Бінарна паротурбінна установка з комбінованим паропаровим циклом

Бінарна паротурбінна установка з комбінованим паропаровим циклом, що складається з першого контуру, що включає пароперегрівник, з'єднаний з першою турбіною з протитиском водяної відпрацьованої пари, вихлоп якої виведений на вхід компресора, приєднаного виходом до пароперегрівника, а також - із другого контуру, що складається з паропроводу добору частини вихлопу першої турбіни, приєднаного до другої турбіни низького тиску, вихлоп якої з'єднаний через конденсатор з живильним насосом, підключеним до компресора, яка відрізняється тим, що згаданий компресор виконаний у вигляді струминного компресора, що містить у замкнутому по воді циркуляційному контурі сепаратор, насос, теплообмінник регенерації тепла і струминний апарат, вихід якого з'єднаний із сепаратором, активне сопло з виходом насоса, підключеного входом до сепаратора, а пасивне сопло виведене на вхід струминного компресора, причому теплообмінник регенерації тепла встановлений на паропроводі, що з'єднує вихлоп першої турбіни з входом струминного компресора між виходом насоса і активним соплом струминного апарата, а пароперегрівник оснащений нагрівачем конденсату, який установлено на трубопроводі подачі конденсату між живильним насосом і сепаратором струминного компресора. Корисна модель відноситься до теплоенергетики і може бути використана для перетворення енергії в теплоелектрогенеруючих установках з паротурбінними і парогазотурбінними двигунами. Відома енергетична установка, що складається зі струминного апарата з патрубком робочого інжектированого і стисливого середовищ, підключених відповідно до трубопроводів первинної води, пари і розширника (сепаратора). [Див., наприклад, опис винаходу по авторському посвідченню СРСР №1590567, кл. F01K17/00, 1990р.] Особливість цієї установки полягає в тому, що для підвищення економічності в ній використовується активний струмінь закипаючої води для інжектирування пари низького тиску і стиску суміші середовищ (вологої пари) у струминному апараті перед входом у сепаратор. її недоліком є те, що активний струмінь закипаючої води використовується тільки в незамкнутому контурі. Відома бінарна паротурбінна установка з комбінованим паропаровим циклом, що складається з високотемпературного (першого) контуру, що включає пароперегрівник, з'єднаний з першою турбіною з протитиском відпрацьованої водяної пари, вихлоп якої виведений на вхід турбокомпресора, приєднаного виходом до пароперегрівника, а також з низькотемпературного (другого) контуру, що включає паропровід відбору частини вихлопу першої турбіни, приєднаний до другої турбіни низького тиску, вихлоп якої з'єднаний через конденсатор з живильним насосом, який підключений до входу турбокомпресора, причому в першому контурі між турбокомпресором і пароперегрівником установлений теплообмінник регенерації тепла вихлопної пари першої турбіни для підігріву стиснутої в турбокомпресорі пари перед пароперегрівником [див. Андрющенко А.И. Основи термодинаміки циклів теплоенергетичних установок. - М.: Высш.шк., 1968, с.191-192, мал.5.7]. По представленому в згаданій заявці комбінованому паропаровому циклові для середнього фахівця - теплотехніка нескладно відтворити схему установки, що і показано на Фіг.1 креслень даної заявки. ю со < 7651 Робота відомої установки заснована на реалізації в першому контурі (послідовно з'єднані пароперегрівник 1, перша турбіна 2, теплообмінник З регенерації тепла і турбокомпресор 4) цикли газотурбінної установки на перегрітій водяній парі з регенерацією тепла qper між вихлопною парою першої турбіни і стиснутою у турбокомпресорі парою, передачі тепла, що відводиться з першого циклу, у другий цикл у виді відбору do (паропровід 5 відбору) частини вихлопу першої турбіни, реалізації в другому контурі (послідовно з'єднані друга турбіна 6, конденсатор 7 і живильний насос 8) циклу конденсаційної паротурбінної установки на насиченій водяній парі і поверненні відбору пари do (трубопровід 9 подачі) у виді відпрацьованого конденсату у перший контур шляхом його подачі (упорскування) на вхід турбокомпресора В описаній і прийнятій як прототип установці і у тієї, котра заявляється існують наступні подібні ознаки перший контур, що включає пароперегрівник, з'єднаний з першою турбіною, із протитиском водяної пари, вихлоп якої