CZ24220U1 - Zapojení tepelného čerpadla do systému energetického kondenzačního parního stroje s využitím pro tepelnou regeneraci napájecí vody, ohřev topné vody pro komunální vytápění a chlazení chladicího média v systémech energetických kondenzačních parních strojů - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká zapojení tepelného čerpadla do systému kondenzace, regenerace, topné vody pro komunální vytápění a systému chladicí vody kondenzátoru kondenzačních parních strojů s využitím tepelného čerpadla jako zdroje chladu a tepla.

Dosavadní stav techniky

Současné technické řešení zapojení parních kondenzačních turbín je patmé z Obr. 1. Využívá io principu kondenzace páry za nízkotlakým dílem parní kondenzační turbíny v kondenzátoru turbíny. Teplo vzniklé kondenzací páry za posledním dílem parní kondenzační turbíny je odváděno z kondenzátoru turbíny prostřednictvím okruhu chladicí vody kondenzátoru turbíny cirkulací pomocí čerpadla chladicí vody do chladicí věže, kde je přivedené teplo odvedeno do okolního prostředí. Kondenzační teplo může být rovněž odvedeno do mořské nebo říční vody podle prirod15 nich podmínek prostředí.

Pára, která tamo Kondenzuje na kondenzát páry, se dále nazývá napájecí voda a je linií napájecí vody čerpána přes výměníky nízkotlaké regenerace, středotlaké regenerace do napájecí nádrže a odtud napájecím čerpadlem do výměníků vysokotlaké regenerace a do kotle nebo jiného zdroje tepla vyvíjející páru podle typu elektrárny. Napájecí voda by měla být ohřátá na teplotu, která je vyžadována technologickým procesem výroby páry. Současné technické řešení zapojení parních kondenzačních turbín pro ohřev napájecí vody čili regeneraci napájecí vody používá páru z odběrů vysokotlakého, středotlakého a nízkotlakého dílu parní kondenzační turbíny.

Hlavní nevýhodou současného technického řešení zapojení parních kondenzačních turbín je skutečnost, že veškerá tepelná energie potřebná pro ohřev napájecí vody nebo pro ohřev vody pro potřeby vytápění musí být odebrána z odběrů vysokotlakého, středotlakého a nízkotlakého dílu parní kondenzační turbíny nebo z přívodního potrubí páry do vysokotlakého dílu parní turbíny. Toto technického řešení zapojení parních kondenzačních turbín snižuje využití přivedené termické práce do jednotlivých dílů turbín a tím i množství vyrobené elektrické práce na svorkách elektrického generátoru. Důsledkem tohoto řešení je podstatné snížení účinnosti celého systému parní kondenzační turbíny.

Další nevýhoda současného technického řešení zapojení parních kondenzačních turbín spočívá v tom, že kondenzační teplo je vyvedeno mimo technologický proces výroby elektrické energie nebo pro účely vytápění a to v hodnotách přesahujících až 60 % celkového tepelného příkonu přiváděného do turbíny z kotle. Důsledkem tohoto současného technického řešení je požadavek na chladicí okruh parní kondenzační turbíny vyžadující investiční a provozní náklady na zajištění provozu okruhu chladicí vody kondenzátoru turbíny včetně systémů doplňování vody do okruhu chladicí vody kondenzátoru turbíny a udržování chemického režimu vody chladicího okruhu vody kondenzátoru turbíny.

Další nevýhodou současného technického řešení zapojení parních kondenzačních turbín je nega40 tivní ekologický dopad způsobený vyváděním kondenzačního tepla do okolní atmosféry, které způsobuje úlet značného množství vodní páry s negativním dopadem na klima v okolí elektráren. Stejně negativní ekologický dopad je v případě vyvedení kondenzačního tepla do mořské nebo říční vody.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje navržené technické řešení zapojením tepelného čerpadla do okruhu chladicí vody kondenzátoru turbíny podle nároku 1 a 2. Podstata technického

