RU79431U1 - DEVICE FOR DISPOSAL OF THERMAL ENERGY OF WATER COOLING A STEAM TURBINE CONDENSER - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использовано в энергетических установках с целью улучшения их экономических и экологических показателей. Предложено устройство для утилизации тепловой энергии воды, охлаждающей конденсатор паровой турбины, содержащее первый тепловой насос с приемным и выходным теплообменниками, компрессором и дросселем, образующими испарительно-конденсационный контур, причем приемный теплообменник соединен с источником тепла и теплопотребитель. Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что оснащено дополнительным тепловым насосом со своим испарительно-конденсационным контуром, при этом приемный теплообменник дополнительного теплового насоса является одновременно выходным теплообменником первого теплового насоса, выходной теплообменник дополнительного теплового насоса соединен с теплопотребителем, а приемный теплообменник первого теплового насоса установлен на трубопроводе сбросной линии охлаждения конденсатора, или в паровом пространстве конденсатора турбины. Технический результат заключается в повышении эффективности работы турбины, снижении потерь воды, охлаждающей конденсатор паровой турбины и в снижении тепловой нагрузки на окружающую среду, в частности, на естественные и искусственные водоемы ТЭЦ и АЭС.3 з.п. ф-лы, 2 илл.The utility model relates to the field of energy and can be used in power plants in order to improve their economic and environmental indicators. A device for utilizing the thermal energy of water cooling a condenser of a steam turbine is proposed, comprising a first heat pump with a receiving and leaving heat exchanger, a compressor and a choke forming an evaporative-condensing circuit, the receiving heat exchanger being connected to a heat source and a heat consumer. A distinctive feature of the proposed device is that it is equipped with an additional heat pump with its own evaporation and condensation circuit, while the receiving heat exchanger of the additional heat pump is simultaneously the output heat exchanger of the first heat pump, the output heat exchanger of the additional heat pump is connected to the heat consumer, and the receiving heat exchanger of the first heat pump is installed on the pipeline of the condenser cooling waste line, or in the steam space turbine sensor. The technical result consists in increasing the efficiency of the turbine, reducing the loss of water cooling the condenser of the steam turbine and in reducing the heat load on the environment, in particular, on natural and artificial reservoirs of thermal power plants and nuclear power plants. 3 zp f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована в энергетических установках с целью улучшения их экономических и экологических показателей.The utility model relates to the field of energy and can be used in power plants in order to improve their economic and environmental indicators.

На существующих АЭС и ТЭС для охлаждения и конденсации пара в конденсаторах паровых турбин используют воду из естественных источников, таких как реки, озера и т.д. Проходя через конденсатор, вода возвращается в источник, имея более высокую температуру, чем в источнике. При ограниченном количестве воды в источнике увеличение температуры на выходе из конденсатора может привести к повышению температуры источника выше допустимых пределов. При замкнутом контуре циркуляции и ограниченном количестве воды в системе охлаждения увеличение температуры воды в источнике ухудшает эффективность охлаждения конденсатора и снижает вследствие этого к.п.д. установки, а в некоторых случаях может привести к нарушению экологической обстановки /АЭС виновны в парниковом эффекте, Независимая газета, 08.04.2008/.At existing nuclear power plants and thermal power plants, water from natural sources such as rivers, lakes, etc., is used to cool and condense steam in steam turbine condensers. Passing through the condenser, the water returns to the source, having a higher temperature than in the source. With a limited amount of water in the source, an increase in the temperature at the outlet of the condenser can lead to an increase in the temperature of the source above acceptable limits. With a closed circulation circuit and a limited amount of water in the cooling system, an increase in the temperature of the water in the source degrades the cooling efficiency of the condenser and therefore reduces the efficiency installation, and in some cases can lead to environmental disruption / NPPs are guilty of the greenhouse effect, Nezavisimaya Gazeta, 04/08/2008 /.

Известно, что для снижения (охлаждения) температуры сбросной воды на линии «сброса» традиционно используют специальные устройства - градирни или «брызгальные» бассейны. Охлаждение потока воды в этих устройствах происходит за счет частичного ее испарения как наиболее эффективного механизма отвода тепла, что приводит к соответствующим безвозвратным потерям воды и тепловой энергии. (Для охлаждения на 6°С необходимо испарить 1% охлаждаемой воды). Кроме It is known that to reduce (cool down) the temperature of the waste water on the discharge line, traditionally use special devices - cooling towers or “spray” pools. The cooling of the water flow in these devices occurs due to its partial evaporation as the most effective mechanism of heat removal, which leads to the corresponding irretrievable losses of water and thermal energy. (For cooling at 6 ° C it is necessary to evaporate 1% of the cooled water). Besides

