Способ и устройство для генерации перегретого пара
METHOD AND DEVICE FOR GENERATING SUPERHEATED STEAM

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на теплоэлектростанциях при эксплуатации теплофикационных турбин для утилизации вторичного пара после турбины.
Известен способ генерации перегретого пара постоянной температуры, содержащий получение насыщенного пара в емкости нагреванием находящейся в ней жидкости при постоянном давления насыщения, меньшим давления в критической точке, его дросселировании, нагревания сдросселированного пара путем рекуперативного теплообмена с этой же жидкостью в этой же емкости.
Способ реализуется в устройстве для генерации перегретого пара постоянной температуры, содержащем корпус с размещенным внутри него теплообменником, дроссель, вход которого сообщен с верхней частью внутренней полости корпуса, а выход с входом теплообменника, отличающееся тем, что корпус снабжен патрубком подвода жидкости и нагревателем, а теплообменник размещен в нижней части корпуса и погружен в жидкость [Патент РФ № 2073172, МПК F22 G1/10, 1997].
Основными недостатками известного способа и устройства является необходимость использования питательной воды, на испарение которой требуется значительное количество тепла, необходимость повторного нагрева пара и отсутствие оборудования для прямого получения перегретого пара, что снижает их экологическую и экономическую эффективность.
Более близким к предлагаемому изобретению является способ производства перегретого пара для турбины, содержащий этапы производства перегретого пара в пароперегревателе и направление части перегретого пара через по меньшей мере один теплообменник для обеспечения передачи тепла от перегретого пара к потоку воды. При этом, температура воды повышается, а температура части перегретого пара понижается, а перегретый пар подается в турбину (потребителю).
Основными недостатками известного способа является использование для генерации перегретого пара насыщенного пара высокого давления, для получения которого требуется испарить значительное количество питательной воды с затратой значительного количества тепла и невозможность использования для этой цели вторичного пара турбины, что снижает его экологическую и экономическую эффективность.
Известный способ реализуется в установке производства перегретого пара для турбины, содержащей пароперегреватель, который принимает пар от парогенератора и производит перегретый пар, первый теплообменник, присоединенный к пароперегревателю с возможностью приема части перегретого пара, произведенного пароперегревателем, присоединенный к системе водоснабжения, при этом первый теплообменник выполнен с возможностью передачи тепла от перегретого пара к воде, так что температура перегретого пара понижается, а температура воды повышается, второй теплообменник, присоединенный к пароперегревателю с возможностью приема перегретого пара, произведенного пароперегревателем и присоединенный к первому теплообменнику таким образом, чтобы принимать воду, прошедшую через первый теплообменник, при этом второй теплообменник выполнен с возможностью передачи тепла от перегретого пара к воде, полученной от первого теплообменника, так что температура перегретого пара понижается, а температура воды повышается, коллекторы для создания смеси перегретого пара и его распределения, снабженные регулирующими  клапанами [Патент РФ № 2529971, МПК F22 G5/16, 2011].
Основным недостатком известной установки является невозможность использования предлагаемой конструкции пароперегревателя для повышения давления вторичного пара после турбины, что снижает ее экологическую и экономическую эффективность.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение экологической и экономической эффективности способа и устройства для генерации перегретого пара.
