Здравствуйте! Паротурбинная установка состоит из паровой турбины и различных вспомогательных устройств (конденсатора, насосов, подогревателей, маслоохладителей и др.). Паровые турбины выполняются многоступенчатыми. Основные преимущества многоступенчатых турбин заключаются в следующем:
1) Ступени турбины работают при оптимальных значениях u/c1, что повышает к.п.д. турбины;
2) экономичность турбины повышается также за счет частичного использования кинетической энергии отработавшего пара в последующих ступенях турбины;
3) в многоступенчатых турбинах можно производить промежуточные отборы пара для регенеративного подогрева питательной воды и теплофикационные отборы, что значительно повышает экономичность теплового цикла.
Одноступенчатые турбины или турбины с малым числом ступеней имеют низкую экономичность и большое число оборотов (до 200-300 об/с). Для снижения числа оборотов используется редукторная передача, применение которой неэкономично и не всегда целесообразно.
В зависимости от характера теплового процесса различают следующие типы паровых турбин:
1. Конденсационные турбины, в которых весь пар после расширения в турбине направляется в конденсатор, где происходит его конденсация. Конденсационные турбины имеют только нерегулируемые регенеративные отборы пара.
2. Турбины с промежуточным регулируемым отбором пара. В этих турбинах, которые устанавливаются на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ), часть пара отбирается после промежуточной ступени и направляется тепловому потребителю, а остальной пар расширяется в последующих ступенях и затем направляется в конденсатор.
3. Турбины с противодавлением, отработавший пар которых имеет более высокие давление и температуру, чем у конденсационных. Этот пар после турбины направляется тепловым потребителям, использующим его для технологических или отопительных целей. Турбины с противодавлением широкого распространения не получили, так как количество электроэнергии, которую может выработать турбогенератор, зависит от тепловой нагрузки.
В зависимости от назначения паровые турбины классифицируются следующим образом:
1. Турбины для привода электрических генераторов, работающие с постоянным числом оборотов. При частоте переменного тока 50 Гц они имеют число оборотов n = 3000 об/мин.
2. Турбины для привода различных механизмов (турбовоздуходувок, компрессоров, насосных установок), работающие с переменным числом оборотов.
3. Турбины для транспорта, применяемые в основном в качестве судовых двигателей. Они работают с переменным числом оборотов и, как правило, имеют редуктор для снижения числа оборотов.
По начальному давлению пара различают турбины низкого (до 1,2 МПа), среднего (до 5 МПа), высокого (до 15 МПа), сверхвысокого (15-22,5 МПа), сверхкритического (свыше 22,5 МПа) давления.
Рассмотрим основные детали и узлы паровых турбин.
Ротор активной паровой турбины имеет дисковую конструкцию, а реактивной - барабанную конструкцию, так как с увеличением степени реакции растет перепад давлений по обе стороны дисков, что приводит к появлению больших осевых усилий. К дискам или барабану крепятся рабочие лопатки, профиль и размеры которых изменяются в зависимости от номера ступени турбины, степени реакции и других факторов (рис. 1.).
Сопловые решетки в ступенях турбины образованы направляющими лопатками 1, которые в активных турбинах расположены в неподвижных диафрагмах 2 (рис. 2.). Для возможности сборки и разборки диафрагмы, как и корпус турбины, состоят из двух половин. Диафрагмы делят пространство внутри корпуса турбины на отдельные камеры.
Турбины имеют систему регулирования, которая изменяет количество подаваемого в турбину пара в соответствии с изменением мощности. Эта система автоматически поддерживает постоянное число оборотов турбины и заданную мощность, причем для турбин, работающих с переменным числом оборотов, предусматривается возможность изменения числа оборотов в широких пределах (в зависимости от нагрузки).
Наибольшее распространение получили система с центробежным регулятором и гидродинамическое регулирование.
