Способ получения рабочего тела для паровой турбины и установка для получения рабочего тела паровой турбины

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА ДЛЯ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ И УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РАБОЧЕГО ТЕЛА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ(71) Заявитель Гомельское республиканское унитарное предприятие электроэнергетики Гомельэнерго(72) Авторы Соболь Владимир Анисимович Романовский Александр Якимович Липский Анатолий Евгеньевич Манкевич Эдуард Александрович(73) Патентообладатель Гомельское республиканское унитарное предприятие электроэнергетики Гомельэнерго(57) 1. Способ получения рабочего тела для паровой турбины, связанной с турбогенератором или другим энергетическим оборудованием, при котором поток отобранного из системы парообеспечения турбины энергоблока пара высоких параметров разветвляют на отдельные потоки, каждый из которых в качестве рабочей среды подают в кольцевые сопла соплового аппарата и формируют полые конически сходящиеся и цилиндрические кольцевые рабочие струи таким образом, что как внутренняя поверхность струй, так и наружная контактируют с окружающей средой с образованием одной общей и по одной 14583 1 2011.08.30 смежной с общей для всех потоков области разрежения первичного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока и ряда других областей разрежения, последовательно расположенных в стороны от общей и смежных с ней областей разрежения,промежуточного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока и конечного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока, дополнительно подводят ко всем областям разрежения из выхлопного патрубка турбины энергоблока отработавший в ней пар выхлопа и обеспечивают всасывание пара выхлопа турбины в полученные области разрежения, смешивание его с рабочей средой и преобразование кинетической энергии струи каждого полученного суммарного потока и первичное, промежуточное и конечное увеличение параметров пара выхлопа турбины, при этом всасывание пара выхлопа турбины энергоблока в области разрежения первичного увеличения параметров пара выхлопа турбины осуществляют взаимодействием последнего как с внутренней, так и с наружной поверхностями конически сходящихся рабочих высоконапорных струй пара, в области разрежения промежуточного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока - взаимодействием пара выхлопа турбины энергоблока с наружной и с внутренней поверхностями суммарного потока после первичного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока, а в области конечного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока - взаимодействием и с наружной, и с внутренней поверхностями цилиндрических кольцевых высоконапорных струй рабочей среды и суммарного потока после промежуточного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока, получают поток пара высоких параметров полученные потоки пара высоких параметров объединяют, закольцовывая общим кольцевым барабаном - паросборником, откуда направляют на лопатки паровой турбины для привода ее в действие и связанного с ней турбогенератора или другого энергетического оборудования. 2. Установка для получения рабочего тела для паровой турбины, связанной с турбогенератором или другим энергетическим оборудованием способом по п. 1, содержащая сопловой аппарат, выполненный многоветвевым, а каждая ветвь выполнена многоступенчатой и включает ступень первичного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока, ступень промежуточного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока до требуемых значений и ступень конечного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока, при этом ступень первичного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока выполнена в виде содержащего цилиндры блока, расчлененного на центральное кольцо - общее для всех ветвей установки, и смежные с центральным последовательно расположенные друг за другом кольца и цилиндры, каждый из которых снабжен соединительными фланцами, между которыми установлены дополнительные фланцы, частично входящие внутрь колец и цилиндров на расчетную глубину, и к которым присоединены усеченные конусы различной длины с общим углом наклона и сопряженные так между собой, что образуют кольцевые конически сходящиеся сопла,направленные своими меньшими основаниями в противоположные стороны и в стороны движения потоков пара с образованием за счет разницы в длине конусов в пространстве между фланцами конусов, их наружными поверхностями и внутренними