Способ комбинированной выработки тепла и электрической энергии на тэс и энергетический блок повышенной эффективности для его осуществления (варианты бпэ)

Способ комбинированной выработки тепла и электрической энергии на тэс и энергетический блок повышенной эффективности для его осуществления (варианты бпэ)

Реферат

 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к ТЭС с энергетическими блоками повышенной эффективности (БПЭ). Отвод части питательной воды в байпасный трубопровод осуществляют из общего потока, прошедшего через систему регенеративного подогрева, а в турбинный экономайзер эту часть потока подают после понижения ее температуры за счет передачи части тепла на требуемый нагрев сетевой воды путем теплообмена между этими средами. Способ может быть реализован с помощью известных БПЭ при осуществлении предлагаемых вариантов их модернизации. Оба варианта предусматривают дополнительное соединение между собой основного трубопровода питательной воды перед установленной на нем задвижкой и байпасного трубопровода после установленной на нем задвижки трубопроводом-перемычкой. При этом по одному из предлагаемых вариантов модернизации БПЭ на указанном трубопроводе-перемычке установлена задвижка, а теплофикационный теплообменник греющим контуром включен в байпасный трубопровод перед турбинным экономайзером, по другому - теплофикационный теплообменник греющим контуром включен в трубопровод-перемычку между установленными на нем двумя задвижками. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности таких блоков и обеспечить их универсальность за счет возможности комбинированной выработки тепла и электрической энергии без потери номинальной мощности блоков и возможности реализации всех режимов работы БПЭ при использовании любых видов топлива. 3 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности - к энергетическим блокам повышенной эффективности (БПЭ), направлено на расширение функциональных возможностей таких блоков и обеспечение их универсальности за счет возможности комбинированной выработки тепла и электрической энергии без потери номинальной электрической мощности БПЭ при сохранении функциональных возможностей существующих БПЭ и возможности реализации указанных режимов при использовании любых видов топлива.

Известные обычные энергетические блоки ТЭС имеют однопоточную связь турбинной установки с котлом по питательной воде: последняя после нагрева в подогревателях высокого давления (ПВД) системы регенерации турбинной установки подается непосредственно в котельный экономайзер. Это не позволяет обеспечить глубокое охлаждение уходящих дымовых газов и ограничивает экономичность (КПД) котельной установки и энергоблока в целом при производстве только электрической энергии. Другим недостатком обычных энергетических блоков при производстве только электрической энергии является жесткая связь вырабатываемой блоком электрической мощности с расходом пара в голову турбины. Обычные энергетические блоки ТЭС позволяют осуществлять комбинированную выработку тепла и электрической энергии известным в теплоэнергетике способом - за счет дополнительного расхода пара из соответствующих отборов турбины, используемого для нагрева сетевой воды. Это повышает экономичность работы энергетического блока за счет уменьшения сброса пара в конденсатор турбины при неизменной паропроизводительности котла, но при этом снижается электрическая мощность энергоблока, что тоже является одним из недостатков обычных энергетических блоков (1).

Известные энергетические блоки повышенной эффективности от описанных выше обычных энергоблоков отличаются тем, что в котле за основным котельным экономайзером по ходу газов установлен турбинный экономайзер, и питательная вода в котельный экономайзер подается двумя потоками: основным, после нагрева в ПВД системы регенерации турбины, и частично - байпасным недогретым потоком, отводимым из системы регенерации турбины на промежуточном участке, преимущественно перед ПВД, который, минуя ПВД, проходит через турбинный экономайзер, подогревается в нем за счет дополнительного отбора тепла у дымовых газов, которые при этом глубоко охлаждаются, и после такого нагрева подмешивается к основному потоку питательной воды и вместе с ним поступает в котельный экономайзер. Для регулирования соотношения расходов питательной воды в обоих потоках на основном и байпасном трубопроводах установлены задвижки. При таком байпасировании части общего потока питательной воды расход пара из отборов турбины на работу ПВД уменьшается, и освободившийся отборный пар направляется в хвост турбины, вырабатывая дополнительную электрическую мощность, хотя при этом экономичность (КПД) паросилового цикла несколько снижается за счет увеличения сброса пара в конденсатор турбины. В свою очередь указанное выше глубокое охлаждение дымовых газов в турбинном экономайзере снижает температуру уходящих дымовых газов после воздухоподогревателя, что обеспечивает повышение КПД котельной установки. Поскольку повышение КПД котельной установки при таком режиме работы энергоблока в большей или меньшей степени превышает снижение КПД турбины (паросилового цикла), одновременно с выработкой дополнительной электрической мощности увеличивается и общий КПД такого энергетического блока при неизменной паропроизводительности его котельной установки, что и обеспечивает повышенную эффективность таких блоков (2). Однако при использовании известных БПЭ для комбинированной выработки тепла и электрической энергии указанным выше известным способом - за счет дополнительного расхода пара из соответствующих отборов турбины для нагрева сетевой воды - их экономичность растет в меньшей степени, а выработка электрической мощности снижается.