В центробежном регуляторе (рис. 3.), вал 1 которого приводится во вращение от вала турбины, при изменении числа оборотов изменяется также величина центробежной силы, перемещающей грузы 2. При увеличении числа оборотов грузы расходятся, а при уменьшении - сходятся, что приводит к перемещению золотника 3, который открывает доступ масла в верхнюю или нижнюю полости цилиндра 4. Под действием давления масла поршень 5 перемещается и, воздействуя на клапаны турбины, изменяет количество подаваемого пара. Пар, поступающий в турбину, может подвергаться дросселированию, в результате которого изменяются его давление и расход (дроссельное регулирование). Более экономичным и распространенным является сопловое парораспределение, когда поочередно закрывается несколько клапанов, каждый из которых подает пар лишь к определенной группе сопел первой ступени турбины.
В гидродинамической системе регулирования центробежный регулятор заменен центробежным масляным насосом, колесо которого насажено на вал турбины. При изменении числа оборотов изменяется создаваемое насосом давление масла, которое перемещает золотник, подающий масло для привода регулирующих клапанов турбины.
Для повышения экономичности паротурбинных установок предусматривается максимально возможное снижение давления отработавшего пара (до 2,5-5 кПа). Низкое давление (вакуум) в выхлопном патрубке турбины поддерживается с помощью конденсатора, в котором конденсируется отработавший пар турбины.
Наибольшее распространение получили конденсаторы поверхностного типа с водяным охлаждением (рис.4.).
Отработавший пар поступает в конденсатор через горловину 5 и, соприкасаясь с наружной поверхностью трубок 6, по которым подается охлаждающая вода, конденсируется. Конденсат пара стекает вниз и затем откачивается насосом. Для увеличения скорости воды в конденсаторных трубках перегородка 2 делит водяную камеру 4 на две части. Охлаждающая вода по трубопроводу 1 поступает в нижнюю половину камеры 4, проходит по нижним конденсаторным трубкам в камеру 7, затем поворачивает в верхние конденсаторные трубки и выходит в трубопровод 3. Такой конденсатор называется двухходовым.
Поступающий в конденсатор пар всегда содержит некоторое количество воздуха, который, накапливаясь у поверхности трубок, ухудшает процесс теплообмена между паром и трубками, что приводит к снижению вакуума. Для удаления воздуха конденсационные устройства имеют воздушные насосы. Наиболее распространенными являются пароструйные насосы (паровые эжекторы), которые отличаются простотой конструкции и высокой надежностью (рис. 5.).
Подаваемый к эжектору пар после расширения в сопле 1 поступает в камеру смешения 2, соединенную с воздушным патрубком конденсатора 8 (рис.4.), из которого в эту камеру засасывается паровоздушная смесь с большим содержанием воздуха. После смешивания пара с воздухом поток сжимается в диффузоре 3 до давления, превышающего атмосферное. Затем смесь поступает в специальный охладитель, в котором пар конденсируется, а воздух выбрасывается в атмосферу.
Для конденсации отработавшего в турбине пара требуется большое количество охлаждающей воды. Работа конденсатора характеризуется кратностью охлаждения, равной отношению расхода охлаждающей воды Wв к расходу пара D: m = Wв/D и показывающей, сколько воды требуется для конденсации 1 кг пара. Кратность охлаждения зависит от температуры поступающей воды и составляет 40-80 кг/кг.
Для снабжения паротурбинных установок охлаждающей водой мощные тепловые электростанции обычно строят вблизи рек и больших водоемов. При отсутствии достаточных естественных источников воды применяют оборотную систему водоснабжения с охлаждением циркулирующей в конденсаторах воды в специальных башенных охладителях (градирнях) и реже в охлаждающих бассейнах. Схема градирни показана на рис.6.
Циркуляционная вода подается в верхнюю часть градирни и по желобам 1 поступает на деревянную насадку 2, набранную из большого числа горизонтальных реек или вертикальных щитов. Вода в насадке разбивается на тонкие струйки и капли. Навстречу стекающей воде движется воздух. При этом вода охлаждается за счет конвективного теплообмена, сопровождающегося испарением. Охлажденная вода собирается в бассейне 4, откуда насосами она снова подается в конденсаторы турбин.