того, такие устройства весьма громоздки, требуют значительных материальных затрат на сооружение и не всегда полностью устраняют отмеченный недостаток, т.к. эффективность их во многом зависит от сезона. Поэтому в некоторых случаях актуальным становится вопрос о принятии дополнительных мер по более эффективному использованию существующих устройств или применению иных способов охлаждения циркуляционной воды.Moreover, such devices are very bulky, require significant material costs for the construction and do not always completely eliminate the noted drawback, because their effectiveness largely depends on the season. Therefore, in some cases, the issue of taking additional measures to more efficiently use existing devices or to use other methods of cooling circulating water becomes relevant.

Известно устройство для оборотного водоснабжения электростанции с градирнями / RU 2236517, Е03В 7/04, 2004/, которое содержит самотечный водовод к циркуляционному насосу, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины и сливной напорный трубопровод к градирне, снабженной водораспределительным лотком с разбрызгивающими соплами, оросительным устройством и водоуловителем, установленными в вытяжной башне. Градирня имеет водосборный бассейн, соединенный самотечным перепускным каналом с водоприемным колодцем. Устройство дополнительно снабжено соединяющим напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины со сливным напорным трубопроводом к градирне рециркуляционным трубопроводом, по которому часть общего потока охлажденной в градирне воды, минуя конденсатор паровой турбины, направляют в градирню и осуществляют его повторное более глубокое охлаждение.A device for circulating water supply to a power plant with cooling towers / RU 2236517, ЕВВ 7/04, 2004 /, which contains a gravity conduit to the circulation pump, a pressure pipe to the steam turbine condenser and a discharge pressure pipe to the cooling tower equipped with a water distribution tray with spray nozzles, an irrigation device and a water trap installed in the exhaust tower. The cooling tower has a drainage basin, connected by gravity bypass channel with a water well. The device is additionally equipped with a recirculation pipe connecting the pressure pipe to the condenser of the steam turbine with the drain pressure pipe to the cooling tower, through which part of the total flow of water cooled in the cooling tower, bypassing the condenser of the steam turbine, is directed to the cooling tower and re-cooled again.

Недостатками данного устройства являются, во-первых, повышенный расход энергии, связанный с ее затратами на рециркуляцию части общего потока охлажденной в градирне воды, а, во-вторых, значительные потери воды, уходящей в виде пара в атмосферу.The disadvantages of this device are, firstly, the increased energy consumption associated with its cost of recycling part of the total flow of water cooled in the cooling tower, and, secondly, significant losses of water leaving in the form of steam in the atmosphere.

В то же время, согласно принятым в настоящее время тепловым схемам энергетических установок, полученный в конденсаторе турбины конденсат, при возвращении в тепловую схему, предварительно подогревают в промежуточном подогревателе или последовательно в нескольких подогревателях, для чего расходуют пар из отбора паровой турбины /В.В.Сушков. Техническая термодинамика. Государственное энергетическое издательство. М.-Л. 1946 г., с 92-103/.At the same time, according to the currently accepted thermal schemes of power plants, the condensate obtained in the turbine condenser, when returned to the thermal circuit, is preheated in an intermediate heater or sequentially in several heaters, for which steam from the selection of the steam turbine is used. .Sushkov. Technical thermodynamics. State Energy Publishing House. M.-L. 1946, from 92-103 /.

В настоящее время интенсивно развивается область энергосберегающей техники, к разряду которой относятся «Тепловые насосы» (ТН). Основой работы ТН является теорема Карно, согласно которой величина термического к.п.д. цикла с двумя источниками тепла, горячим и холодным, не зависит от свойств рабочего тела и определяется исключительно максимальным и минимальным значениями температур источников. Цикл Карно является идеальным круговым процессом, с которым сопоставляют все теоретические циклы, совершающиеся при одних и тех же температурах теплоотдатчиков и теплоприемников. Тепловой насос работает по обратному теоретическому циклу, аналогичному обратному циклу Карно и по определению представляет собой машину, которая способна передавать тепло от окружающей среды с низким потенциалом к среде с более высоким потенциалом. Известно, что к.п.д. цикла теплового насоса достаточно высок вследствие того, что затраты энергии на его работу в несколько раз меньше той тепловой энергии, которую он «перекачивает».Currently, the field of energy-saving equipment is being intensively developed, to the category of which “Heat pumps” (VT) belong. The basis of the TN operation is the Carnot theorem, according to which the value of thermal efficiency a cycle with two heat sources, hot and cold, does not depend on the properties of the working fluid and is determined exclusively by the maximum and minimum temperatures of the sources. The Carnot cycle is an ideal circular process with which all theoretical cycles that occur at the same temperatures of heat transmitters and heat sinks are compared. The heat pump operates in the reverse theoretical cycle, similar to the reverse Carnot cycle and, by definition, is a machine that is capable of transferring heat from an environment with a low potential to a medium with a higher potential. It is known that the efficiency the cycle of the heat pump is quite high due to the fact that the energy consumption for its operation is several times less than the thermal energy that it "pumps".

