CS214421B1 - Zařízení pro přetlakovou regeneraci tepelné energie brýdových par - Google Patents

Abstract

Zařízení pro přetlakovou regeneraci tepelné energie brýdových par. Vynález se týká v podstatě kondenzačních zařízení parních turbin, kde řeší využití brýdových par, které se dosud vypouštěly do ovzduší, nebo nedokonale využívaly k předávání svého tepelného obsahu. Tento problém je řešen zařízením, které využívá proudového čerpacího stupně k interakci brýdových par s artulárním vodním paprskem. Tím se vytvoří podmínky pro pohlcení inertní plynné frakce v mezní vrstvě, vytvořené anulárnim paprskem na stěnách směšovací komory a k částečnému vykondenzování parní frakce. Vlivem tlakových poměrů ve směšovací komoře dochází ke stlačení brýdu a po převedení do sepařační nádoby k oddělení obou frakcí a k předávání tepla - tepelné energie brýdových par teplonosné kapalině.

Description

Zařízení pro přetlakovou regeneraci tepelné energie brýdových par.

Vynález se týká v podstatě kondenzačních zařízení parních turbin, kde řeší využití brýdových par, které se dosud vypouštěly do ovzduší, nebo nedokonale využívaly k předávání svého tepelného obsahu. Tento problém je řešen zařízením, které využívá proudového čerpacího stupně k interakci brýdových par s artulárním vodním paprskem. Tím se vytvoří podmínky pro pohlcení inertní plynné frakce v mezní vrstvě, vytvořené anulárnim paprskem na stěnách směšovací komory a k částečnému vykondenzování parní frakce. Vlivem tlakových poměrů ve směšovací komoře dochází ke stlačení brýdu a po převedení do sepařační nádoby k oddělení obou frakcí a k předávání tepla - tepelné energie brýdových par teplonosné kapalině.

214 421

214 421

Vynález se týká zařízení pro přetlakovou regeneraci tepelné energie brýdových par, zejména vhodného pro regeneraci tepelné energie ze smési vodní páry a nekondenzujících plynů, které vznikají a je nutno je odvádět z jednotlivých technologických celků parního energetického bloku.

V klasickýoh povrchových výměnících tepla, kde je přenos tepelné energie realizován kondenzací odběrové páry z parní turbiny, narůstá na teplosměnnýoh plochách při postupné kondenzaoi parní složky podíl nekondenzujících plynů odběrové páry. Lokální nárůst koncentrace vůči kondenzaci inertní plynné fáze výrazně negativně ovlivňuje úroveň přenosu tepelné energie kondenzací na teplosměnné ploše a snižuje efektivnost a účinnost celého tepelného výměníku. Přestože je podíl parní složky v takto vzniklé brýdové páře většinou značně vysoký, je nutno směs nevykondenzované páry a inertní plynná fáze z výměníku odvést tak, aby nebyla negativně ovlivněna jeho funkce, a to i za cenu značné ener· getické ztráty.

Jiným technologickým procesem, v němž nutně vzniká velmi značné množství brýdových par, je odplynování kondenzátu, například před vstupem kondenzátu do vysokotlaké části regeneračního systému parní turbiny. Dalším případem technologického procesu, u kterého se nelze vyhnout vzniku směsi vodní páry a vzduchu, je zahlcování ucpávek parní turbiny.

V praxi je známa celá řada řešení k odstraňování brýdových par zé jmenovaných procesů á případně k odstranění brýdových par a částečné regeneraci jejich tepelného obsahu. Nejstarším a nej jednodušším způsobem odvodu brýdových par je jejioh volné odpouštění do okol· ní atmosféry mimo technologický celek.

Druhý způsob, kterým lze částečně regenerovat tepelnou energii brýdových par, je založen na dalším vykondenzování brýdu ve vhodném povrchovém nebo směšovacím výměníku tepla, který je paralelně nebo sériově přiřazen ke kaskádě stávajících regeneračních výměníků, často je také, zvláště u starších energetických bloků, používán způsob postupného vykondenzovár' parní složky brýdových par v parních prostorech stávajících výměníků, což je realizováno postupným přepouštěním brýdů většinou až na úroveň kondenzátoru, odkud jsou brýdy odčerpány vývěvou.