Указанные выше известный способ комбинированной выработки тепла и электрической энергии и известный энергетический блок повышенной эффективности являются наиболее близкими аналогами (прототипами) соответствующих объектов данного изобретения.

Изобретение направлено на решение следующих основных задач: - разработка нового способа комбинированной выработки тепла и электрической энергии на ТЭС с энергетическими БПЭ без снижения их номинальной электрической мощности при одновременном повышении экономичности; - разработка принципиальной схемы нового энергетического БПЭ для реализации указанного способа комбинированной выработки тепла и электрической энергии, способного работать на любых топливах, с сохранением функциональных возможностей известного БПЭ.

Решение первой из указанных выше задач обеспечивается тем, что новый способ комбинированной выработки тепла и электрической энергии на ТЭС с блоком повышенной эффективности, при котором в основной котельный экономайзер подают прошедшую через систему регенеративного подогрева питательную воду, а в турбинный экономайзер по байпасному трубопроводу подают часть общего потока питательной воды при более низкой ее температуре и одновременно осуществляют нагрев сетевой воды в теплофикационном теплообменнике, - в соответствии с данным изобретением заключается в том, что отвод части питательной воды в байпасный трубопровод осуществляют из общего потока, прошедшего через систему регенеративного подогрева, а в турбинный экономайзер эту часть потока подают после понижения ее температуры за счет передачи части тепла на требуемый нагрев сетевой воды путем теплообмена между названными средами.

Решение второй из указанных выше задач обеспечивается доработкой принципиальной схемы известного блока повышенной эффективности, включающего паротурбинную установку с системой регенеративного подогрева питательной воды и котельную установку с размещенными последовательно по ходу дымовых газов основным котельным экономайзером, турбинным экономайзером и воздухоподогревателем, а также теплофикационный теплообменник с подводом в него для нагрева и отводом нагретой сетевой воды, при этом вход котельного экономайзера по питательной воде основным трубопроводом с задвижкой подключен к выходу системы регенеративного подогрева - к выходу ПВД, вход турбинного экономайзера по питательной воде байпасным трубопроводом с задвижкой подключен к системе регенеративного подогрева на ее промежуточном участке, преимущественно перед ПВД, а выход турбинного экономайзера промежуточным трубопроводом подключен на вход котельного экономайзера (через концевой участок основного трубопровода питательной воды), - в котором в соответствии с данным изобретением основной трубопровод питательной воды перед установленной на нем задвижкой и байпасный трубопровод после установленной на нем задвижки дополнительно соединены между собой трубопроводом-перемычкой с установленной на ней задвижкой, а теплофикационный теплообменник греющим контуром включен в байпасный трубопровод перед турбинным экономайзером.

Решение второй из указанных выше задач обеспечивается еще одним вариантом доработки принципиальной схемы известного блока повышенной эффективности с приведенной выше совокупностью существенных признаков, в котором в соответствии с данным изобретением основной трубопровод питательной воды перед установленной на нем задвижкой и байпасный трубопровод после установленной на нем задвижки дополнительно соединены между собой трубопроводом-перемычкой с двумя последовательно установленными на ней задвижками, между которыми включен греющим контуром упомянутый теплофикационный теплообменник.

