давление конденсирующихся паров. Высокие парциальные давления воздуха в зоне конденсации, наличие развернутой поверхности массообмена в виде пленок, капель, струй на трубках конденсатора и между ними, высокая степень переохлаждения конденсата, стекающего с трубного пучка, - все эти факторы создают благоприятные условия для аэрации конденсата и сбрасываемых на трубные пучки водяных потоков.
Заявляемая полезная модель решает задачу повышения экономичности и надежности теплоэнергетической установки (ТЭУ) путем утилизации теплоты сбрасываемых в конденсатор горячих потоков, дополнительной деаэрации сбрасываемых потоков, исключения выноса эрозионноопасной влаги к лопаткам последней ступени турбины. То есть предложенная схема ТЭУ утилизирует тепло, ранее выбрасываемое с охлаждающей водой в окружающую среду, и тем самым уменьшает затраты пара на нагрев подпиточной технологической воды.
Сущность полезной модели заключается в том, что в ТЭУ, содержащей парогенератор, паровую турбину с ЦВД, ЧСД и ЧНД с установленным между ними регулирующим органом расхода пара, конденсатор с трубными пучками, из которых хотя бы один используется для подогрева подпиточной (технологической) воды, средство регулирования температуры этой воды, и подключенные к конденсатору линии сброса горячих потоков: линия рециркуляции основного конденсата, линия постоянно действующих дренажей, линия конденсата из основных эжекторов, линия конденсата из охладителей сальникового пара, линия конденсата из регенеративных и сетевых подогревателей, линии отсоса паровоздущной смеси из охладителей сальникового пара и регенеративных и сетевых подогревателей, линия подачи подпиточной химобессоленной воды. При этом в соответствии с данной полезной моделью по меньщей мере одна из линий сброса горячих потоков заведена в конденсатор под трубный пучок, в котором осуществляется подогрев подпиточной (технологической) воды.
При этом горячие потоки (сколько бы их ни было заведено под упомянутый трубный пучок) сбрасываются через соответствующие распределительные устройства, обеспечивающие равномерную подачу сбрасываемой среды по длине конденсатора. Кроме того, упомянутые распределительные устройства расположены по длине первого хода нагреваемой воды в трубном пучке конденсатора в порядке уменьщения теплового потенциала сбрасываемого потока. В соответствии с данной полезной моделью паровое пространство конденсатора в зоне взаимодействия трубного пучка со средой, поступающей из линий сброса горячих потоков, может быть выделено посредством ограждающих элементов.
В любом из указанных вариантов выполнения ТЭУ по данной полезной модели средство регулирования температуры подпиточной (технологической) воды на выходе из трубного пучка может быть установлено по меньщей мере на одной из линий сброса горячих потоков под соответствующий трубный пучок конденсатора.
Кроме того, средство регулирования температуры подпиточной (технологической) воды на выходе из трубного пучка конденсатора может быть выполнено в виде дополнительного трубопровода подачи пара от одного из отборов турбины под упомянутый трубный пучок конденсатора, с установленным на этом трубопроводе регулирующим органом.
Выполнение ТЭУ с использованием заявляемой полезной модели, в частности сброс горячих потоков в конденсатор путем подведения по меньщей мере одной из этих линий сброса под трубный пучок конденсатора, в котором производится подогрев подпиточной (технологической) воды, обеспечивает нагрев подпиточной (технологической) воды, проходящей через трубный п)дюк, взаимодействие сброщенных потоков, в том числе подпиточной ХОВ, обеспечивает их вскипание и дополнительную деаэрацию в конденсаторе. Упомянутые эффекты утилизации теплоты и деаэрации обуславливают повыщение экономичности и надежности ТЭУ без дополнительных затрат. Предлагаемый вариант исполнения полезной модели с выделенным паровым пространством и заданным расположением распределительных устройств способствует более полной утилизации теплоты поступаемых потоков, эффективному теплообмену с трубным пучком, а также предотвращает вторичную аэрацию на трубных пучках и вынос эрозионноопасной влаги к последним ступеням ЧПД.
