способ и устройство для конденсации отработавшего пара турбины

Формула изобретения

1. Способ конденсации отработавшего пара турбины, включающий эжектирование и подачу отработавшего пара в конденсатор, его конденсацию в результате теплообмена через теплообменные поверхности с хладоагентом, сбор конденсата в конденсатосборнике, деаэрирование с выделением несконденсированных газов, отличающийся тем, что часть отработавшего пара при давлении Р₀ в количестве n₁ (n₁ - доля от общего количества отработавшего пара) направляется в первичный конденсатор, охлаждаемый оборотной водой, после которого первичный конденсат по конденсатопроводу рабочим насосом при давлении P₁ подается параллельными потоками в N сопел мультиступенчатого эжектора, создавая разрежение в приемных камерах N ступеней мультиступенчатого эжектора, в результате чего в приемную камеру I-й ступени мультиступенчатого эжектора всасывается отработавший пар из паропровода через обратный клапан в количестве (1-n₁) при давлении P₀ , который в диффузоре I-й ступени мультиступенчатого эжектора смешивается с первичным конденсатом, вытекающим из сопла I-й ступени, образуя парожидкостную смесь, давление которой на выходе из диффузора повышается от P₀ до ( значительно меньше, чем давление, создаваемое конденсатным насосом P₁, но больше, чем P₀), в результате чего в диффузоре I-й ступени происходит частичная конденсация пара, после чего парожидкостная смесь при давлении в количестве (1-n₁+n₁/N) поступает в приемную камеру II-й ступени и далее в приемную камеру N-й ступени мультиступенчатого эжектора, где происходят вышеописанные процессы частичной конденсации, повышения давления до и , увеличения массы до 1-n₁+n₁/N и 1 соответственно, после чего при давлении в количестве, равном 1, парожидкостная смесь поступает в цилиндрический расширитель вторичного конденсатора, где происходит резкое снижение скорости парожидкостной смеси, из нее под действием силы тяжести отделяются частицы конденсата, которые выпадают в конический поддон, откуда конденсат подается в систему подготовки подпиточной воды, а несконденсировавшийся пар поступает в вертикальные конденсационные трубы, где происходит процесс конденсации оставшегося пара, образовавшийся конденсат под действием сил тяжести стекает вниз в конический поддон, а несконденсированные газы собираются в полости тороидальной крышки и удаляются в атмосферу через воздушный штуцер, при этом конденсация пара в вертикальных конденсационных трубах осуществляется за счет его охлаждения потоком наружного воздуха, создаваемого вентилятором, обеспечивающего разрежение в воздушном колодце, в результате чего туда направляются горизонтальные потоки наружного воздуха, который далее выбрасывается вверх в атмосферу.

2. Устройство для конденсации отработавшего пара турбины, содержащее паропровод отработавшего пара, соединенный с паровой турбиной, эжектор, конденсатор с теплообменными поверхностями, конденсатосборник, деаэратор, отличающееся тем, что конденсатор включает первичный и вторичный конденсаторы, соединенные параллельными паропроводами отработавшего пара с паровой турбиной, первичный конденсатор соединен конденсатопроводом рабочего конденсата и рабочим насосом с вторичным конденсатором, состоящим из цилиндрического расширителя с коническим днищем, закрытого нижней трубной решеткой, с вертикальными конденсационными трубами, размещенными по ее периферии, таким образом, что центральная окружность нижней трубной решетки выполнена глухой без отверстий, образуя между вертикальными конденсационными трубами вертикальную полость - воздушный колодец, верхняя трубная решетка выполнена в форме кольца, диаметр центрального отверстия которого равен диаметру центральной окружности нижней трубной решетки, при этом верхняя трубная решетка закрыта тороидальной крышкой, вверху центрального отверстия установлен вентилятор, борт цилиндрического расширителя вторичного конденсатора через отверстие соединен с мультиступенчатым эжектором, который состоит из последовательно размещенных по ходу пара и соединенных между собой N ступеней, каждая из которых содержит приемную камеру, сопло и диффузор, соединенные последовательно, при этом сопла всех ступеней соединены параллельно с конденсатопроводом рабочего конденсата, а параллельный паропровод отработавшего пара вторичного конденсатора присоединен к приемной камере I-й ступени мультиступенчатого эжектора через обратный клапан.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к конденсации отработавшего пара после турбин.