0
0
0
0
0
0
1э
1э
1э
1э
2т
2т
пк
пк
пк
пк
пк
пк
пк
пк
Технический результат достигается способом для генерации перегретого пара, содержащим попарную работу теплообменников перегревателя после запуска установки, а именно, в первом по ходу пара теплообменнике осуществляется подогрев пара, во втором – перегрев, одновременную с этими процессами подачу вторичного пара после турбины по трубопроводу вторичного пара с давлением и температурой Р и t во входной тангенциальный патрубок циклона, в полости корпуса которого происходит закручивание его потока и под действием центробежных сил разделение на легкую (паровую фракцию), которая выводится по центральной трубе через верхний выходной патрубок циклона, откуда очищенный пар поступает в приемную камеру пароструйного эжектора и тяжелую (масляную с твердыми частицами) фракцию, которая прижимается к стенкам корпуса и под действием силы тяжести сползает в его днище, откуда через нижний выходной патрубок подается в маслошламонакопитель, при этом, одновременно, сбросной пар переменного давления, нагретый горячими дымовыми газами из коллектора горячих дымовых газов, в первом теплообменнике первой пары, предварительно заполненным эжектированным паром в предыдущем цикле, начальные давление и температура которого значительно выше давления Р и t, при открытом запорном клапане, связанным с коллектором сбросного пара, поступает в сопло пароструйного эжектора, в результате чего очищенный вторичный пар смешивается со сбросным паром и на выходе из диффузора эжектора полученный эжектированный пар приобретает значительно большие переменные температуру и давление, чем Р и t, с которыми он поступает в демпфер низкого давления, где переменные температура и давление устанавливаются равными постоянным значениям Р и t, с которыми полученный пар поступает в коллектор эжектированного пара, из которого происходит заполнение второго по ходу пара теплообменника первой пары, полученным эжектированным паром с давлением и температурой Р и t при открытых запорных клапанах, связанных с коллекторами горячих и обратных дымовых газов и закрытых запорных клапанах, связанных с коллекторами эжектированного, сбросного и перегретого пара и осуществляется нагрев пара в закрытой трубе теплообменника горячими дымовыми газами, в результате которого его давление и температура и повышаются до значений Ри t, значения которых выше, чем требуемые параметры перегретого пара Ри t, после чего открывается запорный клапан, связанный с коллектором перегретого пара, закрываются клапаны, связанные с коллекторами горячих и обратных дымовых газов, и перегретый пар поступает в коллектор перегретого пара и демпфер высокого давления, где устанавливаются требуемые параметры перегретого пара Ри t, равные значениям остаточного пара в трубе вышеупомянутого теплообменника, после чего запорный клапан, связанный с коллектором перегретого пара, закрывается, в теплообменнике открывается запорный клапан, связанный с коллектором остаточного пара, куда сбрасывается остаточный пар, далее этот запорный клапан закрывается, после чего в трубе второго теплообменника происходит процесс охлаждения и падения давления пара, при этом, одновременно, но со сдвигом во времени, происходят аналогичные процессы нагрева и перегрева пара в следующих парах теплообменников перегревателя, в результате суммарного процесса которых устанавливаются стабильные значения требуемых параметров перегретого пара Ри t в демпфере высокого давления, открывается запорный клапан трубопровода перегретого пара и перегретый пар с параметрами Ри t подают потребителю.
Способ реализуется в устройстве для генерации перегретого пара, содержащим трубопровод вторичного пара, соединенный с паровой турбиной и входным тангенциальным патрубком циклона, верхний патрубок которого соединен с приемной камерой пароструйного эжектора, сопло которого соединено с коллектором сбросного пара, диффузор – с демпфером низкого давления, соединенным с коллектором эжектированного пара и через него – с пароперегревателем, который представляет собой батарею, состоящую из четного числа теплообменников типа «труба в трубе», тепловые рубашки которых сверху и снизу соединены через запорные клапаны с коллекторами горячих и обратных дымовых газов, соответственно, причем коллектор горячих дымовых газов соединен, в свою очередь, с камерой сгорания, а коллектор обратных дымовых газов – с дымовой трубой, верхние торцы труб вышеупомянутых теплообменников также через запорные клапаны соединены с коллектором эжектированного пара, нижние торцы этих труб через тройники, снабженные запорными клапанами соединены с коллекторами сбросного и перегретого пара, причем последний связан через демпфер высокого давления, снабженный трубопроводом перегретого пара с запорным клапаном, с потребителем.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого устройства для генерации перегретого пара (УГПП).
УГПП содержит трубопровод вторичного пара 1, соединенный с паровой турбиной (на фиг. 1 не показана) и входным тангенциальным патрубком циклона 2, верхний патрубок которого соединен с приемной камерой пароструйного эжектора 3, сопло которого соединено с коллектором сбросного пара 4,  диффузор – с демпфером низкого давления 5, соединенным с коллектором эжектированного пара 6 и через него – с пароперегревателем 7, который представляет собой батарею, состоящую из четного числа теплообменников типа «труба в трубе» 8, тепловые рубашки 9 которых сверху и снизу соединены через запорные клапаны 10 и 11 с коллектором горячих дымовых газов 12 и коллектором обратных дымовых газов 13, соответственно, причем коллектор горячих дымовых газов 12 соединен, в свою очередь, с камерой сгорания, а коллектор обратных дымовых газов 13 – с дымовой трубой (на фиг. 1 не показаны), верхние торцы труб 14 вышеупомянутых теплообменников 8 также через запорные клапаны 15 соединены с коллектором эжектированного пара 6, нижние торцы труб 14 через тройники, снабженные запорными клапанами 16 и 17 с коллекторами сбросного пара 4 и коллектором перегретого пара 18, причем последний связан через демпфер высокого давления 19, снабженный трубопроводом перегретого пара 20 с запорным клапаном 21, с потребителем.