Действительно, при реализации заявляемого способа температура части потока питательной воды, отводимого из общего ее потока, прошедшего через всю систему регенеративного подогрева, оказывается значительно выше предусмотренной для подачи в турбинный экономайзер. Понижение температуры этой части потока питательной воды за счет передачи избыточного тепла на требуемый нагрев сетевой воды путем теплообмена между ними в теплофикационном теплообменнике обеспечивает, с одной стороны, нормальную работу турбинного экономайзера, включая глубокое охлаждение в нем уходящих дымовых газов и заданный подъем температуры предварительно охлажденного байпасируемого потока питательной воды для подачи его в котельный экономайзер в смеси с основной частью потока, а с другой стороны исключает дополнительный расход пара из отборов турбины на нагрев сетевой воды и снижение за счет этого вырабатываемой турбиной электрической мощности. Поскольку при таком режиме через систему регенеративного подогрева проходит весь поток питательной воды, турбина обеспечивает выработку номинальной электрической мощности при номинальной паропроизводительности котельной установки, а глубокое охлаждение дымовых газов в турбинном экономайзере позволяет обеспечить допустимое (по условиям коррозии) понижение температуры уходящих дымовых газов после воздухоподогревателя и повышение экономичности (КПД) котельной установки и энергоблока в целом, которое в данном режиме будет выше КПД известных блоков повышенной эффективности.

Выполнение в предлагаемом новом энергетическом БПЭ, по сравнению с известными, трубопровода-перемычки, соединяющей основной трубопровод питательной воды перед установленной на нем задвижкой и байпасный трубопровод после установленной на нем задвижки, с установкой на указанной перемычке аналогичной задвижки и включение теплофикационного теплообменника греющим контуром в байпасный трубопровод перед турбинным экономайзером позволяет не только реализовать новый способ комбинированной выработки тепла и электрической энергии, но и обеспечивает возможность его работы в режимах обычного энергоблока повышенной эффективности - т.е. расширяет функциональные возможности БПЭ и делает его более универсальным. При этом такой БПЭ может работать на любых топливах, включая высокосернистые, поскольку отбор тепла для нагрева сетевой воды осуществляется в обогреваемом питательной водой теплофикационном теплообменнике, а температура питательной воды в турбинном экономайзере может удерживаться на уровне выше точки росы. В качестве недостатка этого варианта нового энергетического БПЭ можно указать увеличенное гидравлическое сопротивление байпасного трубопровода при работе такого блока в режиме обычного БПЭ - при необходимости увеличения электрической мощности турбины при неизменной паропроизводительности котельной установки. Это обусловлено включением греющего тракта теплофикационного теплообменника, в который на таком режиме не подают сетевую воду для нагрева, непосредственно в байпасный трубопровод. Увеличение гидравлического сопротивления требует дополнительных затрат энергии на прокачку питательной воды.

Этого недостатка лишен второй из предлагаемых вариантов нового БПЭ для осуществления заявляемого способа. Его отличие заключается в том, что упомянутый трубопровод-перемычка имеет две последовательно установленные на ней задвижки, между которыми включен греющим контуром упомянутый теплофикационный теплообменник. Этот вариант нового БПЭ сохраняет все достоинства и преимущества первого варианта такого блока.

Таким образом, совокупность существенных признаков каждого объекта изобретения из заявляемой группы обеспечивает решение поставленных задач. Заявляемая группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку они образуют единый изобретательский замысел, причем, один из заявляемых объектов группы - блок повышенной эффективности и вариант выполнения такого блока - предназначены для осуществления другого заявленного объекта группы - способа комбинированной выработки тепла и электрической энергии на ТЭС с энергетическим БПЭ.

Проведенный заявителем анализ уровня техники по доступным источникам информации, содержащим сведения об аналогах объектов заявляемой группы изобретений, не выявил аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам каждого объекта заявляемой группы. Определение ближайших аналогов каждого объекта из заявляемой группы изобретений позволило выявить их обличительные признаки, указанные выше и изложенные в формуле изобретения. Следовательно, каждый объект из заявляемой группы изобретений соответствует условно "новизна".

Проведенный анализ не выявил и известность использования отличительных признаков объектов заявляемой группы изобретений для решения таких же или аналогичных задач в этой же или в смежных областях техники. Каждый объект из заявляемой группы изобретений не вытекает для специалиста явным образом из анализа известного уровня техники. Следовательно, каждый из объектов заявляемой группы изобретений соответствует условию "изобретательский уровень".