Известен способ работы тепловой электрической станции, включающий подачу отработавшего пара в воздушный конденсатор, в котором отъем теплоты пара осуществляется воздухом, подаваемым далее на дутье и воздушное отопление, способ осуществляется в двухсекционном бесконтактном теплообменнике-конденсаторе [патент РФ № 2297543, Мкл. F01K 1/02, 2007].

К недостаткам известного способа и устройства относятся возможность подсоса в конденсат дутьевого воздуха, что повышает газосодержание в конденсате и необходимость размещения поблизости потребителя воздушного отопления, что снижает их эффективность.

Более близким к предлагаемому изобретению является установка для конденсации отработавшего пара паровой турбины, содержащая конденсатор, представляющий собой емкость с поверхностями охлаждения, имеющая подводящие и отводящие трубы хладоагента, бак-конденсатосборник, связанный с конденсатором сливным трубопроводом, паровой эжектор для создания вакуума, центробежно-вихревой деаэратор, диспергирующее устройство, в которой отработавший пар охлаждается за счет теплообмена с хладоагентом через стенки поверхностей охлаждения, после чего из него выделяются несконденсированные газы в центробежно-вихревом деаэраторе [заявка РФ № 2007136595, Мкл. F28B 01/06, 2009].

Основными недостатками известной установки и способа конденсации отработавшего пара паровой турбины являются сложность и громоздкость конструкции, необходимость использования пара для работы эжектора и вытекающий отсюда повышенный расход тепловой энергии и хладоагента в конденсаторе, что снижает эффективность известного способа и устройства.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности конденсации отработавшего пара турбины.

Технический результат достигается тем, что способ конденсации отработавшего пара турбины включает в себя подачу части отработавшего пара при давлении P₀ в количестве n₁ (n₁ - доля от общего количества отработавшего пара) в первичный конденсатор, охлаждаемый оборотной водой, после которого первичный конденсат по конденсатопроводу рабочим насосом при давлении P₁ подается параллельно N потоками в сопла мультиступенчатого эжектора, N ступеней мультиступенчатого эжектора (в каждую ступень мультиступенчатого эжектора подается равное количество первичного конденсата n₁/N), создавая разрежение в приемных камерах N ступеней мультиступенчатого эжектора, в результате чего в приемную камеру 1-й ступени мультиступенчатого эжектора всасывается отработавший пар из паропровода через обратный клапан в количестве 1-n₁ при давлении P₀ , который в диффузоре 1-й ступени мультиступенчатого эжектора смешивается с первичным конденсатом, вытекающим из сопла 1-й ступени, образуя парожидкостную смесь, давление которой на выходе из диффузора повышается от P₀ до ( значительно меньше, чем давление, создаваемое конденсатным насосом P_1, но больше, чем P₀), в результате чего в диффузоре I-й ступени происходит частичная конденсация пара, после чего парожидкостная смесь при давлении в количестве (1-n₁+n₁/N) поступает в приемную камеру II-й ступени и далее в приемную камеру N-й ступени мультиступенчатого эжектора, где происходят вышеописанные процессы частичной конденсации, повышения давления до и , увеличения массы до 1-n₁+n₁/N и 1 соответственно, после чего при давлении в количестве, равном 1, парожидкостная смесь поступает в цилиндрический расширитель вторичного конденсатора, где происходит резкое снижение скорости парожидкостной смеси, из нее под действием силы тяжести отделяются частицы конденсата, которые выпадают в конический поддон, откуда конденсат подается в систему подготовки подпиточной воды, а несконденсировавшийся пар поступает в вертикальные конденсационные трубы, где происходит процесс конденсации оставшегося пара, образовавшийся конденсат под действием сил тяжести стекает вниз в конический поддон, а несконденсированные газы собираются в полости тороидальной крышки и удаляются в атмосферу через воздушный штуцер, при этом конденсация пара в вертикальных конденсационных трубах осуществляется за счет его охлаждения потоком наружного воздуха, создаваемого вентилятором, обеспечивающего разрежение в вертикальной полости воздушного колодца, в результате чего туда направляются горизонтальные потоки наружного воздуха, который далее выбрасывается вверх в атмосферу.