0
0
0
0
0
0
1э
1э
1э
1э
2т
2т
пк
пк
пк
пк
После запуска УГПП теплообменники 8 перегревателя 7 работают попарно следующим образом, а именно, в первом по ходу пара осуществляется подогрев пара, во втором – перегрев. Вторичный пар после турбины по трубопроводу вторичного пара 1 с давлением и температурой Р и t поступает во входной тангенциальный патрубок циклона 2, в полости корпуса которого происходит закручивание его потока и под действием центробежных сил разделение на легкую (паровую фракцию), которая выводится по центральной трубе через верхний выходной патрубок циклона 2, откуда очищенный пар поступает в приемную камеру пароструйного эжектора 3 и тяжелую (масляную с твердыми частицами) фракцию, которая прижимается к стенкам корпуса и под действием силы тяжести сползает в его днище, откуда через нижний выходной патрубок подается в маслошламонакопитель (на фиг. 1 не показан). В тоже время сбросной пар переменного давления, нагретый горячими дымовыми газами из коллектора 12, в первом теплообменнике 8 первой пары, предварительно заполненным эжектированным паром в предыдущем цикле, начальные давление и температура которого значительно выше давления Р и t, при открытом запорном клапане 16 через коллектор сбросного пара 4 поступает в сопло пароструйного эжектора 3, в результате чего очищенный вторичный пар смешивается со сбросным паром и на выходе из диффузора эжектора 3, полученный эжектированный пар приобретает значительно большие переменные температуру и давление, чем Р и t, с которыми он поступает в демпфер низкого давления 5, где переменные температура и давление устанавливаются равными постоянным значениям Р и t, с которыми полученный пар поступает в коллектор эжектированного пара 6. Одновременно, во втором по ходу вторичного пара теплообменнике 8 первой пары, происходит заполнение полученным эжектированным паром с давлением и температурой Р и t при открытых запорных клапанах 10, 11 и 15 и закрытых запорных клапанах 15, 16 и 17 и осуществляется нагрев пара в закрытой трубе 14 горячими дымовыми газами из коллектора 12, в результате которого его давление и температура и повышаются до значений Ри t, значения которых больше, чем требуемые параметры перегретого пара Ри t, (значения этих параметров зависят от характеристик вторичного пара и интенсивности нагрева трубы 5), открывается запорный клапан 17, закрываются клапаны 10, 11 и перегретый пар поступает в коллектор перегретого пара 18 и демпфер высокого давления 19, где устанавливаются требуемые параметры перегретого пара Ри t, равные значениям остаточного пара в трубе 5, после чего запорный клапан 17 закрывается, открывается запорный клапан 16, остаточный пар сбрасывается в коллектор остаточного пара 4, запорный клапан 16 закрывается и в трубе 5 происходит процесс охлаждения и падения давления пара. Одновременно, но со сдвигом во времени, аналогичные процессы нагрева и перегрева пара в происходят в следующих парах теплообменников 8 (оптимальное количество пар находят на основании технико–экономического расчета).
пк
пк
пк
пк
При достижении стабильных значений требуемых параметров перегретого пара Ри t,в демпфере 19, открывается запорный клапан 21 трубопровода перегретого пара и перегретый пар с параметрами Ри t подают потребителю.
Параметры УГПП зависят от количества, давления, температуры, степени загрязненности вторичного пара, количества и площади теплообмена теплообменников в пароперегревателе и тепловой мощности камеры сгорания. Оптимальное соотношение между конструкцией пароперегревателя и количеством вторичного пара находят из технико–экономического расчета. В качестве теплообменников в зависимости от требуемых параметров перегретого пара и его количества могут использоваться как теплообменники типа «труба в трубе», так и кожухотрубчатые теплообменники.
Таким образом, использование, очищенного от вредных примесей, вторичного пара для получения перегретого пара обеспечивает снижение расхода питательной и охлаждающей оборотной воды, нагрузки на химводоочистку, что снижает расход топлива и электроэнергии (уменьшается расход тепла на испарение воды и электроэнергии на транспортировку воды) и, в конечном итоге, повышает экологическую и экономическую эффективность работы паротурбинной установки в целом.