Предусмотренные средства поддержания заданной температуры подпиточной (технологической) воды обеспечивают надежную экономичную работу ТЭУ вне зависимости от режима работы турбоустановки.
Сущность изобретения ноясняется нриводимым ниже чертежом, на котором представлена схема теплоэнергетической установки на основе заявляемой полезной модели.
Теплоэнергетическая установка содержит парогенератор 1, цилиндр высокого давления (ЦВД) 2, часть среднего давления (ЧСД) 3, регулирующий орган 4 (регулирующая поворотная диафрагма), часть низкого давления (ЧНД) 5 и конденсатор 6 с трубными пучками 7 и 8. Трубный пучок 8 по входу соединен с источником водоснабжения (не показано) трубопроводом 9, а по выходу - трубопроводом 10 через насос 11с устройством химводоочистки 12. В конденсаторе 6 под трубным пучком 8 посредством ограждающих элементов 13 выделено паровое пространство
14.Ограждающие элементы 13 могут быть выполнены в виде щитов с отверстиями для слива конденсата на днище конденсатора 6. Щиты 13 исключают попадание влаги на трубный пучок 7, а на теплофикационных режимах работы предотвращают вынос эрозионноопасной влаги к последним ступеням ЧНД 5.
По всей длине трубного пучка 8 установлены распределительные устройства (РУ) 15, 16, 17, 18 и 19, через которые в паровое пространство 14 поступают сбрасываемые в конденсатор 6 соответствующие горячие потоки. Расположение вышеупомянутых РУ по всей длине трубного нучка 8 обеспечивает равномерный нагрев подпиточной (технологической) воды в трубном пучке 8. Кроме того, РУ 15, 16, 17, 18, и 19 расположены по первому ходу технологической воды в порядке убывания теплового потенциала поступающих через них горячих потоков, что обеспечивает наибольшую эффективность процесса теплообмена. Конструктивно РУ
15,16, 17, 18 и 19 могут быть выполнены в виде перфорированных коллекторов.
Тракт основного конденсата установки представлен трубопроводом 20, на котором последовательно установлены конденсатный насос 21, охладители 22 основных эжекторов, охладитель 23 эжектора уплотнений, охладитель 24 пара из промежуточных камер уплотнений, регулирующий клапан 25 рециркуляции, подогреватели низкого давления (ПНД) 26 и 27, деаэратор 28, питательный насос 29 и подогреватели высокого давления (ПВД) 30. Клапан 25 рециркуляции соединен трубопроводом 31 через РУ 15с паровым пространством 14 конденсатора 6.
Тегшообменные аппараты с 22 по 24 и с 26 по 30 снабжены линиями 32 подвода пара из отборов (не показано) турбины. При этом теплообменные аппараты 22, 23, 24 и 26 имеют соответствующие дренажные трубопроводы 33 для отвода конденсата этого пара в паровое пространство 14 через РУ 16. Кроме того, теплообменник 24 снабжен трубопроводом 34, а
теплообменники с 26 но 30 - трубопроводом 35 для отсоса наровоздушной смеси через РУ 17 в паровое пространство 14 конденсатора 6. Для поддержания температуры технологической воды па выходе из трубного пучка 8 па заданном уровне на трубопроводе 35 отсоса паровоздушной смеси из подогревателя 24 установлен регулятор 36, работающий по сигналу от датчика температуры 37, установлеппого на трубопроводе 10. Практически регулятор 36 может быть установлен на любом трубопроводе сброса горячего потока в паровое пространство 14 конденсатора 6.
Теплоэнергетическая установка содержит систему подогрева сетевой воды, включающую подогреватели 38, 39, которые по пару соединены трубопроводами 40 с соответствующими отборами (не показано) из ЧСД 3, а по конденсату - с соответствующими конденсатными насосами (не показано) и с аварийной линией 41 перелива конденсата в паровое пространство 14 конденсатора 6 через РУ 16. Кроме того, подогреватели 38 и 39 соединены линией 42 отсоса паровоздушной смеси с паровым пространством 14 конденсатора 6 через РУ 19.
