Установка для утилізації відпрацьованого пару турбін виробництва аміаку

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к тепломеханическому оборудованию, конкретно к установке для утилизации отработанного пара приводных турбин компрессоров: технологического газа, технологического воздуха, аммиака, синтез - газа и питательных турбонасосов. Наиболее близким из известных заявителю является установка для утилизации отработанного пара турбин производства аммиака, содержащая приводную паровую турбину, подогреватели-конденсаторы воздушного охлаждения отработанного пара, а также трубопроводы рабочего и отработанного пара [Хараз Д. И., Псахис Б. И. Пути использования вторичных энергоресурсов в химических производствах. - М.: Химия, 1984. - С. 102-103]. Данное решение выбрано в качестве прототипа. Общим у заявляемого изобретения и прототипа является наличие: приводной паровой турбины; конденсатора воздушного охлаждения; трубопровода рабочего пара; трубопровода отработанного пара. Однако установка по прототипу обеспечивает утилизацию только части отработанного пара для подогрева сырой и очищенной воды в системе химической водоочистки предприятия и некоторых других потребителей. Использование всего отработанного пара для теплоснабжения практически невозможно вследствие ограниченности теплового потребления в зоне предприятия (по сравнению с выходом тепла с отработанным паром турбин) и низкой температуры отработанного пара 68°С. При этом воду можно нагреть только до 60°С. На установке по прототипу невозможно получить электроэнергию. В основу изобретения поставлена задача в установке для утилизации отработанного пара турбин производства аммиака за счет дополнительного снабжения ее турбиной мятого пара, конденсатором водяного охлаждения, а также подключения к турбине мятого пара и приводной паровой турбине приводимых механизмов обеспечить повышение эффективности использования отработанного пара за счет дополнительного получения электроэнергии. Поставленная задача решается в установке для утилизации отработанного пара турбин производства аммиака, содержащей приводную паровую турбину, конденсатор воздушного охлаждения, трубопроводы рабочего и отработанного пара, тем, что она дополнительно снабжена турбиной мятого пара, соединенной на входе трубопроводом отработанного пара приводной паровой турбины параллельно с конденсатором воздушного охлаждения и конденсатором водяного охлаждения на выходе, причем конденсатор воздушного охлаждения соединен трубопроводом слива конденсата через конденсатосборник конденсатора воздушного охлаждения с конденсатосборником конденсатора водяного охлаждения, при этом турбина мятого пара и приводная паровая турбина снабжены приводимыми механизмами. В качестве приводимого механизма турбины мятого пара установка содержит электрогенератор, а в качестве приводимого механизма приводной паровой турбины - питательный насос или компрессор. Новым в заявляемой установке является наличие турбины мятого пара, конденсатора водяного охлаждения с конденсатосборником, а также схемное соединение новых и известных элементов установки. Новым также является снабжение турбины мятого пара приводимым механизмом (электрогенератором). Причинно-следственную связь между совокупностью заявляемых признаков и достигаемым результатом можно объяснить следующим. Заявляемая установка предназначена для утилизации отработанного пэра в производстве аммиака. Например, на Одесском припортовом заводе на агрегате производства аммиака давление отработанного пара основных приводных турбин (компрессоров и питательных трубонасосов) составляет 0,3 ата. Учитывая это, целесообразно использовать потенциальную энергию этого пара при расширении его до 0,04 ата с получением дополнительной мощности для привода электрогенератора. Это достигается введением в заявляемую установку турбины мятого пара с электрогенератором. Для Одесского припортового завода потребляемая мощность составляет 40 МВт. Турбины мятого пара в цикле производства аммиака при подаче в них 190-200 т/ч отработанного пара приводных турбин одного агрегата смогут обеспечить мощность 7-8 МВт, а для двух агрегатов 14-16 МВт. Это составляет 35% от необходимой для завода. При этом 35% электроэнергии может быть выработано без дополнительных затрат топлива, увеличивается надежность электроснабжения вследствие уменьшения зависимости от внешнего источника. Конденсатор воздушного охлаждения с конденсатосборником находятся в резерве. Они могут быть использованы на случай возникновения неполадок в работе турбины мятого пара или конденсатора водяного охлаждения. Если такие неполадки возникнут, отработанный пар будет охлаждаться в конденсаторе воздушного охлаждения, а конденсат через конденсатосборник конденсатора воздушного охлаждения будет сбрасываться в конденсатосборник конденсатора водяного охлаждения, а затем выводиться из установки. На чертеже представлена заявляемая установка для утилизации