Для интенсивного движения воздуха через насадку 2 сооружается вытяжная башня 3, которая вследствие меньшей плотности влажного воздуха и более высокой его температуры создает естественную тягу. При небольшой мощности установки иногда применяют градирни с принудительной циркуляцией воздуха. В таких градирнях вытяжная башня отсутствует, а воздух через насадку продувается с помощью вентиляторов. Исп. литература: 1) Теплотехника, под редакцией А.П.Баскакова, Москва, Энергоиздат, 1982. 2) Теплотехника, Бондарев В.А., Процкий А.Е., Гринкевич Р.Н. Минск, изд. 2-е,"Вышейшая школа", 1976.
Поршншше паровые машины являются, как известно, старейшими тепловыми двигателями, вошедшими в широкое употребление на фабриках в конце XVIII в., а на железных дорогах и во флоте - в первые десятилетия XIX в.; первая годная для эксплоатации паровая турбина была сконструирована французским инженером Лавалем в 1885 г. Несмотря на низкий (в сравнении с двигателями внутреннего сгорания) к. п. д., паросиловые установки по-прежнему занимают видное место в промышленности и на транспорте, так как они позволяют использовать теплоту сгорания дешевых видов топлива: каменного угля, торфа, мазута, древесины.
Резервы и выработка этих видов топлива огромны. В СССР годовая добыча угля составляет около полумиллиарда тонн. Одни запасы торфа в СССР по теплотворной способности равносильны 150 млрд. нефти, что превосходит все мировые запасы нефти. Этим и определяется практическое значение паросиловых установок. Множество больших электростанций и крупные военно-морские суда оснащены паровыми турбинами мощностью в десятки (и более ста) тысяч на железных дорогах, на небольших электростанциях, в промышленных предприятиях и на небольших судах применяются поршневые паровые машины самой разнообразной мощности (преимущественно порядка сотен и тысяч
К. п. д. поршневых паровых машин часто составляет всего 10-12%. Низкий к. п. д. паровых машин объясняется не какими-либо их конструктивными недостатками, но, во-первых, малой разностью температур, между которыми заключен цикл паровой машины, и, во-вторых, неизбежными потерями тепла в топке.
Максимальный коэффициент полезного действия, который может иметь какая-либо тепловая машина, не может превысить того к. который при заданных пределах температур присущ циклу Карно:
Для паровой машины есть температура пара в котле. При давлении в котле температура конденсации отработавшего пара; в случае выпуска отработавшего пара в атмосферу при выпуске отработавшего пара в конденсатор, в котором поддерживается давление в Для указанных условий (при давлении в котле в и при выпуске пара в конденсатор) Это означает, что не более 31% тепла, сообщенного воде, может быть превращено в работу. Но примерно только 70% теплоты сгорания топлива идет на нагревание воды, остальное количество уносится дымовыми газами; до 10% составляют потери на трение, следовательно, эффективный к. п. д. паровой машины в указанных условиях не может превышать 20%. Если давление пара в котле равно то к. п. д. паровой машины будет не более 16%.
Обычно стремятся приблизить цикл паровой машины к так называемому циклу Ренкина, изображенному на рис. 279. На рис. 279 точка 1 отвечает термодинамическому состоянию воды, поступающей в паровой котел. Линия 1-2 изображает процесс нагревания воды в котле до температуры кипения при давлении (точка 2). Изотерма-изобара 2-3 изображает процесс парообразования; образующийся пар наполняет рабочий цилиндр, перемещая поршень. Производимая при этом поршнем работа изображается площадью, заключенной между изохорами, проходящими через точки 2 и 3, и ограниченной сверху линией 2-3. Эту работу называют работой наполнения. Когда часть цилиндра окажется наполненной паром, прекращают доступ пара в цилиндр. Это называют отсечкой пара (точка 3). Последующее расширение пара происходит примерно адиабатно, пока давление пара не упадет до того давления которое поддерживается в конденсаторе. Точка 4 изображает термодинамическое состояние пара в конденсаторе (давление и температура
Первой мерой к повышению к. п. д. паровых машин является расширение температурных пределов цикла. С этой целью стремятся повысить температуру кипения воды в котле. Часто поддерживают давление в котле в что соответствует температуре кипения в 180-200° С. Все шире входят в употребление (в особенности для паровых турбин) котлы высокого давления в что соответствует температуре кипения в Для понижения температуры конденсации отработавшего пара его выпускают не в атмосферу, а в конденсатор, где поддерживается давление примерно в (или даже и где поэтому пар сгущается в воду при 45°С (или 24°), а не при 100° С, как это имело бы место при выпуске отработавшего пара в атмосферу.