Система водоподготовки для подпитки цикла теплоэпергетической устаповки содержит устройство химводоочистки 12, вакуумпый деаэратор 43, соединенный с устройством 12 трубопроводом 44 через насос 45. По деаэрированной воде деаэратор 43 соединен трубопроводом 46 с баком 47 сбора конденсата и, далее, с паровым пространством 14 конденсатора 6 через РУ 15. При этом трубопровод 44 соединен с трубопроводом 46 дополнительным обводным трубопроводом 48, обеспечивающим подачу недеаэрированной химобессоленной воды в паровое пространство 14 конденсатора 6 через РУ 15.
Теплофикационный отбор (не показано), размещенный между ЧСД 3 и ЧПД 5 перед регулирующей диафрагмой 4, соединен обводным трубопроводом 49 через РУ 18с паровым пространством 14 конденсатора 6. Па обводном трубопроводе 49 может быть установлен регулятор температуры 50, работающий по сигналу от датчика 37 температуры технологической воды на выходе из трубного пучка 8. По сигналу датчика 37 устанавливается положение регулятора 50, обеспечивающего подачу пара из отбора (не показано) турбины для поддержания необходимого зфовня температзфы подпиточной воды на выходе из трубного нучка 8.
Теплоэнергетическая установка работает следующим образом. При работе установки в конденсационном режиме пар высокого давления из парогенератора 1 подается в ЦВД 2 турбины, проходя через него и далее через ЧСД 3, открытую регулирующую диафрагму 4 и ЧПД 5, вырабатывает электрическую мощность, и сбрасывается в конденсатор 6. В конденсаторе 6 отработанный пар копденсируется охлаждающей водой, проходящей через трубные п5Д1ки 7 и 8. При этом в трубном пучке 8 в качестве охлаждающей воды используется подпиточная (технологическая) вода, поступающая в него по трубопроводу 9. Конденсат отработанного пара, а также конденсат всех паровых потоков, поступающих в конденсатор 6 помимо ЧНД 5 и водяные потоки, сброшенные в конденсатор 6 насосом 21 по линии основного конденсата, подаются в деаэратор 28 через теплообменные поверхности охладителей 22, 23, 24, регулирующий клапан 25 рециркуляции и теплообменные поверхности ПНД 26 и 27. Из деаэратора 28 насосом 29 через ПВД 30 питательная вода подается в парогенератор 1. Одновременно в охладители 22, 23, 24 и подогреватели 26, 27, 30 по соответствующим трубопроводам 32 подается пар из отборов (не показано) тзфбины. Конденсат этого пара, образующийся в теплообменных аппаратах 22, 23, 24, 26, по соответствующим дренажным трубопроводам 33 сбрасывается в паровое пространство 14 конденсатора 6 через РУ 16. Отсос паровоздущной смеси из подогревателей 30 и 27 каскадно отводится в подогреватель 26, откуда по трубопроводу 35 через РУ 17 сбрасывается в паровое пространство 14 конденсатора 6.
Отсос паровоздущной смеси из охладителя 24 по трубопроводу 34 через РУ 17 также сбрасывается в паровое пространство 14 конденсатора 6. При этом заданная температура технологической воды в трубопроводе 10 поддерживается подачей паровоздущной смеси по трубопроводу 34 в паровое пространство 14 регулятором 36, работающим по сигналу от датчика 37.
Поступающие в паровое пространство 14 через РУ 16 дренажи вскипают. Образовавшийся при этом пар смешивается с паровоздушной смесью отсосов и паром из отбора турбины, поступающими через РУ 17 и 18, и конденсируется на трубном пучке 8, нагревая проходящую через него подпиточную технологическую воду.