- 1 CZ 24220 Ul řešení spočívá v tom, že do okruhu chladicí vody kondenzátoru turbíny v oteplené větvi je umístěn expandér-výměník tepelného čerpadla. Expandér-výměník tepelného čerpadla je navržen jako tepelný výměník, kde se expandující médium ochladí a zároveň odebírá tepelnou energii z oteplené větve okruhu chladicí vody kondenzátoru turbíny, čímž dochází k ochlazování chladicí vody kondenzátoru turbíny, která je následně zavedena do chladicí věže popřípadě obtokem chladicí věže je regulována teplota chladicí vody před vstupem do kondenzátoru turbíny. Odvedená nízkopotenciální tepelná energie z chladicí vody kondenzátoru turbíny je prostřednictvím chladicího média vyvedena do systému tepelného čerpadla a zde je transformována na vysokopotenciální tepelnou energii do vyšších teplotních hladin. Takto získané vysokopotenciální teplo je vyvedeno ío z okruhu tepelného čerpadla do tepelných výměníků, které zajišťují ohřev topné vody do distribuční sítě komunálního vytápění a/nebo ohřev napájecí vody v rozsahu umožňující teplotní parametry otepleného média tepelného čerpadla, což je zohledněno v nároku 1.

Výhodou navrženého technického řešení je nižší investiční náročnost na chladicí věž, nižší provozní náklady na udržování chemického režimu okruhu chladicí vody kondenzátoru turbíny, menší množství odluhů z okruhu chladicí vody kondenzátoru turbíny a menší množství doplňované vody do chladicího okruhu kondenzátoru turbíny. Další výhodou navrženého technického řešení je využití nízkopotenciální tepelné energie odebrané z chladicího okruhu kondenzátoru turbíny, která by jinak byla ztracena úletem do atmosféry, pro vytápění objektů nebo technologických zařízení a/nebo pro ohřev napájecí vody. Výhodou navrženého technického řešení je také provozování systému kondenzace i v režimu, kdy systém tepelného čerpadla není v provozu.

Je možné navržené technického řešení využít v zapojení, kdy expandér-výměník tepelného čerpadla je umístěn přímo do kondenzačního prostoru tělesa kondenzátoru turbíny. Ke kondenzaci páry přicházející z nízkotlakého stupně kondenzační turbíny dochází přímo na povrchu teplosměnné plochy expandéru-výměníku. Podle tohoto zapojení není třeba použít chladicí okruh kondenzátoru turbíny. Výhody technického řešení podle tohoto zapojení jsou shodné s výhodami technického řešení uvedeného výše, ale navíc zde přistupuje výhoda zohledňující odstranění investičních nákladů na realizaci chladicího okruhu kondenzátoru turbíny a odstranění nákladů na provozování chladicího okruhu chlazení kondenzátoru turbíny. Nevýhodou tohoto technického řešení je ten, že systém kondenzace lze provozovat pouze při současném provozování systému tepelného Čerpadla. Společnou výhodou obou řešení je snížení nebo úplné odstranění ekologické zátěže okolí způsobené úletem vodní páry z chladicí věže a snížení respektive odstranění požadavku na dodávku doplňovací vody do systému chladicí vody kondenzátoru turbíny.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení je blíže objasněno na přiložených obrázcích. Obr. 1 znázorňuje stávající řešení zapojení parní kondenzační turbíny s chladicím okruhem kondenzátoru turbíny, kterýje zapojen do okruhu chladicí věže. Obr. 2 znázorňuje navržené technické řešení ..Zapojení tepelného čerpadla pro využití odpadního nízkopotenciálního tepla v okruhu chladicí vody“, které má umístěný expandér-výměník v okruhu chladicího vody kondenzátoru turbíny. Obr. 3 znázorňuje navržené technické řešení zapojení tepelného čerpadla pro využití odpadního nízkopotenciálního tepla s expandérem-výměníkem umístěným v parním prostoru kondenzátoru parní kondenzační turbíny.