отработанного пара турбин производства аммиака. Установка содержит приводную паровую турбину 1, к которой подключен приводимый механизм 2 (питательный насос или компрессор). К приводной паровой турбине 1 подключены трубопровод рабочего пара 3 и трубопровод отработанного пара 4 (приводной паровой турбины 1). Трубопровод отработанного пара 4 соединяет приводную паровую турбину 1 с конденсатором воздушного охлаждения 5. Конденсатор воздушного охлаждения 5 посредством трубопровода слива конденсата 6 подключен к конденсатосборнику 7 с регулятором уровня конденсата 8. Посредством трубопровода отработанного пара 4 приводная паровая турбина 1 параллельно соединена на входе с турбиной мятого пара 9, снабженной приводным механизмом 10 (в заявляемой установке это электрогенератор). Турбина мятого пара 9 на выходе непосредственно соединена с конденсатором водяного охлаждения 11, имеющим конденсатосборник 12. Конденсаторсборник 12 снабжен регулятором уровни 14 и соединен с конденсатосборником 7 конденсатора воздушного охлаждения 5, а также с конденсатным насосом 13, который снабжен трубопроводом 15 подачи конденсата на химическую водоочистку (ХВО). Установка также снабжена дополнительным трубопроводом 16 для подвода конденсата от других турбин. Установка работает следующим образом. В приводную паровую турбину 1 от паровых котлов (на чертеже не показаны) по трубопроводу рабочего пара подается пар. После приводной паровой турбины 1 отработанный пар с давлением 0,3 ата по трубопроводу отработанного пара 4 подается в турбину мятого пара 9. Одновременно по трубопроводу отработанного пара 4 пар поступает в конденсатор воздушного охлаждения 5 под давлением 0,3 ата. Конденсатор воздушного охлаждения 5 подключен к турбине мятого пара 9 параллельно и находится в резерве и предназначен для включения в работу в необходимых случаях, например при неполадках в работе турбины мятого пара 9 или конденсатора водяного охлаждения 11. Поэтому для уменьшения конденсации пара в конденсаторе воздушного охлаждения 5 вентиляторы остановлены, а жалюзи закрыты (вентиляторы и жалюзи на чертеже не показаны). Незначительное количество пара конденсируется и по трубопроводу слива конденсата 6 поступает в конденсатосборник 7 конденсатора воздушного охлаждения 5, Уровень конденсата в конденсатосборнике 7 регулируется регулятором уровня конденсата 8. Турбина мятого пара 9 вращает приводимый механизм 10 (электрогенератор). Отработанный пар турбины мятого пара 9 с давлением 0,04 ата поступает в конденсатор водяного охлаждения 11. Конденсат отработанного пара из конденсатора водяного охлаждения 11 и из конденсатора воздушного охлаждения 5 объединяется в конденсатосборнике 12 и оттуда конденсатным насосом 13 подается по трубопроводу подачи конденсата 15 на химическую водоочистку. Рабочий цикл завершен На чертеже показана одна приводная паровая турбина и одна турбина мятого пара. Количество приводных паровых турбин и турбины мятого пара зависит от специфики конкретного производства. Например, на Одесском припортовом заводе на одном агрегате производства аммиака имеется шесть приводных паровых турбин, работающих с конденсацией при давлении отработанного пара 0,3 ата. В связи с этим целесообразно будет установить 5 турбин мятого пара, т. к. на двух приводных паровых турбинах питательных насосов устанавливается одна турбина мятого пара на их общем трубопроводе отработанного пара. Расчет мощности турбин мятого пара и возможная выработка электроэнергии в агрегатах аммиака Одесского припортового завода (ОПЗ). Мощность турбогенератора определяется по формуле: где D - расход мятого пара через турбину, кг/ч; Но - изоэнтропный тепловой перепад при расширении пара в турбине, ккал/кг; hоI - относительный внутренний к.п.д. турбины; hм - механический к.п.д.; hг - к.п.д. генератора. Мощность турбины мятого пара (ТМП), устанавливаемой за турбиной 103JТ (синтез-газ): Nэ 103JT = (45000×58×0,7×0,95×0,95):860= 1917 кВт Мощность турбины мятого пара, устанавливаемой за турбиной 105JT (аммиак): Nэ 105JT = (54100×58×0,7×0,95×0,95):860 = 2304 кВт Мощность турбины мятого пара, устанавливаемой за турбиной 101JT (воздух): Nэ 101JT = (52000×58×0,7×0,95×0.95):860=2215 кВт Мощность турбины мятого пара, устанавливаемой за турбиной 102JT (газ): Nэ 102JT = (20000×58×0,7×0,95×0,95):860 = 852 кВт Мощность турбины мятого пара, устанавливаемой за турбиной 104JT (п.т.н. - питат. турбонасос): Nэ 104JT = (18000×58×0,7×0,95×0,95):860 = 920 кВт Суммарная мощность ТМП для одного агрегата аммиака: Nэ сум = 8208 кВт Суммарная мощность ТМП для двух агрегатов аммиака ОПЗ: Nэ опз = 16416 кВт Возможная выработка электроэнергии всеми ТМП на ОПЗ: Wгод. = Nэ опз× t=16416×8000=131328000 кВт×ч/год t - время непрерывной работы агрегатов аммиака, 8000 ч/год. Стоимость электроэнергии, которую предполагается произвести при реализации изобретения (стоимость 1 кВт×ч = 0,073 грн): Сэ год = 131328000×0,073=9586944,0 грн/год