Технический результат достигается также тем, что устройство для конденсации отработавшего пара турбины содержит первичный и вторичный конденсаторы, соединенные параллельными паропроводами отработавшего пара с паровой турбиной, первичный конденсатор соединен конденсатопроводом рабочего конденсата и рабочим насосом с вторичным конденсатором, состоящим из цилиндрического расширителя с коническим днищем, закрытого нижней трубной решеткой с вертикальными конденсационными трубами, размещенными по ее периферии таким образом, что центральная окружность нижней трубной решетки выполнена глухой без отверстий, образуя между вертикальными конденсационными трубами вертикальную полость - воздушный колодец, верхняя трубная решетка выполнена в форме кольца, диаметр центрального отверстия которого равен диаметру центральной окружности нижней трубной решетки, при этом верхняя трубная решетка закрыта тороидальной крышкой, вверху центрального отверстия установлен вентилятор, борт цилиндрического расширителя вторичного конденсатора через отверстие соединен с мультиступенчатым эжектором, который состоит из последовательно размещенных по ходу пара и соединенных между собой N ступеней, каждая из которых содержит приемную камеру, сопло и диффузор, соединенные последовательно, при этом сопла N ступеней соединены параллельно с конденсатопроводом рабочего конденсата, а параллельный паропровод отработавшего пара вторичного конденсатора присоединен к приемной камере I-й ступени мультиступенчатого эжектора через обратный клапан.

На фиг.1 представлена схема материальных потоков и общий вид предлагаемого устройства для конденсации отработавшего пара турбины, на фиг.2 - поперечный разрез вторичного конденсатора, на фиг.3 представлен узел стыковки вертикальных конденсационных труб с нижней трубной доской, на фиг.4 - узел компоновки мультиступенчатого эжектора.

Устройство для конденсации отработавшего пара турбины содержит первичный и вторичный конденсаторы 1 и 2, соединенные параллельными паропроводами отработавшего пара 3 с паровой турбиной (на фиг.1-4 не показана), первичный конденсатор 1 соединен конденсатопроводом рабочего конденсата 4 и рабочим насосом 5 с вторичным конденсатором 2, состоящим из цилиндрического расширителя 6 с коническим днищем 7, закрытого нижней трубной решеткой 8 с вертикальными конденсационными трубами 9, размещенными по ее периферии, таким образом, что центральная окружность 10 нижней трубной решетки 8 выполнена глухой без отверстий, образуя между вертикальными конденсационными трубами 9 вертикальную полость - воздушный колодец 11, верхняя трубная решетка 12 выполнена в форме кольца, диаметр центрального отверстия 13 которого равен диаметру центральной окружности 10 нижней трубной решетки 8, при этом верхняя трубная решетка 12 закрыта тороидальной крышкой 14, вверху центрального отверстия 13 установлен вентилятор 15, борт цилиндрического расширителя 6 вторичного конденсатора 2 через отверстие 16 соединен с мультиступенчатым эжектором (МСЭ) 17, который состоит из последовательно размещенных по ходу пара и соединенных между собой I-й, II-й и III-й ступеней (N=3 принято в качестве примера), каждая из которых содержит приемную камеру 18, сопло 19 и диффузор 20, соединенные последовательно, при этом сопла 19 I-й, II-й и III-й ступеней соединены параллельно с конденсатопроводом рабочего конденсата 3, параллельный паропровод отработавшего пара 3 вторичного конденсатора 2 присоединен к приемной камере I-й ступени 18 мультиступенчатого эжектора 17 через обратный клапан 21.