Všechny uvedené způsoby odstraňování brýdových par mají některé nedostatky. V případě vol· ného odpouštění brýdů do okolního ovzduší je, to úplná ztráta v brýdových parách obsažené energie. Při dodatečném vykondenzování brýdů ve speciálním výměníku je nedostatkem nutné předimenzování teplosměnnýoh ploch vzhledem k porušení kondenzačního procesu působením inertní složky směsi spolu se skutečností, že v jednom stupni výměníku lze zpracovat pouze část tepelné energie protékajícího brýdu. V případě přepouštění brýdových par na postupně nižší tlakové úrovně v parních prostorech regeneračních výměníků dochází při kondenzaci ve zvýšené míře k již zmíněným nárůstům lokálních koncentrací inertní složky směsi a výskytu nedohřevů v celé regenerační kaskádě až na úroveň kondenzátoru, kde k těmto negativním jevům ještě dále přistupuje nutnost čerpat brýdové páry z celého regeneračního systému vývěvou z vakua na atmosférický tlak»

Uvedené nedostatky podstatně omezuje zařazení pro přetlakovou regeneraci tepelné

214 421 energie brýdových par podle vynálezu, které využívá čerpací stupen, který je připojen svým vstupem na separační nádobu, Do vstupu čerpacího stupně je zavedeno jednak potrubí brýdových par vycházející z prostoru, odkud jsou brýdové páry odváděny, a jednak napájecí potrubí teplonosné kapaliny. Separační nádoba je ve své spodní části připojena na vratné potrubí a z její horní části je vyvedeno odpadní potrubí mimo zařízení, činnost tohoto zařízení je založena na využití čerpacího stupně pro dokonalé smíšení brýdových par s vhodnou teplonosnou kapalinou, a stlačení takto vzniklé směsi tak, aby kondenzační teplo brýdové páry, předané během stlačování teplonosné kapalině, bylo možno po separaci a odvedení inertních plynů touto teplonosnou kapalinou odvést a využít v tepelně regeneračním okruhu, fyzikální mechanismus přenosu tepla v tomto zařízení a jeho účinnost je dána vykondenzováním brýdové páry natékající do zařízení podle vynálezu a je vyjádřena koeficientem £ vykondenzování podle vztahu f = 1 - (X₂ ^! kde

Xj značí měrnou vlhkost brýdové páry natékající do zařízení podle vynálezu a

X₂ značí měrnou vlhkost koncentrovaného brýdu, který je ze zařízení podle vynálezu odpouštěn.

Měrná vlhkost X. natékající brýdové páry je definována za stacionárních podmínek vztahem

Zi”

0,622 kde

- Ρ_Γ, značí tlak sytosti v nádrži, ze které je brýdová pára odpouštěna a značí tlak směsi páry a inertní plynné fáze v této nádrži.

Obdobně bude platit pro měrnou vlhkost X₂ koncentrovaného brýdu, který je odpouštěn ze se paraČní nádoby, vztah Pgii

X_? . 0,622 --, kde

P2 P2 p₂ značí tlak koncentrovaného brýdu v separační nádobě a p₂„ značí tlak sytosti páry v separační nádobě.

Protože tlak p^, p₂ sytosti je pouze funkcí teploty dané směsi, lze stlačením směsi páry a plynu z tlaku p^ směsi páry a inertní plynné fáze na tlak p₂ koncentrovaného brýdu v separační nádobě dosáhnout při zhruba konstantní teplotě směsi značného stupně vykondenzování, Například v celém rozsahu regeneračního nízkotlakého systému parní turbiny lze tlakovým rozdílem p₂ - p^ = 2 MPa dosáhnout koeficientu £ vykondenzování f = 0,93 až 0,9θ a tedy velmi vysokého vykondenzování a odpovídajícího přidání tepla vhodnému kapalnému no Biči v jediném etupni zařízení.

Základní výhodou zařízení pro přetlakovou regulaci tepelné energie brýdových par spočívá ve využití jednoduchého fyzikálního mechanismu převedení tepelného obsahu brýdových par, které jsou tvořeny převážně kondenzačním teplem parní složky brýdu, zpět do regeneračního systému parní turbiny. Zařízení pracuje bez mechanicky pohyblivých částí, což určuje jeho relativně vysokou spolehlivost. Neklade ve srovnání s povrchovými výměníky tepla nároky na použití deficitních kovů a použitím tlakového kondenzátu z hlavní trasy kondenzátoru jako poháněcího i teplovodního média je umožněno dispoziční uspořádání, které zaručuje autonomnost provozu jednotlivých technologických celků, kde bude zařízení

214 421 použito. Skutečnost, že zařízení podle vynálezu je možno .provozovat paralelně vůči struktuře a provozům stávajícího regeneračního systému, umožňuje instalovat toto zařízení formou jednoduchých úprav i na energetické bloky, které jsou již v provozu.

Příklad praktického provedení zařízení pro přetlakovou regeneraci brýdovýoh par je znázorněn na připojeném výkresu, kde je toto zařízení znázorněno ve spojení s odplyňovací nádrží regeneračního systému parní turbiny.