Второй по своему значению мерой к повышению к. п. д. паровых машин является борьба с преждевременной конденсацией пара. В поршневой машине к концу цикла при выпуске пара в конденсатор стенки цилиндра и поршень охлаждаются, поэтому при впуске в цилиндр новой порции пара из котла часть пара сгущается в воду и в виде капель оседает на стенках цилиндра и на внутренней поверхности поршня. После отсечки пара во время последующего расширения благодаря связанному с расширением падению температуры еще некоторая часть пара сгущается в воду. Так как работа производится паровой машиной вследствие давления пара на поршень, а сконденсировавшийся пар уже не оказывает этого давления, то понятно, что вся преждевременно сконденсировавшаяся часть пара представляет собой совершенно такую же непроизводительную трату пара, как и прямая утечка пара, происходящая из-за недостаточно плотного прилегания поршня к стенкам цилиндра.
Рис. 279. Цикл Ренкина.
Наиболее действительной мерой против преждевременной конденсации пара является перегрев пара. На пути из котла в цилиндр пар заставляют проходить через обогреваемые топочными газами трубы пароперегревателя (рис. 280). Пар из насыщенного превращается в перегретый; обычно создают перегрев на 150- 200°, так что при впуске пара в цилиндр хотя и происходит некоторое падение температуры пара, но пар все еще остается перегретым, и стенки цилиндра даже во время расширения почти не увлажняются
В машинах, работающих насыщенным паром, для уменьшения преждевременной конденсации внешние стенки цилиндра обогревают горячим паром посредством устройства, которое носит название паровой рубашки.
Чем шире температурные пределы цикла, тем более резкое охлаждение испытывает каждая новая порция пара, впускаемого в цилиндр из котла.
Рис. 280. Схема паровой установки.
Поэтому применение высокого давления (высокого нагрева пара в котле), с одной стороны, повышает к. п. д. цикла, но, с другой стороны, увеличивает потери, связанные с преждевременной конденсацией пара. Это побуждает строить машины с несколькими (чаще - двумя) рабочими цилиндрами, через которые последовательно проходит пар, испытывая в каждом цилиндре расширение при постепенно падающей температуре. Этим достигается в каждом цилиндре меньшая разность температуры между свежим паром, поступающим в цилиндр, и отработавшим. Поэтому стенки каждого цилиндра, имея после выхлопа отработавшего пара температуру не слишком низкую в сравнении с температурой свежего пара, не так сильно охлаждают свежий пар.
На рис. 280 представлена схема паросиловой установки, понятная по сделанным на схеме надписям. На этой схеме показан обычный водотрубный котел с двумя барабанами.
Большое преимущество имеют прямоточные котлы системы Л. К. Рамзина. Схема такого котла представлена на рис. 281. В котле Рамзина нет громоздких барабанов, которые обычно служат для обеспечения естественной циркуляции
воды и собирания пара. В обычных котлах вода и пароводяная смесь поднимаются по одной системе трубок, а по другим трубкам вода опускается. Вода совершает многократную циркуляцию по этим трубкам, раньше чем она успевает превратиться в пар. Вместо обычной естественной циркуляции воды в котле Рамзина введена принудительная циркуляция воды. Вода подается насосом под значительным давлением в длинный змеевик. В первой части змеевика вода нагревается отходящими газами до температуры кипения; во второй части змеевика, охваченной пламенем, вода кипит, превращаясь в пар высокого давления (более в третьей части змеевика происходит перегрев пара.