поверхностями колец замкнутых областей высокого давления, имеющих возможность сообщения с полостями кольцевых конически сходящихся сопел и с рабочей средой через патрубки, закрепленные на наружных поверхностях колец, против каждого сопла установлены конфузоры с горловинами, переходящими в диффузоры, сопряженные с дополнительными фланцами,которые соединены с фланцами цилиндров каждой ветви соплового аппарата, переходящих в напорные трубопроводы ступень промежуточного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока герметично соединенасо ступенью первичного увеличения параметров пара выхлопа и выполнена в виде одного или нескольких полублоков, включающих те же конструктивные элементы, что и блок ступени первичного увеличения параметров пара выхлопа турбины, при этом в каждом полублоке вершины конически 2 14583 1 2011.08.30 сходящихся сопел направлены в стороны движения потоков пара ступень конечного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока каждой ветви выполнена в виде блока, включающего кольцевое сопло, состоящее из заглушенных с одной стороны коаксиально расположенных цилиндров, соединенных своей внутренней цилиндрической частью с напорным трубопроводом ступени промежуточного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока, входящим своим сопловым торцом в полость сферического кольцевого элемента разрежения, образующим в сферическом кольцевом элементе разрежения две области разрежения - наружную и внутреннюю, и переходящим в сужающийся кольцевой конфузор с горловиной, сопряженной с расширяющимся кольцевым диффузором, переходящим в напорный трубопровод кроме этого для обеспечения взаимодействия наружных поверхностей полых кольцевых конически сходящихся рабочих струй, образованных конически сходящимися соплами, с окружающей средой в виде смеси пара и для обеспечения взаимодействия обеих поверхностей полых кольцевых цилиндрических высоконапорных струй рабочей среды, образованных кольцевыми соплами коаксиально расположенных цилиндров ступеней конечного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока, с окружающей средой в виде смеси пара, напорный трубопровод каждого полублока снабжен дополнительными наружными трубопроводами, соединенными с выхлопным патрубком турбины энергоблока и с наружной областью разрежения сферического кольцевого элемента, а общее для всех ветвей центральное кольцо, цилиндры ступени первичного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока, цилиндры ступени промежуточного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока в смеси с рабочей средой и сферический кольцевой элемент разрежения ступени конечного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока в смеси с рабочей средой снабжены всасывающими патрубками для сообщения образующихся в процессе работы областей разрежения с атмосферой, а напорные трубопроводы ступеней конечного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока каждой ветви объединены и выполнены в виде общего для всех ветвей кольцевого барабана - паросборника с расходным патрубком. Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для получения рабочего тела привода в действие паровой турбины и связанного с нею турбогенератора (или другого энергетического оборудования) и выработки дополнительной электроэнергии на ТЭС использованием энергопотенциала пара, отработавшего в турбине(пара выхлопа турбины) без конденсации пара и без потерь тепла его - скрытого тепла парообразования - с дальнейшим использованием полностью возвращаемого указанного тепла в технологическом цикле производства пара высоких исходных параметров (давления и температуры) способами и техническими средствами по заявкам 20070039 и 20070444. По известному способу увеличения выработки электроэнергии и техническим средствам для его осуществления на ТЭС расширяют ее главный корпус и в нем устанавливают энергоблоки преобразования энергии по схеме котел - турбина - электрогенератор, где сжигают топливо, получают тепло в виде технического пара с высокими параметрами(температурой и давлением), энергию которого затем преобразуют в механическую энергию вращения турбины и в электрическую - в электрогенераторе, при этом весь процесс преобразования энергии сопровождается большими выбросами вредных веществ в окружающую среду с ее загрязнением. Эту же задачу увеличения выработки электроэнергии можно решить и без расширения главного корпуса, заменяя в нем устаревшее энергетическое оборудование на более производительное. 