способ увеличения коэффициента полезного действия паротурбинной установки

Формула изобретения

Способ увеличения КПД паротурбинной установки путем использования тепла отработавшего в турбине пара, отличающийся тем, что поток отработавшего в турбине пара подают в одну либо несколько вихревых труб, где разделяют на холодный и горячий потоки, первый из которых, сконденсировавшийся в вихревой трубе, сливают в конденсатосборник, а последний отводят в теплообменник регенерации турбины, где его конденсируют и сливают в конденсатосборник.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетике, в частности к устройствам конденсации пара в паротурбинных установках.

Целью изобретения является увеличение коэффициента полезного действия (КПД) паротурбинной установки за счет уменьшения потерь тепла отработавшего пара, уносимого охлаждающей водой в конденсаторе турбины.

На работающих в настоящее время по циклу Ренкина паротурбинных установках тепловых и атомных электростанций обязательным элементом является конденсатор турбины, в котором происходит конденсация отработавшего пара. Конденсатор представляет собой регенеративный теплообменник поверхностного типа, в котором нагреваемым элементом является циркулярная вода. Она забирает тепло отработавшего пара в количестве, необходимом для конденсации последнего, и отдает это тепло окружающей среде либо в градирнях, либо в прудах - охладителях. Таким образом, налицо потери тепла паротурбинных установок с охлаждающей водой. Эти потери достигают 45^oC50% [1]

Известен способ конденсации пара в регенеративных поверхностных конденсаторах при использовании в качестве охлаждающего тепла атмосферного воздуха, осуществляемый при наличии достаточного перепада температур наружного воздуха и пара [2] При этом способе воздухе, нагреваясь от отработавшего пара, аккумулирует тепло в специальных тепловых аккумуляторах, из которых тепло в нужный момент возвращается обратно в цикл паротурбинной установки. Указанный способ хотя и уменьшает потери тепла в окружающую среду, однако лишь при наличии перепада температур между паром, а также используется лишь часть трубных пучков конденсатора.

От перечисленных недостатков частично свободен другой способ, заключающийся в том, что через часть трубного пучка конденсатора турбины проходит холодный природный газ, который нагревается и подается в топку парового котла [3] По этому способу природный газ сначала разделяется в вихревой трубе на горячий и холодный потоки. Горячий газ подается прямо в топку котла, а холодный сначала нагревается в конденсаторе турбины, и только после этого подается в котел.

Но данный способ тоже имеет свои недостатки, т.к. его можно использовать при наличии газомазутных котлов, а также тепло, отбираемое газом у отработавшего в турбине водяного пара, недостаточно для полной конденсации последнего. Поэтому в конденсаторе турбины для нагрева газа используется лишь часть трубного пучка, а через остальные трубки протекает циркуляционная вода.

Сущность изобретения заключается в следующем. Поток отработавшего в турбине пара последних ступеней цилиндра низкого давления подают в вихревую трубу, где он приобретает вихревое (винтовое) движение. В результате этого движения возникает эффект Ранка и поток пара разделяется на два потока холодный и горячий. При своем движении внутри вихревой трубы холодный поток пара конденсируется и полученный конденсат сливают в конденсатосборник. Горячий поток подают в теплообменник системы регенерации турбины, где он отдает свое тепло основному конденсату после конденсатных наносов, кондесируется и смешивается с основным конденсатом.

При больших перепадах разряжений между паром в выхлопном патрубке турбины и кондесатосборнике возможно применение нескольких вихревых труб, включенных последовательно. Тогда холодный поток пара, выходящий из первой вихревой трубы, подают на вход следующей трубы. Полная конденсация происходит в последней вихревой трубе данного каскада последовательно включенных труб.

В случае большого расхода отработавшего в турбине пара возможна установка нескольких параллельных каскадов последовательно включенных вихревых труб.

Данный способ может быть реализован в устройстве, схема которого показана на чертеже.

Отработавший в турбине пар поступает в выхлопной патрубок турбины 1, откуда по вводным трубам 2 его подают к соплам 3, установленным тангенциально в вихревой трубе 4. В этой трубе поток пара приобретает винтовое движение, в результате которого происходит перераспределение температур по ширине потока. Более холодные слои находятся ближе к центру трубы, а более горячие ближе к стенке. Двигаясь по спирали, поток пара удаляется в длительный конус 5, и в результате этого горячий поток проходит в фиксированный зазор между корпусом трубы и по паропроводу 6 его подают в поверхностный теплообменник регенерации турбины. Холодные слои парового потока после удара о конус двигаются вдоль центра трубы в обратном направлении, конденсируются при своем движении, и полученный конденсат через трубопровод 7 сливают в расширитель 8. В расширителе конденсат за счет эффекта Джоуля-Томпсона дополнительно переохлаждается и попадает в конденсатосборник 9, откуда подается на всас конденсатных насосов. В расширитель, кроме того, через трубу 10 заведен слив конденсата горячего потока пара теплообменника регенерации турбины и прочие необходимые потоки. Удаление газов и воздуха от присосов происходит через трубу 11 с помощью эжекторов. Конденсат и конденсатосборник отделен от отработавшего в турбине пара с помощью непроницаемой перегородки 12.

Предлагаемый способ позволит увеличить КПД паротурбинной установки, т.е. увеличить мощность турбины при уменьшении количества сжигаемого в котле топлива, увеличить надежность работы паровой турбины, т.к. исключается возможность аварийного останова турбины из-за срыва вакуума в конденсаторе в результате отключения циркуляционных насосов; улучшить качество питательной воды, т.к. исключается возможность попадания самой воды в линию основного конденсата турбины в результате разрыва конденсационных трубок; уменьшить трудоемкость обслуживания паротурбинных установок и, кроме того, применение данного способа позволит уменьшить тепловое загрязнение окружающей среды, т. к. практически все тепло пара будет использоваться в цикле паротурбинной установки.