Известно устройство для утилизации энергии низкотемпературных теплоносителей /RU 32578, F03G 7/00, 2003/, принятое за прототип и содержащее турбину с электрогенератором и A device for energy recovery of low temperature coolants / RU 32578, F03G 7/00, 2003 /, adopted as a prototype and containing a turbine with an electric generator and

теплопотребитель. Дополнительно прототип снабжен тепловым насосом, конденсатор приемного теплообменника которого включен в паросиловой контур на выходе отработанного пара из турбины, а нагреватель выходного теплообменника - на теплопотребитель.heat consumer. Additionally, the prototype is equipped with a heat pump, the condenser of the receiving heat exchanger of which is included in the steam power circuit at the outlet of the exhaust steam from the turbine, and the heater of the output heat exchanger is supplied to the heat consumer.

Недостатком прототипа является то, что получаемое с помощью его низкопотенциальное тепло не может быть использовано непосредственно в основной технологической схеме АЭС или ТЭС.The disadvantage of the prototype is that the low potential heat obtained by using it cannot be used directly in the main technological scheme of nuclear power plants or thermal power plants.

Решаемая задача - создание устройства для утилизации тепловой энергии воды, охлаждающей конденсатор паровой турбины, лишенного указанных недостатков. Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении эффективности работы турбины, снижении потерь воды, охлаждающей конденсатор паровой турбины и в снижении тепловой нагрузки на окружающую среду, в частности, на естественные и искусственные водоемы ТЭЦ и АЭС.The problem to be solved is the creation of a device for the utilization of thermal energy of water, cooling the condenser of a steam turbine, devoid of these disadvantages. The technical result of the proposed utility model is to increase the efficiency of the turbine, reduce water losses, cooling the condenser of the steam turbine and to reduce the heat load on the environment, in particular, on natural and artificial reservoirs of thermal power plants and nuclear power plants.

Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата предлагается устройство для утилизации тепловой энергии воды, охлаждающей конденсатор паровой турбины, содержащее первый тепловой насос с приемным и выходным теплообменниками, компрессором и дросселем, образующими испарительно-конденсационный контур, причем приемный теплообменник соединен с источником тепла и теплопотребитель.To solve the problem and achieve the technical result, a device is proposed for utilization of the thermal energy of water cooling the condenser of a steam turbine, comprising a first heat pump with inlet and outlet heat exchangers, a compressor and a choke forming an evaporative-condensing circuit, the receiving heat exchanger being connected to a heat source and heat consumer.

1. Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что оно оснащено последовательно соединенным с первым тепловым насосом вторым тепловым насосом со своим испарительно-конденсационным контуром, заполненным теплоносителем с температурой кипения выше температуры кипения теплоносителя первого 1. A distinctive feature of the proposed device is that it is equipped with a second heat pump connected in series with the first heat pump with its own evaporative-condensing circuit, filled with a coolant with a boiling point above the boiling point of the first

теплового насоса при рабочих условиях, при этом приемный теплообменник второго теплового насоса является одновременно выходным теплообменником первого теплового насоса, выходной теплообменник второго теплового насоса соединен с теплопотребителем, а приемный теплообменник первого теплового насоса установлен на трубопроводе сбросной линии охлаждения конденсатора, или в паровом пространстве конденсатора турбины.a heat pump under operating conditions, while the receiving heat exchanger of the second heat pump is simultaneously the output heat exchanger of the first heat pump, the output heat exchanger of the second heat pump is connected to the heat consumer, and the receiving heat exchanger of the first heat pump is installed on the pipeline of the condenser cooling line, or in the steam space of the turbine condenser .

Дополнительно предлагается испарительно-конденсационный контур первого теплового насоса заполнить насыщенным алифатическим фтор-, хлор- или бромсодержащим углеводородом.In addition, it is proposed that the evaporation-condensation circuit of the first heat pump be filled with saturated aliphatic fluorine, chlorine, or bromine-containing hydrocarbon.

Дополнительно предлагается испарительно-конденсационный контур второго теплового насоса заполнить водой.In addition, it is proposed that the evaporation and condensation circuit of the second heat pump be filled with water.