Рис. 281. Прямоточный котел.
Рис. 282. Сопла турбины.
В паровых турбинах в механическую работу преобразовывается кинетическая энергия пара. Из котла пар под большим давлением поступает в направляющие аппараты (сопла) турбины (рис. 282) и в них за счет падения давления приобретает при выходе большую скорость, примерно Чтобы в сопле происходило возможно более полное превращение внутренней энергии пара в кинетическую энергию, соплу придают форму расширяющегося к выходу канала (§ 133). Покинув направляющие аппараты, пар поступает на лопатки турбинного колеса, производит на них давление и приводит рабочее колесо турбины во вращение.
Различают два принципа действия пара на лопатки турбин: активное и реактивное. Для пояснения этих принципов приведены схемы на рис. 283 и 284.
На рис. 283 изображена схема активного действия пара на лопатки турбины. Лопатки турбины закреплены на рабочем диске, насаженном на вал турбины. Рабочий диск вращается в плоскости, перпендикулярной к чертежу; и означает окружную скорость диска. Пар из котла поступает при давлении к соплу и в нем, приобретая ускорение, испытывает падение статического давления до значения По выходе из сопла пар со скоростью поступает на лопатку; означает ту относительную скорость, с которой пар протекает вдоль лопатки. Изогнутая лопатка отклоняет струю пара; благодаря этому пар давит на лопатку турбины с силой, которая представляет собой развиваемую им центробежную силу.
Вследствие трения пара о поверхность лопатки относительная скорость пара несколько снижается. Относительная скорость отработавшего пара сложенная с окружной скоростью и, дает абсолютную скорость выхода пара Если не учитывать потери на трение пара, то работа, воспринятая лопатками от каждого килограмма пара, протекающего через рабочее колесо турбины, измеряется
убылью кинетической энергии пара: где с выражено в мсек,
В разбираемом случае характерны следующие явления: 1) Преобразование внутренней энергии пара в кинетическую происходит исключительно в направляющих, неподвижных аппаратах (в соплах). 2) Давление пара при выходе из сопла (при выходе на лопатки) понижено до величины противодавления среды, так что при течении пара вдоль лопатки давление остается неизменным. 3) Поскольку на лопатках давление пара остается неизменным, входные и выходные сечения каналов, образуемых соседними на диске лопатками, устраивают одинаковыми.
Турбины, в которых применен активный принцип действия пара, часто называют турбинами равного давления.
Рис. 283. Активное действие пара на лопатку турбины.
Рис. 284. Реактивное действие пара на лопатку турбины.
На рис. 284 изображена схема реактивного действия пара на лопатку турбины. В этом случае пар, проходя через сопло, испытывает не полное расширение, а лишь частичное. Покидая сопло, он имеет давление большее, чем противодавление среды Поэтому абсолютная скорость входа пара на лопатку в этом случае соответствует не полному перепаду давлений, а лишь разности их Лопатки изогнуты и расположены на ободе так, что межлопаточные пространства представляют собой каналы с возрастающим сечением. Пар, протекая меж лопатками, продолжает расширяться, и по выходе из лопаток давление его падает до противодавления среды Следовательно, в этом случае преобразование внутренней энергии пара в кинетическую происходит в соплах лишь частично и заканчивается уже на турбинном колесе в расширяющихся каналах межлопаточных пространств.
Относительная скорость течения пара вдаль лопатки получается так же, как и в случае схемы рис. 283, разложением абсолютной скорости по направлению окружной скорости и по направлению касательной к поверхности лопатки. Вследствие расширения пара в межлопаточных каналах относительная скорость возрастает от до Пар получает ускорение и поэтому оказывает на лопатку турбины, кроме давления отклонения струи, еще давление реакции струи.
Реактивные турбины часто называют турбинами избыточного давления.
