Паротурбинная установка

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Олешкевич Марк Михайлович Олешкевич Вячеслав Маркович(72) Авторы Олешкевич Марк Михайлович Олешкевич Вячеслав Маркович(73) Патентообладатели Олешкевич Марк Михайлович Олешкевич Вячеслав Маркович(57) 1. Паротурбинная установка, содержащая котельный агрегат с промежуточным пароперегревателем, паровую турбину, конденсатор, конденсатный насос, подогреватель низкого давления, деаэратор, питательный насос, подогреватель высокого давления,отличающаяся тем, что она снабжена тепловым насосом, который содержит компрессор,испаритель и, по меньшей мере, один конденсатор, испаритель теплового насоса совмещен с конденсатором паротурбинной установки, конденсатор теплового насоса совмещен с подогревателем конденсата низкого давления паротурбинной установки. 2. Паротурбинная установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена вторым тепловым насосом, который содержит компрессор, испаритель и, по меньшей мере, один конденсатор, первый тепловой насос снабжен вторым конденсатором, второй конденсатор первого теплового насоса совмещен с испарителем второго теплового насоса, первый конденсатор второго теплового насоса совмещен с подогревателем деаэратора. 78072011.12.30 3. Паротурбинная установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена вторым и третьим тепловыми насосами, каждый из которых содержит компрессор, испаритель и, по меньшей мере, один конденсатор, первый тепловой насос снабжен вторым конденсатором, второй конденсатор первого теплового насоса совмещен с испарителем второго теплового насоса, первый конденсатор второго теплового насоса совмещен с подогревателем деаэратора, второй конденсатор второго теплового насоса совмещен с испарителем третьего теплового насоса, конденсатор третьего теплового насоса совмещен с подогревателем высокого давления паротурбинной установки. Полезная модель относится к энергетике и может быть использована для выработки электрической энергии на тепловых электрических станциях, в частности на конденсационных электрических станциях. Известные конструкции паротурбинных установок, предназначенных для получения электрической и тепловой энергии на тепловых электрических станциях, содержат котельный агрегат, теплофикационную паровую турбину, конденсатор, конденсатный и питательный насосы, деаэратор и подогреватели конденсата 1. Паротурбинная установка содержит паровую турбину с теплофикационным отбором, теплофикационные подогреватели, соединенные трубопроводами с сетями подвода охлажденного и отвода нагретого теплоносителя, последовательно установленные в сети отвода нагретого теплоносителя циркуляционный насос и пиковый котел с обводной магистралью, периодически включающийся в работу при повышенной тепловой нагрузке в периоды стояния низкой температуры окружающей среды, и снабжена управляющими клапанами, соединенными с системой автоматического управления, и бойлером для приготовления горячей воды. Паротурбинные установки с теплофикационными турбинами имеют высокий общий КПД (70-80 ) только при полной тепловой нагрузке. При сезонном снижении тепловой нагрузки паротурбинные установки переводятся в конденсационный режим с понижением КПД до величины, равной КПД конденсационной электрической станции (30-40 ), или снижают выработку электроэнергии. Недостатки данного технического решения связаны с низким КПД установки при сезонных снижениях тепловой нагрузки, в тех случаях, когда станция вынуждена переходить в конденсационный режим, или недоотпуск электроэнергии при поддержании постоянным соотношения между количеством вырабатываемой тепловой и электрической энергии. Известна паротурбинная установка, предназначенная для получения электрической энергии на тепловых электрических станциях, содержащая котельный агрегат с промежуточным пароперегревателем, паровую турбину, конденсатор, конденсатный насос, подогреватель низкого давления, деаэратор, питательный насос, подогреватель высокого давления 2 (прототип). Недостатком этого технического решения является низкий КПД установки при отсутствии потребителей тепловой энергии и при необходимости сброса тепла отработанного пара из конденсатора в пруд-охладитель, градирню или водохранилище. Задачей, решаемой полезной моделью, является повышение КПД установки. Поставленная задача решается тем, что паротурбинную установку, предназначенную для получения электрической энергии на тепловых электрических станциях, содержащую котельный агрегат с промежуточным пароперегревателем, паровую турбину, конденсатор,2 78072011.12.30 конденсатный насос, подогреватель низкого давления, деаэратор, питательный насос, подогреватель высокого давления, снабжают тепловым насосом, который содержит компрессор, испаритель