Также дополнительно предлагается в качестве теплопотребителя использовать трубопровод конденсата паровой турбины.It is also additionally proposed to use a steam turbine condensate pipeline as a heat consumer.

Применение двухступенчатой схемы тепловых насосов для утилизации тепловой энергии воды, охлаждающей конденсатор паровой турбины, позволяет, во-первых, понизить температуру воды в «сбросной» линии из конденсатора турбины, а, во-вторых, использовать получаемое низкопотенциальное тепло для возврата его в технологическую схему основной энергетической установки с целью повышения ее к.п.д., что не исключает возможность применения его также и для каких либо других хозяйственных нужд. Таким образом, достигается указанный технический результат.The use of a two-stage heat pump circuit to utilize the thermal energy of the water cooling the steam turbine condenser allows, firstly, to lower the water temperature in the discharge line from the turbine condenser, and, secondly, to use the resulting low-grade heat to return it to the process circuit the main power plant in order to increase its efficiency, which does not exclude the possibility of using it also for any other household needs. Thus, the specified technical result is achieved.

На фиг.1 представлено заявляемое устройство в случае, когда приемный теплообменник первого теплового насоса установлен на трубопроводе сбросной линии охлаждения конденсатора, на фиг.2 Figure 1 presents the inventive device in the case when the receiving heat exchanger of the first heat pump is installed on the pipeline of the discharge line of the cooling condenser, figure 2

представлен вариант, при котором приемный теплообменник первого теплового насоса установлен в паровом пространстве конденсатора турбины, где 1 - первый ТН, 2 - второй ТН, 3 - приемный теплообменник первого ТН, 4, 5 - компрессоры, 6, 7 - дроссели, 8 - промежуточный теплообменник, являющийся выходным теплообменником первого ТН и одновременно входным теплообменником второго ТН, 9 - выходной теплообменник второго ТН, 10 - трубопровод сбросной линии охлаждения конденсатора, 11 - градирня, 12 - источник воды, 13 - турбина, 14 - конденсатор, 15 - трубопровод конденсата паровой турбины.a variant is presented in which the receiving heat exchanger of the first heat pump is installed in the steam space of the turbine condenser, where 1 is the first VT, 2 is the second VT, 3 is the receiving heat exchanger of the first VT, 4, 5 are compressors, 6, 7 are chokes, 8 is intermediate the heat exchanger, which is the output heat exchanger of the first VT and simultaneously the input heat exchanger of the second VT, 9 - the output heat exchanger of the second VT, 10 - the discharge pipe of the condenser cooling line, 11 - cooling tower, 12 - water source, 13 - turbine, 14 - condenser, 15 - condensate pipe and a steam turbine.

Устройство работает следующим образом. Испарительно-конденсационный контур первого ТН 1 заполняют криогенной жидкостью, например, хладоном, а испарительно-конденсационный контур второго ТН 2 - водой, в приемном теплообменнике 3 первого ТН 1 с помощью компрессора 4 и дросселя 6 создают разрежение, необходимое для того, чтобы происходило кипение хладона при постоянной температуре, соответствующей заданному уровню охлаждения сбросной воды, получаемый пар хладона поступает в компрессор 4, где за счет сжатия повышается его давление и температура, далее пар поступает в теплообменник 8, где, конденсируясь, испаряет воду, полученный водяной пар сжимают компрессором 5 до уровня параметров, равных параметрам пара с отбора турбины и подают в выходной теплообменник второго ТН 9. Пар, конденсируясь, производит подогрев конденсата технологического контура до рабочего уровня и через дроссель 7 возвращается в теплообменник 8. Таким образом, первый ТН 1 охлаждает сбросную воду, а второй ТН 2 осуществляет подогрев конденсата. Так выглядит простейшая система охлаждения сбросной воды конденсатора The device operates as follows. The evaporation and condensation circuit of the first TH 1 is filled with cryogenic liquid, for example, chladone, and the evaporation and condensation circuit of the second TH 2 is filled with water, in the receiving heat exchanger 3 of the first TH 1 using the compressor 4 and the inductor 6 create the vacuum necessary for boiling refrigerant at a constant temperature corresponding to a given level of cooling of the waste water, the resulting refrigerant steam enters the compressor 4, where its pressure and temperature increase due to compression, then the steam enters the heat exchanger 8 where, condensing, evaporates the water, the resulting water vapor is compressed by compressor 5 to the level of parameters equal to the parameters of the steam from the turbine extraction and fed to the second heat exchanger outlet 9. Steam, condensing, heats the condensate of the process circuit to the operating level and returns via the inductor 7 to the heat exchanger 8. Thus, the first TH 1 cools the waste water, and the second TH 2 heats the condensate. It looks like the simplest condenser waste water cooling system

паровой турбины, объединенная со схемой подогрева питательной воды (конденсата).a steam turbine combined with a feed water (condensate) heating circuit.