Для обеспечения наибольшего к. п. д. надо, чтобы окружная скорость и лопаток турбины составляла в случае активной турбины примерно половину скорости выхода пара из сопла, а в случае реактивной турбины окружная скорость
должна быть почти равна скорости выхода пара. Более точно: для активной турбины надо, чтобы а для реактивной угол входа а выбирается возможно более малым, и поэтому значения не сильно разнятся от единицы.
Даже при использовании средних перепадов давлений абсолютные скорости истечения пара из сопла получаются порядка (это много более, чем скорость пули). Окружная скорость диска активной турбины должна была бы, следовательно, составлять примерно Такой окружной скорости при диаметре рабочего колеса в соответствуют 11,5 тыс. оборотов вала в 1 мин. В целях понижения числа оборотов турбины без ущерба для к. . п. д. расчленяют работу пара на несколько ступеней.
В однодисковой турбине вес процесс преобразования внутренней энергии в кинетическую осуществляется при помощи одного ряда направляющих аппаратов, расположенных перед рабочим диском. Введением ступеней давления: разбивают превращение внутренней энергии в кинетическую на несколько этапов. Достигается это; тем, что за первым рядом направляющих аппаратов и первым рабочим диском устанавливают второй; ряд аппаратов и второй рабочий: диск и т. д. (рис. 285). В такой; многоступенчатой турбине в каждом ее рабочем колесе используется лишь часть всего располагаемого перепада давлений, следующая часть его используется во второй ступени и т. д.
Рис. 285. Схема многоступенчатой турбины.
Рис. 286. Тепловые балансы ТЭС и теплоцентрали.
Ступени давления, введенные Парсонсом, допускают работу пара на лопатках и по активному и по реактивному принципам.
В активных турбинах применяют еще другой способ понижения числа оборотов турбины, введенный Кертиссом, - ступени скорости. При применении ступеней скорости отдача кинетической энергии производится паром не в одном рабочем диске, а в нескольких. Пар по выходе из лопаток первого диска поступает на неподвижные промежуточные направляющие лопатки. Назначение последних - изменить направление движения пара для возможности его входа на лопатки второго вращающегося диска с целью дальнейшей этдачи там части кинетической энергии. За вторым рабочим диском следуют опять направляющие лопатки и т. д.
Высокое начальное давление пара и относительно высокий вакуум в конденсаторе обеспечивают паровым турбинам сравнительно высокий к. п. д., достигающий (по отношению к энергии топлива, расходуемого в котле) 25-28%. Удельный расход пара, составляющий в поршневых машинах 8 и более пара в час на в паровых турбинах равен в час.
Мощные паровые турбины строят с большим числом ступеней (16-40); общее число лопаток в колесах турбины исчисляется несколькими тысячами; вес турбины составляет на 1 л. с. мощности. Роторы турбин на 100 тыс. делающие 3000 об/мин, весят около
На тепловых электростанциях (ТЭС) вода, охлаждающая конденсатор, нагревается на 15-30° и уносит более половины тепла. Чтобы использовать часть этого тепла для теплоснабжения жилых домов, фабрик и заводов, часто вместо ТЭС строят теплоцентрали, где в турбинах не весь пар срабатывается до предельно низкого давления, а часть его отбирается с давлением для подогрева воды в целях теплофикации. На рис. 286 сопоставлены тепловые балансы ТЭС и теплоцентрали.
Использование: Полезная модель относится к области теплоэнергетики и предназначена для охлаждения и утилизации отработанного пара турбин в паросиловых установках, тепловых и атомных электростанций. Сущность: система охлаждения отработанного пара паровых турбин содержит конденсатор, первый вход и первый выход которого подключены, соответственно, к подающему каналу отработанного пара паровых турбин 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. Полезная модель позволяет создать систему охлаждения отработанного пара паровых турбин, обеспечивающую повышение надежности ее функционирования за счет организации на базе теплового насоса предвключенной стадии системы охлаждения по отношению к базовой системе охлаждения, реализуемой на основе конденсатора, кроме того позволяет понизить температуру на входе в конденсатор турбины и, соответственно, уменьшить уровень теплового загрязнения природных источников водопользования до уровня экологических норм.
