RU2087724C1

RU2087724C1 - Method for raising efficiency of steam-turbine plant

Info

Publication number: RU2087724C1
Application number: RU93039886A
Authority: RU
Inventors: Василий Георгиевич Куйдин
Original assignee: Василий Георгиевич Куйдин
Priority date: 1993-08-05
Filing date: 1993-08-05
Publication date: 1997-08-20

Abstract

FIELD: power engineering; thermal and nuclear power stations. SUBSTANCE: dead steam is supplied to one or more vortex tubes wherein is it bifurcated to form cold and hot currents. Cold current condensed inside vortex tube is drained in hot well. Hot current is discharged to heat exchanger of turbine regeneration system wherein it is condensed and drained in hot well. EFFECT: reduced heat loss in turbine condenser. 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике, в частности к устройствам конденсации пара в паротурбинных установках. The invention relates to energy, in particular to steam condensation devices in steam turbine plants.

Целью изобретения является увеличение коэффициента полезного действия (КПД) паротурбинной установки за счет уменьшения потерь тепла отработавшего пара, уносимого охлаждающей водой в конденсаторе турбины. The aim of the invention is to increase the efficiency (COP) of a steam turbine unit by reducing the heat loss of the exhaust steam carried away by cooling water in the turbine condenser.

На работающих в настоящее время по циклу Ренкина паротурбинных установках тепловых и атомных электростанций обязательным элементом является конденсатор турбины, в котором происходит конденсация отработавшего пара. Конденсатор представляет собой регенеративный теплообменник поверхностного типа, в котором нагреваемым элементом является циркулярная вода. Она забирает тепло отработавшего пара в количестве, необходимом для конденсации последнего, и отдает это тепло окружающей среде либо в градирнях, либо в прудах - охладителях. Таким образом, налицо потери тепла паротурбинных установок с охлаждающей водой. Эти потери достигают 45^oC50% [1]
Известен способ конденсации пара в регенеративных поверхностных конденсаторах при использовании в качестве охлаждающего тепла атмосферного воздуха, осуществляемый при наличии достаточного перепада температур наружного воздуха и пара [2] При этом способе воздухе, нагреваясь от отработавшего пара, аккумулирует тепло в специальных тепловых аккумуляторах, из которых тепло в нужный момент возвращается обратно в цикл паротурбинной установки. Указанный способ хотя и уменьшает потери тепла в окружающую среду, однако лишь при наличии перепада температур между паром, а также используется лишь часть трубных пучков конденсатора.At steam-turbine units of thermal and nuclear power plants currently operating on the Rankine cycle, a turbine condenser in which the condensation of the spent steam takes place is an obligatory element. The condenser is a surface-type regenerative heat exchanger in which circular water is the heated element. It takes the heat of the spent steam in the amount necessary for condensation of the latter, and gives this heat to the environment either in cooling towers or in cooling ponds. Thus, there is a loss of heat in steam turbine units with cooling water. These losses reach 45 ^o C50% [1]
A known method of condensation of steam in regenerative surface condensers when using atmospheric air as cooling heat, carried out in the presence of a sufficient temperature difference between outdoor air and steam [2] In this method, the air, being heated from the exhaust steam, accumulates heat in special heat accumulators, of which heat at the right time returns to the cycle of the steam turbine installation. This method, although it reduces heat loss to the environment, however, only in the presence of a temperature difference between the steam, only a part of the tube bundles of the condenser is used.

От перечисленных недостатков частично свободен другой способ, заключающийся в том, что через часть трубного пучка конденсатора турбины проходит холодный природный газ, который нагревается и подается в топку парового котла [3] По этому способу природный газ сначала разделяется в вихревой трубе на горячий и холодный потоки. Горячий газ подается прямо в топку котла, а холодный сначала нагревается в конденсаторе турбины, и только после этого подается в котел. The other method is partially free from the above disadvantages, namely, cold natural gas passes through a part of the turbine condenser tube bundle, which is heated and supplied to the steam boiler furnace [3]. In this method, natural gas is first separated into hot and cold streams in a vortex tube. . Hot gas is supplied directly to the boiler furnace, while cold gas is first heated in the turbine condenser, and only after that it is supplied to the boiler.

Но данный способ тоже имеет свои недостатки, т.к. его можно использовать при наличии газомазутных котлов, а также тепло, отбираемое газом у отработавшего в турбине водяного пара, недостаточно для полной конденсации последнего. Поэтому в конденсаторе турбины для нагрева газа используется лишь часть трубного пучка, а через остальные трубки протекает циркуляционная вода. But this method also has its drawbacks, because it can be used in the presence of gas-oil boilers, and the heat taken by the gas from the steam that has been exhausted in the turbine is not enough to completely condense the latter. Therefore, in the turbine’s condenser, only part of the tube bundle is used to heat the gas, and circulating water flows through the remaining tubes.

Сущность изобретения заключается в следующем. Поток отработавшего в турбине пара последних ступеней цилиндра низкого давления подают в вихревую трубу, где он приобретает вихревое (винтовое) движение. В результате этого движения возникает эффект Ранка и поток пара разделяется на два потока холодный и горячий. При своем движении внутри вихревой трубы холодный поток пара конденсируется и полученный конденсат сливают в конденсатосборник. Горячий поток подают в теплообменник системы регенерации турбины, где он отдает свое тепло основному конденсату после конденсатных наносов, кондесируется и смешивается с основным конденсатом. The invention consists in the following. The stream of the last stages of the low-pressure cylinder spent in the turbine is fed into the vortex tube, where it acquires a vortex (screw) motion. As a result of this movement, the Rank effect occurs and the steam stream is divided into two streams, cold and hot. During its movement inside the vortex tube, the cold steam stream condenses and the condensate obtained is discharged into the condensate collector. The hot stream is fed to the heat exchanger of the turbine regeneration system, where it gives its heat to the main condensate after condensate deposits, is condensed and mixed with the main condensate.