и, по меньшей мере, один конденсатор, испаритель теплового насоса совмещен с конденсатором паротурбинной установки, конденсатор теплового насоса совмещен с подогревателем конденсата низкого давления паротурбинной установки. Паротурбинную установку снабжают вторым тепловым насосом, который содержит компрессор, испаритель и, по меньшей мере, один конденсатор, первый тепловой насос снабжен вторым конденсатором, второй конденсатор первого теплового насоса совмещен с испарителем второго теплового насоса, первый конденсатор второго теплового насоса совмещен с подогревателем деаэратора. Паротурбинную установку снабжают вторым и третьим тепловыми насосами, каждый из которых содержит компрессор, испаритель и, по меньшей мере, один конденсатор, первый тепловой насос снабжен вторым конденсатором, второй конденсатор первого теплового насоса совмещен с испарителем второго теплового насоса, первый конденсатор второго теплового насоса совмещен с подогревателем деаэратора, второй конденсатор второго теплового насоса совмещен с испарителем третьего теплового насоса, конденсатор третьего теплового насоса совмещен с подогревателем высокого давления паротурбинной установки. Полезная модель поясняется чертежом, где на фигуре показана тепловая схема паротурбинной установки. Котельный агрегат 1 с промежуточным пароперегревателем 1 соединен паропроводом 2 паротурбинной установки с паровой турбиной 3. На одном валу с турбиной находится электрогенератор 4. Выход турбины с помощью паропровода отработанного пара 5 соединен с конденсатором 6 паротурбинной установки, совмещенным с испарителем 7 первого теплового насоса. Конденсатор 6 посредством конденсатопровода 8 соединен с конденсатным насосом 9, подогревателем 10 низкого давления паротурбинной установки, совмещенным с первым конденсатором 11 первого теплового насоса, деаэратором 12,совмещенным с первым конденсатором 13 второго теплового насоса, питательным насосом 14, подогревателем 15 высокого давления паротурбинной установки, совмещенным с конденсатором 16 третьего теплового насоса. 17 - компрессор первого теплового насоса,18 - теплопроводы парообразного теплоносителя (например, аммиака) тепловых насосов,19 - теплопроводы конденсата теплоносителя (например, аммиака) тепловых насосов с дросселирующими отверстиями терморегулируемого расширительного вентиля. 20 - второй конденсатор первого теплового насоса, совмещенный с испарителем 21 второго теплового насоса, 22 - компрессор второго теплового насоса, 23 - конденсатор второго теплового насоса, совмещенный с испарителем 24 третьего теплового насоса, 25 - компрессор третьего теплового насоса. При работе паротурбинной установки свежий (острый) пар из котельного агрегата 1 по паропроводу 2 попадает на рабочие лопатки паровой турбины 3. При расширении кинетическая энергия пара превращается в механическую энергию вращения ротора турбины,который расположен на одном валу с электрическим генератором 4. Отработанный пар из турбины по паропроводу 5 направляется в конденсатор 6 паротурбинной установки, совмещенный с испарителем 7 первого теплового насоса. В конденсаторе 6 отработанный пар охлаждается и конденсируется путем теплообмена с совмещенным испарителем 7 теплового насоса. Далее полученный конденсат проходит по конденсатопроводу 8, через конденсатный насос 9, подогреватель 10 низкого давления, совмещенный с первым конденсатором 11 первого теплового насоса, деаэратор 12, совмещенный с первым конденсатором 13 второго теплового насоса, питательный насос 14, подогреватель 15 высокого давления, совмещенный с конденсатором 16 третьего теплового насоса. Отданное пароконденсатором 6 паротурбинной установки испарителю 7 первого теплового насоса, совмещенного с ним, тепло приводит к испарению теплоносителя (напри 3 78072011.12.30 мер, аммиака) первого теплового насоса и по теплопроводу 18 парообразного теплоносителя (например, аммиака) теплового насоса направляется в конденсаторы 11 и 21 первого теплового насоса. Первый тепловой насос повышает температуру теплоносителя (например, аммиака) до величины, необходимой для передачи тепловой энергии, отнятой в конденсаторе паротурбинной установки, конденсату в подогревателе низкого давления. Через конденсатор 11 при повышенной первым тепловым насосом температуре тепло передается подогревателю 10 конденсата паротурбинной установки. Через второй конденсатор 21 первого теплового насоса при повышенной тепловым насосом температуре тепло передается испарителю 20 второго теплового насоса. Нагретый в подогревателе 10 низкого давления конденсат далее поступает в деаэратор 12, совмещенный с первым конденсатором 13 второго теплового насоса. Второй тепловой насос повышает температуру теплоносителя (например, аммиака) до величины, необходимой для