14583 1 2011.08.30 Недостатки описанного способа и технических средств заключаются в значительной стоимости строительства, большой металлоемкости и сложности котлов, турбин, турбогенераторов и другого энергетического оборудования, а также в увеличении вредных выбросов в окружающую среду и ее загрязнении ими. Из области теплотехники известен способ отсасывания, перекачивания паровоздушной среды и увеличения ее параметров, по которому подаваемый к эжектору (пароструйному насосу) пар после расширения в его сопле направляют в камеру смешения,соединенную с воздушным патрубком конденсатора, из которого в эту камеру засасывается паровоздушная смесь с большим содержанием воздуха, смешивается с паром, поступающим в эжектор, а полученный суммарный поток смеси сжимается в диффузоре до давления, превышающего атмосферное. Техническое средство для осуществления указанного способа представляет собой многоступенчатый сопловой аппарат-эжектор, состоящий из многоблочного корпуса,каждый блок которого имеет камеру разрежения, насадок-сопло, конфузор с горловиной и диффузор, подводящую, всасывающую и напорную трубы. Недостатки указанного способа и технического средства малая эффективность использования рабочей среды в виде пара высоких параметров малые объемы и низкие параметры получаемого потока смеси невозможность использования получаемого потока смеси в качестве рабочего тела привода в действие турбин в большой энергетике. Задачей настоящего изобретения является получение рабочего тела привода в действие паровой турбины для выработки дополнительной электроэнергии использованием энергопотенциала пара, отработавшего в турбине, - пара выхлопа турбины, созданием условий, которые равноценны по эффективности условиям создания вакуума в конденсаторе для выхлопа в него отработавшего в турбине пара, но без конденсации выхлопного пара, а следовательно, и без больших масс охлаждающей воды, с полным сохранением тепла его - скрытого тепла парообразования, и последующим возвратом этого тепла в технологический цикл производства пара исходных высоких параметров (давления и температуры). Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что поток отобранного из системы парообеспечения турбины энергоблока пара высоких параметров разветвляют на отдельные потоки, каждый из которых в качестве рабочей среды подают в кольцевые сопла соплового аппарата, и формируют полые конически сходящиеся и цилиндрические кольцевые рабочие струи таким образом, что как внутренняя поверхность струй, так и наружная контактируют с окружающей средой с образованием одной общей и по одной смежной с общей для всех потоков области разрежения первичного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока и ряда других областей разрежения, последовательно расположенных в стороны от общей и смежных с ней областей разрежения,промежуточного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока и конечного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока, дополнительно подводят ко всем областям разрежения из выхлопного патрубка турбины энергоблока отработавший в ней пар выхлопа и обеспечивают всасывание пара выхлопа турбины в полученные области разрежения, смешивание его с рабочей средой, преобразование кинетической энергии струи каждого полученного суммарного потока и первичное, промежуточное и конечное увеличение параметров пара выхлопа турбины, при этом всасывание пара выхлопа турбины энергоблока в области разрежения первичного увеличения параметров пара выхлопа турбины осуществляют взаимодействием последнего как с внутренней, так и с наружной поверхностями конически сходящихся рабочих высоконапорных струй пара, в области разрежения промежуточного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока взаимодействием пара выхлопа турбины энергоблока с наружной и с внутренней поверхностями суммарного потока после первичного увеличения параметров пара выхлопа тур 4 14583 1 2011.08.30 бины энергоблока, а в области конечного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока - взаимодействием и с наружной, и с внутренней поверхностями цилиндрических кольцевых высоконапорных струй рабочей среды и суммарного потока после промежуточного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока, получают поток пара высоких параметров полученные потоки пара высоких параметров объединяют, закольцовывая общим кольцевым барабаном - паросборником, откуда направляют на лопатки паровой турбины для привода ее в действие и связанного с ней турбогенератора или другого энергетического оборудования, а установка для получения рабочего тела для паровой турбины, связанной с турбогенератором или другим