Предлагаемый способ конденсации отработавшего пара турбины реализуется в предлагаемом устройстве следующим образом. Из паровой турбины (на фиг.1-4 не показана) по параллельному паропроводу 3 часть отработавшего пара при давлении P₀ в количестве n₁ (n ₁ - доля от общего количества отработавшего пара) поступает в первичный конденсатор 1, охлаждаемый оборотной водой, где конденсируется, после чего первичный конденсат в этом же количестве n₁ по конденсатопроводу 4 рабочим насосом 5 при давлении Pi подается параллельно тремя потоками в сопла 19 I-й, II-й и III-й ступеней мультиступенчатого эжектора (МСЭ) 17 (условно считаем, что в каждую ступень МСЭ 17 подается равное количество первичного конденсата l/3n₁), создавая разрежение в приемных камерах 18 I-й, II-й и III-й ступеней. В результате разрежения в приемную камеру 18 I-й ступени МСЭ 17 всасывается отработавший пар из параллельного паропровода 3 через обратный клапан 21 в количестве 1-n₁ при давлении P₀, в диффузоре 20 он смешивается с первичным конденсатом, вытекающим из сопла 19, образуя парожидкостную смесь, давление которой на выходе из диффузора 20 повышается от P₀ до ( значительно меньше, чем давление, создаваемое конденсатным насосом P₁, но больше, чем Р₀). Одновременно в диффузоре 20 1-й ступени за счет повышения давления происходит частичная конденсация пара, после чего парожидкостная смесь при давлении в количестве 1-n₁+n₁/3 поступает в приемную камеру 18 II-й ступени. В соответствии с вышеописанными процессами повышения давления и частичной конденсации в I-й ступени мультиступенчатого эжектора 17 во II-й ступени парожидкостная смесь повышает свое давление до , увеличивает свою массу до 1-n₁+2n₁ /3 частично конденсируется, в III-й ступени повышает свое давление до , увеличивает свою массу до 1, дополнительно конденсируется, после чего через отверстие 16 при давлении (которое значительно больше, чем , но несколько меньше, чем P₁) в количестве 1 поступает в цилиндрический расширитель 6 вторичного конденсатора 2. В цилиндрическом расширителе 6 происходит резкое снижение скорости парожидкостной смеси, в результате чего из нее под действием силы тяжести отделяются частицы конденсата, которые выпадают в конический поддон 7, откуда конденсат подается в систему подготовки подпиточной воды (на фиг.1-4 не показана), а несконденсировавшийся пар поступает в вертикальные конденсационные трубы 9. В вертикальных конденсационных трубах 9 происходит процесс конденсации оставшегося пара, образовавшийся конденсат под действием сил тяжести стекает вниз в конический поддон 7, а воздух (попадающий в пар за счет разрежения в паропроводе 3) собирается в полости тороидальной крышки 14 и выбрасывается через воздушный штуцер (на фиг.1-4 не показан) в атмосферу. Конденсация пара в вертикальных конденсационных трубах 9 осуществляется за счет его охлаждения потоком наружного воздуха, омывающего наружные поверхности труб 9. Подача наружного воздуха на охлаждение конденсационных труб 9 производится вентилятором 15, создающим разрежение в вертикальной полости воздушного колодца 11, в результате чего туда направляются горизонтальные потоки наружного воздуха, который далее выбрасывается вверх наружу через центральное отверстие 13.

Из описания работы мультиступенчатого эжектора 17 видно, что этот аппарат одновременно выполняет функцию компрессора и конденсатора, причем он обеспечивает большее повышение давления, чем одноступенчатый аппарат, в результате чего внутри него происходит также и конденсация пара, причем величина давления и степень конденсации пара зависят в основном от мощности и давления, развиваемого рабочим насосом 5, и числа ступеней в мультиступенчатом эжекторе 17. Оптимальное число ступеней мультиступенчатого эжектора 17 находят из технико-экономического расчета.

Конструкция вторичного конденсатора 2 позволяет проводить сепарацию пара от капель конденсата в расширителе 6, конденсировать оставшийся пар, выделять из пара и удалять несконденсированные газы (воздух), использовать в качестве хладоагента наружный воздух, а наличие воздушного колодца 11 обеспечивает омывание наружным воздухом всех участков вертикальных конденсационных труб 9, что интенсифицирует скорость теплопередачи между воздухом и паром.

Количество пара n₁, который направляется на конденсацию в первичный конденсатор L, охлаждаемый оборотной водой, определяют исходя из требуемого расхода рабочей воды (первичного конденсата) для оптимальной работы мультиступенчатого эжектора 17.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство для конденсации пара турбины позволяют за счет использования вторичного конденсатора, охлаждаемого наружным воздухом, снабженного мультиступенчатым эжектором, в котором рабочей водой служит первичный конденсат, полученный в первичном конденсаторе, охлаждаемым оборотной водой, значительно снизить расход охлаждающей оборотной воды на процесс конденсации отработавшего пара, увеличить вакуум после турбины в паропроводе отработавшего пара, что повышает КПД турбины, и в целом увеличить эффективность теплоэлектростанции.