виведений на вхід компресора, приєднаного виходом до пароперегрівника, другий контур, що складається з паропроводу відбору частини вихлопу першої турбіни, приєднаного до другої турбіни низького тиску, вихлоп якої з'єднаний через конденсатор з живильним насосом, підключеним до компресора Недоліками відомої установки є низький рівень внутрішнього к к д циклу першого контуру через високе значення відносної роботи стиску (Ik/qi) пари в турбокомпресорі, обумовленого, по-перше, граничною регенерацією тепла вихлопної пари і тому зменшенням підводимого в пароперегрівнику тепла qi і, по-друге, підвищеними необоротними втратами в процесі стиску вологої пари в турбокомпресорі і тому збільшенням роботи Ik, а також високий рівень питомих капітальних вкладень через необхідність компенсувати зростання відносної роботи стиску (Ik/qi) шляхом значного підвищення температури перегрітої пари, що веде до ускладнення конструкції і підвищенню вартості основного устаткування установки Відомо, [1, стор15, 181], що внутрішній к к д циклу, що визначає ефективність теплоенергетичної установки к д е т е р м і ч н и й К К Д циклу Л{ =1-Т 2 /Т 1 Т2/Т| - середньотермодинамічні температури підведення і відводу тепла, ЛОІ'ЛОІ • ВІДНОСНІ внутрішні к к д турбіни і тур бокомпресора Підвищення регенерації тепла збільшує термічний к к д циклу T|t за рахунок зростання температури Ті і зниження температури Т 2 , але одночасно збільшує і відносну роботу стиску (Ik/qi) за рахунок зменшення підводимого тепла qi у пароперегрівнику При високому ступені регенерації тепла, характерної для відомої установки, і значному зниженні відносного внутрішнього к к д турбокомпресора гід, у процесі стиску вологої пари (згідно ДОСЛІДНИМ даним, підвищення вологості водяної пари на 1% поблизу кривої конденсації знижує к к д "По, приблизно на 1%) переважною є друга складова в приведеній залежності для внутрішнього к к д т), Для реалізації циклу відомої установки необхідно підвищити вологість стисливої пари за рахунок вприскування відпрацьованого конденсату із другого контуру в турбокомпресор до рівня 10-20%, що визначає істотне зниження к к д турбокомпресора г^, зростання роботи турбокомпресора Ik і, отже, підвищення відносної роботи стиску (Ik/qi), а значить - зниження внутрішнього к к д т|, циклу і зростання рівня питомих капітальних вкладень В основу корисної моделі покладена задача створити бінарну паротурбінну установку з комбінованим паропаровим циклом, що володіє підвищеним внутрішнім к к д і невисокими питомими капітальними витратами за рахунок технічного результату, що полягає в створенні бінарної паротурбінної установки активного струменя закипаючої води для інжектирування пари низького тиску і стиску суміші середовищ (вологої пари) у струминному апараті перед входом у сепаратор Цей технічний результат забезпечується тим, що в бінарній паротурбінній установці з комбінованим паропаровим циклом, що складається з першого контуру, що включає пароперегрівник, з'єднаний з першою турбіною з протитиском відпрацьованої водяної пари, вихлоп якої виведений на вхід компресора, приєднаного виходом до перегрівника, а також - із другого контуру, що включає паропровід відбору частини вихлопу першої турбіни, приєднаний до другої турбіни низького тиску, вихлоп якої з'єднаний через конденсатор з живильним насосом, який підключено до компресора, - ВІДПОВІДНО до винаходу, згаданий компресор виконаний у виді струминного компресора, що містить у замкнутому по воді циркуляційному контурі сепаратор, насос, теплообмінник регенерації тепла і струминний апарат, вихід якого з'єднаний із сепаратором, активне сопло з виходом циркуляційного насоса, підключеного входом до сепаратора, а пасивне сопло виведене на вхід струминного компресора, причому теплообмінник регенерації тепла встановлений на паропроводі, що з'єднує вихлоп першої турбіни з входом струминного компресора, і включений у циркуляційний контур струминного компресора між виходом циркуляційного насоса й активним соплом струминного апарата, а пароперегрівник оснащений нагрівачем конденсату, який установлено на трубопроводі подачі конденсату між живильним насосом і сепаратором струминного компресора Між відзначними ознаками і досягнутим технічним результатом, що досягається, існує причинно-наслідковий зв'язок Основною особливістю циклу газотурбінної установки на