Отсутствие препятствий технического, технологического или иного характера для промышленной реализации каждого из объектов заявляемой группы изобретений делает их соответствующими условно "промышленная применимость".

Сущность изобретения поясняют приводимые ниже описания конкретных примеров осуществления каждого из объектов заявляемой группы изобретений и чертежи, на которых представлены: - на фиг. 1 - принципиальная схема нового БПЭ, обеспечивающего реализацию заявляемого способа комбинированной выработки тепла и электрической энергии; - на фиг. 2 - узел А на фиг. 1, поясняющий вариант выполнения принципиальной схемы нового БПЭ для реализации этого же способа.

Заявляемый способ реализуется с помощью предлагаемого нового БПЭ. Как и известные БПЭ, заявляемый блок включает (см. фиг.1) турбинную установку 1, выхлоп которой подключен к охлаждаемому турбинному конденсатору 2, соединенному конденсатным насосом 3 со входом группы подогревателей 4 низкого давления (ПНД 1-2). Насос 5 соединяет выход подогревателей 4 со входом следующей группы подогревателей 6 низкого давления (ПНД 3- 4), выход которых соединен с деаэратором 7. Выход деаэратора 7 питательным насосом 8 подключен на вход группы подогревателей 9 высокого давления (ПВД) и к байпасному трубопроводу 10 с установленной на нем задвижкой 11. Выход ПВД (9) подключен к основному трубопроводу 12 питательной воды с установленной на нем задвижкой 13. В подогреватели 4 и 6 низкого давления, деаэратор 7 и подогреватели 9 высокого давления выполнен подвод греющего пара из регенеративных отборов цилиндров соответствующего давления турбинной установки 1, которые все вместе образуют систему регенеративного подогрева питательной воды. Котельная часть заявляемого БПЭ на фиг. 1 представлена хвостовыми поверхностями нагрева - последовательно установленными по ходу дымовых газов основным котельным экономайзером 14, турбинным экономайзером 15 и воздухоподогревателем 16, в данном случае РВП. Подача в РВП дутьевого воздуха предусмотрена вентилятором 17 через обогреваемый калорифер 18. Для расширения возможности регулировки температуры уходящих дымовых газов и защиты воздухоподогревателя от коррозии вход и выход РВП по воздуху соединен байпасным воздухопроводом 19 с шибером 20. Вход турбинного экономайзера 15 соединен с байпасным трубопроводом 10, а его выход промежуточным трубопроводом 21 соединен со входом основного котельного экономайзера 14 через концевой участок основного трубопровода 12 питательной воды от системы регенеративного подогрева.

Отличие заявляемого БПЭ от известных аналогичных блоков заключается в том, что основной трубопровод 12 подачи питательной воды в котельный экономайзер 14 перед задвижкой 13 и байпасный трубопровод 10 после задвижки 11 дополнительно соединены между собой трубопроводом-перемычкой 22 с задвижкой 23, а в разрыв байпасного трубопровода 10 перед турбинным экономайзером 14 включены греющим контуром теплофикационный теплообменник 24, в нагреваемый контур которого предусмотрен подвод и отвод сетевой воды.

Заявляемый способ может быть реализован и с помощью нового БПЭ, представляющего собой вариант энергетического БПЭ по фиг. 1, фрагмент которого - узел А на фиг. 1 - представлен на фиг. 2 чертежей. Отличие этого варианта заявляемого БПЭ от представленного на фиг. 1 заключается в том, что теплофикационный теплообменник 24 включен греющим контуром в разрыв трубопровода-перемычки 22 после задвижки 23, при этом на трубопроводе-перемычке 22 после теплофикационного теплообменника 24 может быть установлена вторая задвижка 25.

Указанные отличия заявляемого БПЭ и варианта его выполнения определяют особенность их работы при осуществлении заявляемого способа комбинированной выработки тепла и электрической энергии при сохранении возможности его работы на режимах, присущих известным БПЭ. Сущность заявляемого способа поясняют описание работы предлагаемого БПЭ и варианта его осуществления, которая заключается в следующем.