При больших перепадах разряжений между паром в выхлопном патрубке турбины и кондесатосборнике возможно применение нескольких вихревых труб, включенных последовательно. Тогда холодный поток пара, выходящий из первой вихревой трубы, подают на вход следующей трубы. Полная конденсация происходит в последней вихревой трубе данного каскада последовательно включенных труб. With large differences in vacuum between the steam in the exhaust pipe of the turbine and the condensate collector, it is possible to use several vortex tubes connected in series. Then a cold stream of steam leaving the first vortex tube is fed to the inlet of the next pipe. Full condensation occurs in the last vortex tube of this cascade of series-connected pipes.

В случае большого расхода отработавшего в турбине пара возможна установка нескольких параллельных каскадов последовательно включенных вихревых труб. In the case of a high flow rate of the steam spent in the turbine, it is possible to install several parallel cascades of vortex tubes connected in series.

Данный способ может быть реализован в устройстве, схема которого показана на чертеже. This method can be implemented in a device, a diagram of which is shown in the drawing.

Отработавший в турбине пар поступает в выхлопной патрубок турбины 1, откуда по вводным трубам 2 его подают к соплам 3, установленным тангенциально в вихревой трубе 4. В этой трубе поток пара приобретает винтовое движение, в результате которого происходит перераспределение температур по ширине потока. Более холодные слои находятся ближе к центру трубы, а более горячие ближе к стенке. Двигаясь по спирали, поток пара удаляется в длительный конус 5, и в результате этого горячий поток проходит в фиксированный зазор между корпусом трубы и по паропроводу 6 его подают в поверхностный теплообменник регенерации турбины. Холодные слои парового потока после удара о конус двигаются вдоль центра трубы в обратном направлении, конденсируются при своем движении, и полученный конденсат через трубопровод 7 сливают в расширитель 8. В расширителе конденсат за счет эффекта Джоуля-Томпсона дополнительно переохлаждается и попадает в конденсатосборник 9, откуда подается на всас конденсатных насосов. В расширитель, кроме того, через трубу 10 заведен слив конденсата горячего потока пара теплообменника регенерации турбины и прочие необходимые потоки. Удаление газов и воздуха от присосов происходит через трубу 11 с помощью эжекторов. Конденсат и конденсатосборник отделен от отработавшего в турбине пара с помощью непроницаемой перегородки 12. The steam spent in the turbine enters the exhaust pipe of the turbine 1, from where it is fed through nozzles 2 to nozzles 3 mounted tangentially in the vortex tube 4. In this tube, the steam flow acquires a helical movement, as a result of which temperature is redistributed over the width of the stream. The colder layers are closer to the center of the pipe, and the hotter ones are closer to the wall. Moving in a spiral, the steam stream is removed into a long cone 5, and as a result, the hot stream passes into a fixed gap between the pipe body and is fed through a steam line 6 to the surface turbine regeneration heat exchanger. The cold layers of the steam stream after hitting the cone move along the center of the pipe in the opposite direction, condense during its movement, and the condensate obtained is discharged through the pipe 7 into the expander 8. In the expander, the condensate due to the Joule-Thompson effect is additionally cooled and gets into the condensate collector 9, from where fed to the inlet of the condensate pumps. In addition, through the pipe 10, a condensate drain of the hot steam stream of the turbine regeneration heat exchanger and other necessary flows are introduced into the expander. The removal of gases and air from the suction cups occurs through the pipe 11 using ejectors. The condensate and the condensate collector are separated from the steam spent in the turbine by means of an impermeable partition 12.

Предлагаемый способ позволит увеличить КПД паротурбинной установки, т.е. увеличить мощность турбины при уменьшении количества сжигаемого в котле топлива, увеличить надежность работы паровой турбины, т.к. исключается возможность аварийного останова турбины из-за срыва вакуума в конденсаторе в результате отключения циркуляционных насосов; улучшить качество питательной воды, т.к. исключается возможность попадания самой воды в линию основного конденсата турбины в результате разрыва конденсационных трубок; уменьшить трудоемкость обслуживания паротурбинных установок и, кроме того, применение данного способа позволит уменьшить тепловое загрязнение окружающей среды, т. к. практически все тепло пара будет использоваться в цикле паротурбинной установки. The proposed method will increase the efficiency of the steam turbine installation, i.e. increase the turbine power while decreasing the amount of fuel burned in the boiler, increase the reliability of the steam turbine, as eliminates the possibility of an emergency shutdown of the turbine due to a breakdown of the vacuum in the condenser as a result of shutting down the circulation pumps; improve the quality of feed water, as eliminates the possibility of water entering the line of the main condensate of the turbine as a result of rupture of the condensation tubes; reduce the complexity of servicing steam turbine plants and, in addition, the use of this method will reduce thermal pollution of the environment, since almost all the heat of the steam will be used in the cycle of the steam turbine installation.

Claims

A method of increasing the efficiency of a steam turbine plant by using the heat of the steam exhausted in the turbine, characterized in that the flow of steam exhausted in the turbine is fed into one or more vortex tubes, where it is divided into cold and hot flows, the first of which condensed in the vortex tube is drained into a condensate collector and the latter is taken to a turbine regeneration heat exchanger, where it is condensed and drained into a condensate collector.