перегрітій водяній парі, реалізованій у першому контурі відомої бінарної паротурбінної установки, є високе значення відносної роботи стиску (Ik/qi) і тому надзвичайна чутливість цього циклу до необоротних втрат у процесі стиску вологої пари ВІДМІННІСТЮ пропонованої установки є включення в її принципову схему струминного компресора, що складається із сепаратора, насоса, теп 7651 лообмінника регенерації тепла, і струминного апарата з одночасним оснащенням пароперегрівника нагрівачем конденсату, який установлено на трубопроводі подачі конденсату між живильним насосом і сепаратором струминного компресора. З цієї причини зниження енерговитрат на стиск за рахунок застосування струминного компримирування, що передбачає циркуляцію практично нестисливої води з малою роботою подачі, і додаткового підведення енергії у формі тепла регенерації q p e r до струминного компресора значно зменшують відносну роботу стиску, підвищують внутрішній к.к.д. циклу й ефективність усієї бінарної паротурбінної установки навіть в області помірних параметрів перегрітої пари при невисоких капітальних вкладеннях. Однак, це може бути досягнуто тільки при визначеному, описаному вище, конструктивному виконанні струминного компресора, а саме, у виді циркуляційного контуру, коли стиск вологої пари здійснюється не в лопатковому апараті, як у турбокомпресорі відомої установки, а активним струменем закипаючої води і тільки при додатковому підведенні енергії у формі тепла регенерації qper, використовуваної не для підігріву стиснутої в турбокомпресорі пари перед пароперегрівником, як у відомій установці, а для підігріву води циркуляційного контуру перед активним соплом струминного компресора, що передбачено відмітною частиною формули корисної моделі. Тільки при виконанні цих умов одночасно поставлена у винаході задача може бути вирішена, і зазначений вище технічний результат буде досягнутий. Крім того, додаткове підведення енергії до струминного компресора шляхом підігріву конденсату, що повертається в перший контур, за рахунок оснащення пароперегрівника нагрівачем конденсату, передбаченого відмітною частиною формули корисної моделі, забезпечує додаткове підвищення ефективності роботи струминного компресора, а виходить, сприяє рішенню поставленої у корисній моделі задачі. Заявлена бінарна паротурбінна установка приведена на кресленнях: - на Фіг.1 приведена принципова схема установки, прийнята як прототип; - на Фіг.2 - принципова схема установки, виконана відповідно до корисної моделі, що заявляється; - на Фіг.З проілюстрований комбінований паропаровий цикл установки в T,S - координатах. Установка включає пароперегрівник 1, з'єднаний паропроводом 2 подачі пари з входом першої турбіни 3, вихід якої за допомогою паропроводу 4 вихлопу першої турбіни через теплообмінник 5 регенерації тепла виведений на вхід струминного компресора 6 (на схемі струминний компресор виділений штриховою лінією) і з'єднаний з пасивним соплом 7 струминного апарата 8. Струминний компресор 6 містить у замкнутому по воді циркуляційному контурі струминний апарат 8, вихід якого з'єднаний із сепаратором 9, а активне сопло 10 через теплообмінник 5 регенерації тепла зв'язано з виходом циркуляційного насоса 11, приєднаного входом до сепаратора 9, вихід якого виведений до пароперегрівника 1. Паропровід 12 відбору частини вихлопу першої турбіни 3 з'єднує паропровід 4 на виході з теплообмінника 5 регенерації тепла з входом другої турбіни 13 низького тиску, вихлоп якої через конденсатор 14 приєднаний до входу живильного насоса 15. Нагрівач 16 конденсату, встановлений у пароперегрівнику 1, трубопроводом 17 подачі конденсату з'єднаний виходом із сепаратором 9 струминного компресора 6, а входом - з виходом живильного насоса 15. Установка працює таким чином. Перегріта на пароперегрівнику 1 водяна пара з заданими робочими параметрами (температура t i , тиск Рі) надходить по паропроводу 2 у першу турбіну 3 із протитиском вихлопної пари Рг, з якого відпрацьована пара по паропроводу 4 подається в теплообмінник 5 регенерації тепла для підігріву циркуляційної води струминного компресора 6. Основна частина відпрацьованої пари після теплообмінника 5 регенерації тепла спрямовується на вхід струминного компресора 6 до пасивного сопла 7. Циркуляційний насос 11 відкачує із сепаратора 9 насичену при тиску Рі з температурою