Для осуществления заявляемого способа комбинированной выработки тепла и электрической энергии в энергоблоке на фиг.1 закрывают задвижку 11 на байпасном трубопроводе 10, открывают задвижку 23 на трубопроводе-перемычке 22, регулировкой положения задвижки 13 на основном трубопроводе 12 питательной воды обеспечивают требуемое соотношение расходов питательной воды по основному трубопроводу 12 в котельный экономайзер 14 и через трубопровод-перемычку 22 и часть байпасного трубопровода 10 в турбинный экономайзер 15, и в теплофикационный теплообменник 24 осуществляют подвод сетевой воды в нагреваемый контур и отвод нагретой воды. В этом случае весь поток питательной воды проходит через систему регенеративного подогрева турбинной установки 1, включая ПВД (9). При этом вырабатываемая турбиной 1 электрическая мощность при номинальной паропроизводительности котельной установки остается на уровне номинального значения, как при работе ТЭС в конденсационном режиме, а весь поток питательной воды поступает в основной трубопровод 12 при максимальной температуре ее нагрева после ПВД (9). Отвод части потока питательной воды из основного трубопровода 12 через трубопровод-перемычку 22 и греющий контур теплофикационного теплообменника 24 на байпасном трубопроводе 10 в турбинный экономайзер 15 обеспечивает требуемый нагрев сетевой воды в теплофикационном теплообменнике 24 и соответствующее охлаждение байпасируемой части потока питательной воды. В турбинном экономайзере 15 обеспечивается заданный нагрев предварительно охлажденного байпасируемого потока питательной воды за счет отвода тепла у потока уходящих дымовых газов, которые при этом глубоко охлаждаются. Из турбинного экономайзера 15 нагретый байпасируемый поток питательной воды через промежуточный трубопровод 21 поступает в концевой участок основного трубопровода 12, смешивается с основным потоком питательной воды и поступает в основной питательный экономайзер 14. Глубоко охлажденные в турбинном экономайзере 15 дымовые газы, проходя через газовый тракт воздухоподогревателя 16, обеспечивают нагрев подаваемого вентилятором 17 дутьевого воздуха. При этом температура уходящих дымовых газов после воздухоподогревателя понижается, обеспечивая повышение экономичности работы (КПД) котельной установки и блока в целом. При чрезмерном охлаждении дымовых газов для защиты воздухоподогревателя 16 от коррозии может быть включен калорифер 18, а регулировка температуры уходящих дымовых газов в этом случае обеспечивается соответствующим открытием шибера 20 на байпасном воздухопроводе 19 воздушного тракта воздухоподогревателя 16. Благодаря повышенной экономичности работы котельной установки энергоблока в таком режиме отбор тепла в теплофикационном теплообменнике 24 на нагрев сетевой воды эффективнее нагрева ее за счет регенеративных отборов пара турбинной установки 1, как на обычных ТЭС при их работе в теплофикационном режиме.

При закрытой задвижке 23 на трубопроводе-перемычке 22 и отключенной подаче сетевой воды через нагреваемый контур теплофикационного теплообменника 24 энергоблок на фиг. 1 может работать в режимах обычного БПЭ, при закрытой задвижке 11 на байпасном трубопроводе 10 - как обычный энергоблок ТЭС с подачей всего потока питательной воды в котельный экономайзер 14 при обеспечении номинальной экономичности и электрической мощности, а при открытии задвижки 11 и отводе части недогретого потока питательной воды в обход ПВД (9) через турбинный экономайзер 15 - в режиме повышенной эффективности с дополнительной выработкой электрической мощности при номинальной паропроизводительности котельной установки. Правда, в последнем случае гидравлическое сопротивление байпасного трубопровода 10 несколько возрастает из-за установленного на нем теплофикационного теплообменника, что потребует некоторого увеличения энергозатрат на прокачку байпасируемого потока питательной воды.

Этого недостатка лишен заявляемый энергоблок с изменениями в принципиальной его схеме, представленными на фиг. 2 чертежей. В этом варианте энергетического БПЭ теплофикационный теплообменник 24 включен греющим контуром в трубопровод-перемычку 22 после установленной на ней задвижки 23, причем, на трубопроводе-перемычке 22 целесообразна установка еще одной задвижки 25. В том случае энергетический БПЭ в представленном на фиг. 2 варианте при перекрытии задвижек 23 и 25 работает как обычный БПЭ в указанных выше режимах. При перекрытии задвижки 11 на байпасном трубопроводе 10 и открытии задвижек 23 и 25 заявляемый энергетический БПЭ в представленном на фиг. 2 варианте позволяет реализовать заявляемый способ комбинированной выработки тепла и электрической энергии, а его работа не имеет принципиальных отличий от работы БПЭ на фиг. 1.