передачи тепловой энергии, отнятой в конденсаторе первого теплового насоса,конденсату в подогревателе деаэратора. В деаэраторе тепло при повышенной вторым тепловым насосом температуре от конденсатора 13 второго теплового насоса передается конденсату. Далее конденсат питательным насосом 14 подается в подогреватель высокого давления 15. Третий тепловой насос повышает температуру теплоносителя (например, аммиака) до величины, необходимой для передачи тепловой энергии, отнятой в конденсаторе второго теплового насоса, конденсату в подогревателе высокого давления. Через второй конденсатор 23 второго теплового насоса, совмещенный с испарителем 24 третьего теплового насоса при дополнительно повышенной третьим тепловым насосом температуре тепло передается конденсатору 16 третьего теплового насоса и совмещенному с ним подогревателю 15 высокого давления паротурбинной установки. После подогревателя 15 дополнительно подогретый конденсат опять подается в котельный агрегат 1. Компрессор 17 первого теплового насоса засасывает из испарителя 7 первого теплового насоса, совмещенного с конденсатором паротурбинной установки, теплоноситель (например, аммиак) в виде пара, сжимает его (при этом температура теплоносителя повышается) и выталкивает по теплопроводу 18 в конденсаторы 11 и 21 первого теплового насоса, совмещенные соответственно с подогревателем 10 паротурбинной установки и испарителем 20 второго теплового насоса. В конденсаторах 11 и 21 нагретый в результате сжатия теплоноситель первого теплового насоса остывает, отдавая тепло конденсату паротурбинной установки в подогревателе 10 и теплоносителю второго теплового насоса в его испарителе 20. Пары теплоносителя при этом конденсируются, то есть превращаются в жидкость, поступающую через дросселирующее отверстие трубопровода 18 в испаритель 7 теплового насоса, где за счет резкого уменьшения давления происходит испарение жидкости и превращение ее в пар. При этом теплоноситель (например, аммиак) отнимает тепло у внутренних стенок испарителя 7 первого теплового насоса, за счет чего происходит охлаждение внутреннего пространства конденсатора 6 паротурбинной установки. Таким образом, в конденсаторах 11 и 21 теплового насоса теплоноситель под воздействием высокого давления конденсируется и переходит в жидкое состояние, выделяя тепло, а в испарителе 7 теплового насоса под воздействием низкого давления вскипает и переходит в газообразное состояние, поглощая тепло. Дросселирующее отверстие терморегулируемого расширительного вентиля теплопровода 18 конденсата теплоносителя первого теплового насоса создает необходимую разность давлений между конденсатором и испарителем, при которой происходит цикл теплопередачи. В испарителе 20 второго теплового насоса тепло от совмещенного с ним конденсатора 21 первого теплового насоса передается второму тепловому насосу и испаряет рабочую жидкость. Далее компрессор 22 второго теплового насоса засасывает из испарителя 20 второго теплового насоса газообразный теплоноситель (например, аммиак), сжимает его(при этом температура теплоносителя повышается) и выталкивает его по теплопроводу 18 4 78072011.12.30 второго теплового насоса в конденсаторы 13 и 23 второго теплового насоса, совмещенные с деаэратором 12 парогенераторной установки и испарителем 24 третьего теплового насоса. В конденсаторах 13 и 23 пары теплоносителя второго теплового насоса конденсируются и отдают тепло от конденсатора 13 конденсату парогенераторной установки в деаэраторе 12, от конденсатора 23 - испарителю 24 третьего теплового насоса. Теплоноситель третьего теплового насоса испаряется в испарителе 24, засасывается компрессором 25 третьего теплового насоса и выталкивается по теплопроводу 18 третьего теплового насоса в конденсатор 16 третьего теплового насоса, где конденсируется, отдает тепло совмещенному с ним подогревателю 15 высокого давления парогенераторной установки. Таким образом, с помощью тепловых насосов тепло, снимаемое в конденсаторе паротурбинной установки, возвращается конденсату в подогревателе низкого давления, в деаэраторе и подогревателе высокого давления. Паротурбинная установка может найти применение на конденсационных электрических станциях, а также на теплофикационных электрических станциях при сезонных снижениях тепловой нагрузки в тех случаях, когда станция вынуждена переходить в конденсационный режим. Поскольку тепло, отбираемое в конденсаторе паротурбинной установки, при конденсации пара через тепловые насосы возвращается в контур паротурбинной установки, а не сбрасывается в пруд-охладитель, градирню или водохранилище, КПД установки может достигать величины, равной КПД теплофикационной электрической станции при полной тепловой нагрузке. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5