thi(Pi) воду і через теплообмінник 5 регенерації тепла, де здійснюється її нагрів теплотою qper, подає в активне сопло 10 для інжектирування основної частини відпрацьованої пари через пасивне сопло 7, стиску суміші середовищ (вологої пари) у струминному апараті 8 і подачі її при тиску стиску р1 у сепаратор 9, з якого відокремлювана суха пара спрямовується в пароперегрівник 1, а насичена вода відкачується циркуляційним насосом 11 у циркуляційний контур для подачі в активне сопло 10 через теплообмінник 5 регенерації тепла. Таким чином, замикається цикл першого контуру установки. Відбірна частина do вихлопної пари першої турбіни 3 у кількості, що забезпечує постійність витрати насиченої води в циркуляційному контурі струминного компресора 6 при заданому режимі роботи установки, по паропроводу 12 надходить у другу турбіну 13 низького тиску. Відпрацьована вихлопна пара другої турбіни 13 спрямовується в конденсатор 14, де теплота q2, що відводиться з комбінованого паропарового циклу передається в навколишнє середовище. Живильний насос 15 відкачує водяний конденсат і по трубопроводу 17 подає його через нагрівач 16 конденсату в сепаратор 9 струминного компресора 6 у кількості відбору do при тиску Рі і температурі tbi(Pi). Таким чином, замикається цикл другого контуру установки. Роботу установки можна проілюструвати комбінованим паропаровим циклом у T,S - координатах (Фіг.З). У першому контурі реалізується цикл 1-2-а-З-к4-1, складений із процесів: підведення тепла qi у пароперегрівнику (4-1), розширення пари в першій турбіні (1-2), відвід тепла регенерації q p e r (2-а) в умовному процесі стиску вологої пари (к-4), процес зсуву в струминному компресорі (а-3-к). Теплота, що відводиться з першого циклу, віддається в другий цикл у виді відбірної частини do вихлопної пари першої турбіни і тому другий цикл а-в-с-е-а приведений у відповідно зменшеному масштабі: розширення відбірної частини пари у другій турбіні (а-в), конденсація відпрацьованої пари (в-с) підведення теплоти do qi у нагрівачі конденсату (с-е), умовний процес паротворення і змішання в струминному компресорі (е-а). 8 7651 Параметри комбінованого паропарового циклу установки, включаючи величини відбирної частини do вихлопної пари першої турбіни, її протитиск Р2, ступінь регенерації тепла q p e r у струминному компресорі, а також характеристики струминного компресора, вибирають із урахуванням досягнення мінімальної відносної роботи стиску (lk/qi) пари, що відповідає максимальному значенню внутрішнього к.к.д. г|, циклу. У таблиці приведений приклад очікуваних розрахункових показників пропонованої установки і зіставлення з показниками прототипу при виконанні умови постійності підводимої теплоти qi у першому циклі і відбірній частині do вихлопної пари першої турбіни. Таблиця Показники пропонованої установки 700 10 485 3 0,04 0,85 0,75 0,56 0,13 143 10 0,14 0,48 0,85 0,75 0,74 0,13 657 17 0,58 0,37 £ З таблиці видно, що навіть при значно більш низькій температурі підведення тепла qi у першому циклі в пропонованій установці за рахунок зниження відносної роботи стиску (lk/qi) пари досягається істотне підвищення внутрішнього к.к.д. і комбінованого паропарового циклу. Пропонована установка має явні переваги за габаритними пока Комп'ютерна верстка Д. Шеверун Показники прототипу 400 10 485 3 0,04 Найменування параметрів Параметри робочої пари -температура ti,°C -тиск Р-і, бар Підведена в першому циклі теплота q,, кДж/кг Протитиск першої турбіни Р2, бар Тиск відпрацьованої пари у конденсаторі Рв, бар Відносний внутрішній к к д турбіни „' - першого контуру - другого контуру Відносний внутрішній к к д турбокомпресоравологої пари Ексергетичний к к д струминного компресора ек Частина вихлопної відбірної пари першої турбіни d 0 Теплота регенерації qper, кДж/кг Мінімальний температурний напір у регенераторі m m Відносна робота стиску першого контуру (lk/q-i) Внутрішній к к д комбінованого паропарового циклу , зниками і вартості теплообмінника регенерації тепла, що випливає з зіставлення величини q p e r порівнюваних варіантів. За рахунок підвищення ефективності, спрощення конструкції і зменшення вартості устаткування в пропонованій установці досягається зниження питомих капітальних вкладень. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної' власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601