При этом установленные внутри  конденсатора 6 ограждающие элементы 13 препятствуют попаданию пара на трубный пучок 7, охлаждаемый циркуляционной или прямоточной водой. Подогретая в трубном пучке 8 подпиточная (технологическая) вода насосом 11 по трубопроводу 10 подается в устройство химводоочистки 12. Пеобходимый уровень температуры нодпиточной воды обеспечивается датчиком 37 температуры воды на выходе из трубного пучка 8, взаимодействующим с регулирующим органом 36. В зависимости от уровня сигнала, подаваемого датчиком 37, регулирующий орган 36 обеспечивает подачу необходимого для поддержания требуемой температуры подпиточной воды пара в паровое пространство 14 через РУ 17. После химводоочистки подпиточная вода насосом 45 но трубопроводу 44 поступает в вакуумный деаэратор 43, откуда самотеком через бак 47 сбора деаэрированной воды но трубонроводу 46 через РУ 15 постунает в паровое нространство 14 конденсатора 6. Поскольку деаэрированная вода имеет нри этом температуру 40-50 °С, то нри входе в паровое пространство 14 она вскинает и дополнительно деаэрируется. Образовавшийся при вскипании пар конденсируется на трубном пучке 8 и дополнительно подогревает подпиточную (технологическую) воду. При необходимости по обводному трубопроводу 48 через РУ 15 в паровое нространство 14 конденсатора 6 молсет быть подана недеаэрированная химически обессоленная вода. Температура этой воды может быть ниже температуры насыщения при давлении в паровом пространстве 14. Однако за счет теплоты поступающих в паровое пространство 14 горячих потоков эта вода может быть достаточно глубоко продеаэрирована.
При работе теплоэнергетической установки по тепловому графику регулирующая диафрагма 4 ЧНД 5 частично или полностью закрывается. При этом включаются сетевые подогреватели 38 и 39. Расход пара, поступающего в конденсатор 6, уменьщается, и количество конденсата, откачиваемого конденсатными насосами 21, становится недостаточным для нормальной работы охладителей 22, 23 и 24. Уровень воды в конденсаторе 6 снижается, открывается клапан 25 рециркуляции, и часть конденсата из трубопровода 20 по трубопроводу 31 через РУ 15 подается в паровое пространство 14 конденсатора 6. Одновременно из подогревателя 38, соединенного но отсосу паровоздушной смеси с подогревателем 39, паровоздушная смесь по трубопроводу 42 через РУ 19 поступает в паровое пространство 14 конденсатора 6. При входе в паровое пространство 14 конденсатора 6 конденсат рециркуляции смешивается с подниточной водой, вскипает и совместно с остальными паровыми потоками взаимодействует с теплообменными поверхностями трубного пучка 8, подогревая подпиточную (технологическую) воду. Образующийся на трубном пучке 8 конденсат сливается через отверстия в щитах 13 на днище конденсатора 6. При необходимости регулирующий орган 4 (диафрагма) может быть установлен в заданное отпускаемым количеством пара положение и зафиксирован в нем. То есть диафрагма 4  быть закрыта частично или полностью и зафиксирована в одном из этих положений. Регулирование же заданной (оптимальной) темнературы подпиточной (технологической) воды может нроизводится изменением подачи пара по трубопроводу 49 в паровое пространство 14 регулирующим органом 50 в соответствии с импульсами, подаваемыми датчиком 37. Поскольку регулятор 50 имеет сечение, соответствующее регулируемой величине расхода пара, то точность регулирования температуры может быть осуществлена практически в любых необходимых пределах. При этом регулятор 36 может быть открыт полностью, или находиться в положении, обеспечивающем необходимый отсос паровоздушной смеси из теплообменника 24.
Таким образом, заявляемая теплоэнергетическая установка как в конденсационном, так и теплофикациопном режимах работы, осуществляет практически полную утилизацию теплоты поступающих в конденсатор 6 горячих потоков, что обеспечивает повышение экономичности и эффективности ее работы.
Кроме того, предложенная схема установки обеспечивает дополнительную деаэрацию ХОВ, исключает аэрацию конденсата на трубных пучках и вынос эрозионноопасной влаги к последпим ступеням ЧНД, что обеспечивает надежность заявляемой теплоэнергетической устаповки.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания полезной модели:
1.Авторское свидетельство СССР № 1561589,
кл.Р01К 7/44, 1984
2.Е.И. Бененсон, Л.С. Иоффе. Теплофикационные паровые турбины. М. Энергоатомиздат, 1986, стр. 118, рис. 42. (прототип).