энергетическим оборудованием описанным способом, содержит сопловой аппарат, выполненный многоветвевым, а каждая ветвь выполнена многоступенчатой и включает ступень первичного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока, ступень промежуточного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока до требуемых значений и ступень конечного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока, при этом ступень первичного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока выполнена в виде содержащего цилиндры блока, расчлененного на центральное кольцо - общее для всех ветвей установки, и смежные с центральным последовательно расположенные друг за другом кольца и цилиндры, каждый из которых снабжен соединительными фланцами, между которыми установлены дополнительные фланцы, частично входящие внутрь колец и цилиндров на расчетную глубину, и к которым присоединены усеченные конусы различной длины с общим углом наклона и сопряженные так между собой, что образуют кольцевые конические сходящиеся сопла, направленные своими меньшими основаниями в противоположные стороны и в стороны движения потоков пара с образованием за счет разницы в длине конусов в пространстве между фланцами конусов, их наружными поверхностями и внутренними поверхностями колец замкнутых областей высокого давления, имеющих возможность сообщения с полостями кольцевых конически сходящихся сопел и с рабочей средой через патрубки, закрепленные на наружных поверхностях колец, против каждого сопла установлены конфузоры с горловинами, переходящими в диффузоры, сопряженные с дополнительными фланцами, которые соединены с фланцами цилиндров каждой ветви соплового аппарата, переходящих в напорные трубопроводы ступень промежуточного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока, герметично соединена со ступенью первичного увеличения параметров пара выхлопа и выполнена в виде одного или нескольких полублоков, включающих те же конструктивные элементы, что и блок ступени первичного увеличения параметров пара выхлопа турбины, при этом в каждом полублоке вершины конически сходящихся сопел направлены в стороны движения потоков пара ступень конечного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока каждой ветви выполнена в виде блока, включающего кольцевое сопло, состоящее из заглушенных с одной стороны коаксильно расположенных цилиндров, соединенных своей внутренней цилиндрической частью с напорным трубопроводом ступени промежуточного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока, входящим своим сопловым торцом в полость сферического кольцевого элемента разрежения, образующим в сферическом кольцевом элементе разрежения две области разрежения - наружную и внутреннюю,и переходящим в сужающийся кольцевой конфузор с горловиной, сопряженной с расширяющимся кольцевым диффузором, переходящим в напорный трубопровод кроме этого,для обеспечения взаимодействия наружных поверхностей полых кольцевых конически сходящихся рабочих струй, образованных конически сходящимися соплами, с окружающей средой в виде смеси пара и для обеспечения взаимодействия обеих поверхностей полых кольцевых цилиндрических высоконапорных струй рабочей среды, образованных кольцевыми соплами коаксильно расположенных цилиндров ступеней конечного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока, с окружающей средой в виде смеси пара напорный трубопровод каждого полублока снабжен дополнительными наружными 5 14583 1 2011.08.30 трубопроводами, соединенными с выхлопным патрубком турбины энергоблока и с наружной областью разрежения сферического кольцевого элемента, а общее для всех ветвей центральное кольцо, цилиндры ступени первичного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока, цилиндры ступени промежуточного увеличения параметровпара выхлопа турбины энергоблока в смеси с рабочей средой и сферический кольцевой элемент разрежения ступени конечного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока в смеси с рабочей средой снабжены всасывающими патрубками для сообщения образующихся в процессе работы областей разрежения с атмосферой, а напорные трубопроводы ступеней конечного увеличения параметров пара выхлопа турбины энергоблока каждой ветви объединены и выполнены в виде общего для всех ветвей кольцевого барабана-паросборника с расходным патрубком. Использование описанного способа получения рабочего тела для привода в действие паровой турбины, связанной с турбогенератором, и установки для осуществления способа позволяет получить значительное количество дополнительной электроэнергии использованием