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).
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 3 /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.
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 3 ox .
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 1 гор не ниже 250°С, в качестве которого могут быть использованы: водяной пар, горячие продукты сгорания топлива или горячий
воздух. Охлажденный источник с температурой t 2 гор сбрасывается в технологическую схему электростанции для дальнейшего использования.
Теплота, внесенная в теплообменник-регенератор 11 с горячим источником, передается также нагреваемой в нем воде, поступающей от потребителя, от температуры t 1 пот до температуры t 2 пот. 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 3 ox .
Таким образом, тепловой насос, работая по принципу термохимического компрессора, отнимает теплоту у низкопотенциального источника - охлаждающей воды, понижая ее температуру от t 1 ox до t 3 ox , и передает ее более высокопотенциальному источнику, нагревая его от t 1 пот до t 2 пот, 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.
Выход охлаждающей воды из конденсатора 1 также не имеет связи с тепловым насосом 2, при этом нагретая в конденсаторе 1 вода с температурой t 2 ох сбрасывается в природный источник водопользования 8.
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 3 ох 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 2 пот.
Формула полезной модели
1. Система охлаждения отработанного пара паровых турбин, содержащая конденсатор, первый вход и первый выход которого подключены, соответственно, к подающему каналу отработанного пара паровой турбины 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, 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.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что на участке напорного трубопровода охлаждающей воды между точками подсоединения линий подачи и отвода первого теплообменника установлен регулирующий клапан.
In order to provide you with the best online experience this website uses cookies. Delete cookies
In order to provide you with the best online experience this website uses cookies.
By using our website, you agree to our use of cookies.
Information cookies
Cookies are short reports that are sent and stored on the hard drive of the user"s computer through your browser when it connects to a web. Cookies can be used to collect and store user data while connected to provide you the requested services and sometimes tend not to keep. Cookies can be themselves or others.
There are several types of cookies:
- Technical cookies that facilitate user navigation and use of the various options or services offered by the web as identify the session, allow access to certain areas, facilitate orders, purchases, filling out forms, registration, security, facilitating functionalities (videos, social networks, etc..).
- Customization cookies that allow users to access services according to their preferences (language, browser, configuration, etc..).
- Analytical cookies which allow anonymous analysis of the behavior of web users and allow to measure user activity and develop navigation profiles in order to improve the websites.
So when you access our website, in compliance with Article 22 of Law 34/2002 of the Information Society Services, in the analytical cookies treatment, we have requested your consent to their use. All of this is to improve our services. We use Google Analytics to collect anonymous statistical information such as the number of visitors to our site. Cookies added by Google Analytics are governed by the privacy policies of Google Analytics. If you want you can disable cookies from Google Analytics.
However, please note that you can enable or disable cookies by following the instructions of your browser.
- 1134. В каком случае жидкое распыленное топливо в цилиндре двигателя внутреннего сгорания обладает большей внутренней энергией: к концу такта всасывания или к концу такта...
- 1135. Почему температура газа в двигателе внутреннего сгорания в конце такта «рабочий ход» ниже, чем в начале этого такта?№1135. В начале такта “рабочий ход” нагретые газ...
- 1136. Почему в паровой турбине температура отработанного пара ниже, чем температура пара, поступающего к лопаткам турбины?№1136. Температура отработанного пара в турбинах...
- 1137. Зачем в цилиндры дизельного двигателя (двигателя с воспламенением топлива от сжатия) жидкое топливо подается в распыленном состоянии? Ответ из учебника(задачника):...
- 1138. Во время каких тактов закрыты оба клапана в четырехтактном двигателе внутреннего сгорания?№1138. Оба клапана в четырехтактном двигателе внутреннего сгорания закрыты...
- 1139. Отражается ли неполное сгорание топлива в двигателе внутреннего сгорания на его КПД; на окружающей среде?№1139. КПД уменьшается, окружающая среда засоряется. Ответ...