Предлагаемая система охлаждения позволит понизить температуру сбросной воды, сохранив одновременно необходимый подогрев воды конденсата в основном технологическом контуре и повысить к.п.д. энергоустановки в целом т.к.:The proposed cooling system will reduce the temperature of the waste water, while maintaining the necessary heating of the condensate water in the main process circuit and increase the efficiency power plants as a whole because:

- на 1 кВт энергии, затрачиваемой на ТН в схему подогрева питательной воды (конденсата) поступает более 3 кВт тепловой энергии в результате преобразования низкопотенциального тепла из сбросной линии охлаждаемого участка циркуляционного контура;- for 1 kW of energy spent on heat pumps, the feed water (condensate) heating circuit receives more than 3 kW of thermal energy as a result of the conversion of low potential heat from the discharge line of the cooled section of the circulation circuit;

- при охлаждении воды на 6°С в циркуляционном контуре сохраняется 1% охлаждаемой воды;- when water is cooled by 6 ° C, 1% of the cooled water is retained in the circulation circuit;

- расход электроэнергии на ТН практически компенсируется исключением расхода энергии на прокачку количества конденсата, образующегося в системе ПНД от отбора пара из турбины;- the energy consumption on the VT is practically compensated by the exception of the energy consumption for pumping the amount of condensate generated in the HDPE system from the extraction of steam from the turbine;

- применение для привода компрессоров парового привода увеличивает коэффициент преобразования ТН;- the use of a steam drive for compressor drives increases the conversion factor of the VT;

- сокращаются затраты на выработку пара для отборов из турбины для подогрева конденсата.- reduced the cost of generating steam for withdrawals from the turbine for heating the condensate.

Данное техническое решение позволит: понизить температуру сбросной воды в системе охлаждения турбин ЭС и тем самым повысить экономические и экологические показатели энергоустановки в целом.This technical solution will allow: to lower the temperature of the waste water in the cooling system of the turbines of the electric power plants and thereby increase the economic and environmental performance of the power plant as a whole.

Claims (4)

1. Устройство для утилизации тепловой энергии воды, охлаждающей конденсатор паровой турбины, содержащее первый тепловой насос с приемным и выходным теплообменниками, компрессором и дросселем, образующими испарительно-конденсационный контур, причем приемный теплообменник соединен с источником тепла и теплопотребитель, отличающееся тем, что устройство оснащено последовательно соединенным с первым тепловым насосом вторым тепловым насосом со своим испарительно-конденсационным контуром заполненным теплоносителем с температурой кипения выше температуры кипения теплоносителя первого теплового насоса при рабочих условиях, при этом приемный теплообменник второго теплового насоса является одновременно выходным теплообменником первого теплового насоса, выходной теплообменник второго теплового насоса соединен с теплопотребителем, а приемный теплообменник первого теплового насоса установлен на трубопроводе сбросной линии охлаждения конденсатора, или в паровом пространстве конденсатора турбины.1. A device for utilization of thermal energy of water, cooling a condenser of a steam turbine, comprising a first heat pump with a receiving and output heat exchanger, a compressor and a choke forming an evaporative-condensing circuit, the receiving heat exchanger connected to a heat source and a heat consumer, characterized in that the device is equipped connected in series with the first heat pump, the second heat pump with its evaporation-condensation circuit filled with a coolant with a boiling point I am above the boiling temperature of the coolant of the first heat pump under operating conditions, while the receiving heat exchanger of the second heat pump is simultaneously the output heat exchanger of the first heat pump, the output heat exchanger of the second heat pump is connected to the heat consumer, and the receiving heat exchanger of the first heat pump is installed on the pipeline of the condenser cooling waste line, or in the steam space of a turbine condenser. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что испарительно-конденсационный контур первого теплового насоса заполнен насыщенным алифатическим фтор-, хлор- или бромсодержащим углеводородом.2. The device according to claim 1, characterized in that the evaporation-condensation circuit of the first heat pump is filled with saturated aliphatic fluorine, chlorine or bromine-containing hydrocarbon. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что испарительно-конденсационный контур дополнительного теплового насоса заполнен водой.3. The device according to claim 1, characterized in that the evaporation-condensation circuit of the additional heat pump is filled with water. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве теплопотребителя использован трубопровод конденсата паровой турбины.

4. The device according to claim 1, characterized in that the condensate pipeline of the steam turbine is used as a heat consumer.