Podle tohoto příkladu sestává zařízení z čerpacího proudového stupně i se vstupním kanálem 12. který je spojen potrubím 4 brýdovýoh par s horní částí odplyňovací nádrže 2· Vstupní kanál 12 je souose uložen ve vodní komoře 11. která je spojena přes regulační ventil 51 napájecím potrubím 2 se zdrojem tlakového kondenzátu. Vzájemné geometrické uspořádání vodní komory 11 a vstupního kanálu 12 vytváří na vstupu do směšovací komory 13 mezikruhovou dýzu 110. Směšovací komora 13 přechází ve své spodní části do difuzoru 14. který vyúsťuje ve spodní části separační nádoby 2, přičemž ze dna této separační nádoby 2 je vyvedeno vratné potrubí 21. které ústí přes vratný ventil 210 do odplyňovací nádrže 2·

Z horní části separační nádoby 2 je vyvedeno odpadní potrubí 22, které přes škrtící ventil 220 ústí například volně do atmosféry, činnost zařízení podle tohoto příkladu jeho provedení je založena na využití proudového čerpacího stupně, ve kterém brýdová pára, přivedená z odplyňovací nádrže 2 potrubím 4 brýdové páry, integruje s anulárním vodním paprskem, vytékajícím z mezikruhové dýzy 110. přičemž na vnitřní stěně směšovací komory 13 vytvořená anulární dvoufázová mezní vrstva pohlcuje inertní plynnou frakci brýdové páry a zároveň v této mezní vrstvě parní část brýdu částečně vykondenzuje a spolu s pohlcenou inertní frakcí brýdu je dopravována do ' spodní části směšovací komory 22· Směšovací proces, který ve směšovací komoře 13 probíhá, je silně ovlivněn turbulentním chováním anulární vrstvy směsi, stékající po stěně této směšovací komory 12 směrem k jejímu vyústění do difuzoru 14. Následkem změny měrné hmoty směsi spolu s hybnostními relacemi mezi vrstvou směsi na stěně a průtokem brýdu v centrálním paroplynovém jádře dojde k nárůstu statického tlaku po ose směšovací komory 22 ^a vykondenzování parní složky brýdu v kladném tlakovém gradientu.

Přechod anulárního proudění směsi ve spodní části směšovací komory 13 na průtok plným průřezem této směšovací komory 13 je v oblasti přechodu směšovací komory 13 do difuzoru 14 realizován hydraulickým skokem. Tento vysoce turbulentní vírový útvar dokonale homogenizuje a stlačuje natékající směs, na což navazuje kondenzace parní složky brýdové páry, která je do hydraulického skoku dopravována. Konečné stlačení směsi, která vytéká z oblasti hydraulického skoku, je umožněno difuzorem 24» jehož narůstajícím průřezem je zpracována kinetická energie proudu směsi až na tlak v separační nádobě 2·

Oddělení koncentrovaného brýdu od kondenzací ohřáté vody - kondenzátu - v separační nádobě 2, je provedeno prostým probubláním koncentrovaného brýdu kapalným obsahem této nádoby. Koncentrovaný brýd je shromážděn v paroplynovém polštáři nad hladinou v separační nádobě 2, odkud je pomocí škrtícího ventilu 220 odpadním potrubím 22 odpuštěn mimo zařízení. Kondenzát, kterému bylo předáno v procesu, probíhajícím v celém zařízení, kondenzační tep4

214 421 lo brýdové páry, je ze separační nádoby 2 odpouštěn vratným potrubím 21 přes vratný ventil 210 zpět do odplyňovací nádrže 3. Úroveň a intenzita procesu, kterým je tepelná energie parní složky brýdových par v zařízení předána teplonosné kapalině, jíž je v tomto příkladu provedení poháněči voda, je vyjádřena koeficientem £ vykondenzování brýdových par a celková účinnost zařízení je provozně měnitelná změnou průtočných průřezů vratného ventilu 210 a regulačního ventilu 51. Přitom hladina vody v separační nádobě 2 je udržována ve zhruba konstantní úrovni schematicky zakreslenou regulační smyčkou £, která ovládá zdvih škrtícího ventilu 220 a tím i odtah koncentrovaného brýdu mimo zařízení.

Claims (1)

1. Zařízení pro přetlakovou regeneraci tepelné energie brýdových par obsahující vodní komoru, mezikruhovou dýau, směšovací komoťu a difuzor vyznačená tím, že do vodní komory (ll) je vložen vstupní kanál (32), napojený ®a potrubí (4) 'brýdové páry, které je na opáč ném konci spojeno s vrcholovou částí odplyňovací nádrže (3), jejíž spodní část je opatřena vstupem vratného potrubí (21,) opatřeného vratným ventilem (210) a na opačném konci připojeného ke dnu separační nádoby (2), do níž ústí difuzor (14), a přitom k této separační nádobě (2) je současně připojeno odpadní potrubí (22) se škrtícím ventilem (220), zatímco ke stěně vodní komory (ll) je připojeno napájecí potrubí (5) s regulačním ventilem (51).