Příklady provedení technického řešení

Příklad 1

Provedení technického řešení je patrné na obr. 2, které znázorňuje technické řešení zapojení te45 pelného čerpadla 12. které je na straně okruhu 21 chladicího média tepelného čerpadla zapojeno do expandéru-výměníku j_3. Expandér-výměník 13 je umístěn v oteplené větvi 18 okruhu chladicí vody kondenzátoru turbíny. Okruh chladicí vody kondenzátoru turbíny je ochlazován expandovaným chladicím médiem přiváděným ze systému tepelného Čerpadla 12 okruhem 21 chladicí-2CZ 24220 Ul ho média tepelného čerpadla. V expandéru-výměníku 13 se chladicí médium ohřívá přestupem tepla z vody chladicího okruhu J8 kondenzátoru turbíny. Takto získané nízkopotenciální teplo je odvedeno prostřednictvím teplé větve okruhu 21 chladicího média tepelného čerpadla do tepelného čerpadla 12, ve kterém je transformováno na hodnoty výstupních teplot požadované pro výměník 16 výměníkové stanice, který zajišťuje ohřev média sloužící k vyvedení tepla pro komunální vytápění a na hodnoty teploty média požadované pro výměníky 14 a 15, které zajišťují ohřev napájecí vody v trase 19. Vyvedení tepla z tepelného čerpadla 12 do výměníku 16 výměníkové stanice a do regeneračního výměníku nízkotlakého 14 je zajištěno nízkoteplotním okruhem 20 topného média tepelného čerpadla a vyvedení tepla do regeneračního výměníku 15 vysokotlaio kého je zajištěno vysokoteplotním okruhem 23 topného média tepelného čerpadla. Technické řešení zapojení tepelného Čerpadla 12 podle Obr. 2 umožňuje vychlazování okruhu 18 chladicí vody kondenzátoru turbíny a ohřev napájecí vody respektive vyvedení tepla pro komunální vytápění, ke kterému je využito nízkopotenciální teplo transformované v tepelném čerpadle 12 na vysokopotenciální teplo,

Příklad 2

Provedení technického řešení je patrné na Obr. 3, které znázorňuje zapojení tepelného čerpadla 12 na straně okruhu 21 chladicího média tepelného čerpadla do expandéru-výměníku 13, kterýje umístěn v kondenzačním prostoru kondenzátoru turbíny 2. Zde dochází na povrchu expandéruvýměníku 13 k ochlazování a postupné kondenzaci páry přiváděné z nízkotlakého dílu turbíny

1.3. Zároveň v okruhu 21 chladicího média tepelného čerpadla dojde k ohřátí chladicího média, které je zavedeno do tepelného čerpadla Γ2. Další proces již probíhá stejně, jak je popsáno v Příkladu 1 výše.

Claims (2)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zapojení tepelného čerpadla do systému energetického kondenzačního parního stroje pro

   25 tepelnou regeneraci napájecí vody, ohřev topné vody pro komunální vytápění a chlazení chladicího média v systémech energetických kondenzačních parních strojů, vyznačující se tím, že do systému tepelného čerpadla (12) na straně okruhu (21) chladicí kapaliny tepelného čerpadla je zapojen expandér-výměník (13) umístěný ve větvi (18) oteplené vody okruhu chladicí vody kondenzátoru turbíny, přičemž do systému tepelného čerpadla (12) na straně nízkoteplot30 ního okruhu (20) topné vody tepelného čerpadla je zapojen výměník (16) výměníkové stanice zajišťující ohřev topné vody pro komunální vytápění a výměník (14) nízkotlaké regenerace pro zajištění ohřevu napájení vody v systému nízkotlaké regenerace a zároveň do systému tepelného čerpadla (12) na straně vysokoteplotního okruhu (23) topné vody tepelného čerpadla je zapojen výměník (15) vysokotlaké regenerace pro zajištění ohřevu napájení vody v systému vysokotlaké

   35 regenerace.
2. 2. Zapojení tepelného čerpadla do systému energetického kondenzačního parního stroje s využitím pro tepelnou regeneraci napájecí vody, ohřev topné vody pro komunální vytápění a chlazení chladicího média v systémech energetických kondenzačních parních strojů podle nároku 1, vyznačující se tím, že expandér-výměník (13) namísto do větve (18) oteplené

   40 vody okruhu chladicí vody kondenzátoru turbíny je umístěn do kondenzačního prostoru kondenzátoru turbíny (2).