Источники информации 1. "Блок мощностью 250 МВт", "Теплотехнический справочник", т. 1. М.: Энергия, 1975 г., с. 479-482, рис. 9-21, табл. 9-20 - прототип способа.

2. Л.П. Сафонов. А.У. Липец и др. Обоснование технической возможности и экономической целесообразности реконструкции существующих типов паротурбинных энергоблоков с целью повышения их располагаемой мощности, КПД и улучшения экологических показателей. АООТ "НПО ЦКТИ", т. 1, С.-Петербург, 1997 г., с. 16-19, рис. на стр. 17 - прототип БПЭ.

Формула изобретения

1. Способ комбинированной выработки тепла и электрической энергии на ТЭС с энергетическим блоком повышенной эффективности, при котором в основной котельный экономайзер подают прошедшую через систему регенеративного подогрева питательную воду, а в турбинный экономайзер по байпасному трубопроводу подают часть общего потока питательной воды при более низкой ее температуре и осуществляют нагрев сетевой воды в теплофикационном теплообменнике, отличающийся тем, что отвод части питательной воды в байпасный трубопровод осуществляют из общего потока, прошедшего через систему регенеративного подогрева, а в турбинный экономайзер эту часть потока подают после понижения ее температуры в теплофикационном теплообменнике за счет передачи части тепла на требуемый нагрев сетевой воды путем теплообмена между названными средами.

2. Блок повышенной эффективности для осуществления способа комбинированной выработки тепла и электрической энергии по п.1, включающий паротурбинную установку с системой регенеративного подогрева питательной воды и котельную установку с размещенными последовательно по ходу дымовых газов основным котельным экономайзером, турбинным экономайзером и воздухоподогревателем, а также теплофикационный теплообменник с подводом в него для нагрева и отводом нагретой сетевой воды, при этом вход котельного экономайзера по питательной воде основным трубопроводом с задвижкой подключен к выходу системы регенеративного подогрева - к выходу из подогревателей высокого давления (ПВД), вход турбинного экономайзера по питательной воде байпасным трубопроводом с задвижкой подключен к системе регенеративного подогрева на ее промежуточном участке, преимущественно перед ПВД, а выход турбинного экономайзера промежуточным трубопроводом подключен на вход котельного экономайзера через концевой участок основного трубопровода питательной воды, отличающийся тем, что основной трубопровод питательной воды перед установленной на нем задвижкой и байпасный трубопровод после установленной на нем задвижки дополнительно соединены между собой трубопроводом-перемычкой с установленной на ней задвижкой, а теплофикационный теплообменник греющим контуром включен в байпасный трубопровод перед турбинным экономайзером.

3. Блок повышенной эффективности для осуществления способа комбинированной выработки тепла и электрической энергии по п.1, включающий паротурбинную установку с системой регенеративного подогрева питательной воды и котельную установку с размещенными последовательно по ходу дымовых газов основным котельным экономайзером, турбинным экономайзером и воздухоподогревателем, а также теплофикационный теплообменник с подводом в него для нагрева и отводом нагретой сетевой воды, при этом вход котельного экономайзера по питательной воде основным трубопроводом с задвижкой подключен к выходу системы регенеративного подогрева - к выходу из ПВД, вход турбинного экономайзера по питательной воде байпасным трубопроводом с задвижкой подключен к системе регенеративного подогрева на ее промежуточном участке, преимущественно перед ПВД, а выход турбинного экономайзера промежуточным трубопроводом подключен на вход котельного экономайзера через концевой участок основного трубопровода питательной воды, отличающийся тем, что основной трубопровод питательной воды перед установленной на нем задвижкой и байпасный трубопровод после установленной на нем задвижки дополнительно соединены между собой трубопроводом-перемычкой с двумя последовательно установленными на ней задвижками, между которыми включен греющим контуром упомянутый теплофикационный теплообменник.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2