энергопотенциала пара, отработавшего в турбине без нарушения установленного режима работы энергоблока ТЭС, причем, что очень важно, без дополнительных затрат горючего, а исключительно за счет использования остаточного тепла выхлопного пара турбины (скрытого тепла парообразования, от которого нагревается охлаждающая вода в конденсаторе при конденсации пара выхлопа по традиционной схеме, и указанное тепло уносится вместе с нагретой водой в окружающую среду и безвозвратно теряется в ней,нагревая большие объемы воды в водоемах - при прямоточном водоснабжении ТЭС и воздуха - при водоснабжении оборотном), его сохранения и возврата в технологический цикл производства пара высоких исходных параметров (давления и температуры), а следовательно, и полного исключения выброса этого тепла в окружающую среду (технология осуществления процесса возврата в производство указанного тепла подробно изложена в материалах заявок 20070039 и 20070444). Все изложенное поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема четырехветвевой установки в плане, а на фиг. 2 - одна из ветвей установки в продольном разрезе (по -). Установка содержит сопловой аппарат 1, выполненный в виде двух или нескольких ветвей 2, каждая из которых состоит из ступени первичного увеличения параметров выхлопного пара 3, ступеней промежуточного 4 и конечного 5 увеличения его параметров и паросборника 6, при этом ступень первичного увеличения параметров 3 состоит из цилиндрического (круглого в сечении) блока 7, расчлененного на центральное 8, общее для всех ветвей установки, и смежные с центральным 8, последовательно расположенные друг за другом кольца 9 и цилиндры 10, которые снабжены соединительными фланцами 11,между ними установлены дополнительные фланцы 12, частично входящие внутрь колец 8 и 9 и цилиндров 10 блока 7 на расчетную глубину, к которым присоединены усеченные конусы 13 и 14 разной длины с общим углом наклона и сопряженные так между собой,что образуют кольцевые конически сходящиеся сопла 15, направленные своими меньшими основаниями в противоположные стороны и в стороны движения потоков пара и образующие за счет разницы в длине конусов в пространстве между фланцами 12 конусов 13 и 14, их наружными поверхностями и внутренними поверхностями колец 9 замкнутые области высокого давления 16, сообщенные с полостями кольцевых конически сходящихся сопел 15 и с источником питания рабочей средой высокого давления через патрубки 17 колец 9, закрепленных на их наружных поверхностях против каждого сопла 15 установлены конфузоры 18 с горловинами 19, переходящими в диффузоры 20, сопряженные с дополнительными фланцами 12, которыми соединены с фланцами 11 цилиндров 10 блока 7,переходящих в напорные трубопроводы 21 ступень промежуточного увеличения параметров 4, герметично соединенная со ступенью 3, имеет один или несколько полублоков 22 ступени 3, включающих те же элементы, что и блок 7, вершины кольцевых конически сходящихся сопел 15 которых направлены в стороны движения потоков, а для обеспече 6 14583 1 2011.08.30 ния контакта - взаимодействия с окружающей средой (паром выхлопа) - наружных поверхностей полых кольцевых конически сходящихся струй образующиеся в процессе работы установки в пространстве между цилиндрами 10 и конфузорами 18, горловинами 19 и диффузорами 20 области разрежения 24 каждого из полублоков 22 снабжены дополнительными наружными трубопроводами 23, соединенными с выхлопным патрубком турбины ступень конечного увеличения параметров 5 имеет блок 25, состоящий из кольцевого сопла 26, выполненного в виде заглушенных с одной стороны коаксильно расположенных цилиндров 27 и 28 с открытым сопловым торцом 29, соединенный цилиндром 28 под требуемым углом с напорным трубопроводом 21 полублока 22 ступени 4 промежуточного увеличения параметров, входящего (сопло 26) своим открытым сопловым торцом 29 в полость 30 сферического кольцевого элемента разрежения 31 и делящего его на две области разрежения - наружную 30 и внутреннюю 30, который переходит (сферический кольцевой элемент 31) в сужающийся кольцевой конфузор с горловиной 32, сопряженной с расширяющимся кольцевым диффузором 33, переходящим в напорный трубопровод 34 кроме этого, для обеспечения контакта - взаимодействия обеих поверхностей полых кольцевых цилиндрических струй блока 25 с окружающей средой (потока смеси пара напорного трубопровода 21) - напорный трубопровод 21 полублока 22 снабжен дополнительным наружным трубопроводом 35, соединенным с наружной областью разрежения 30 сферического кольцевого элемента разрежения 31, а центральное кольцо 8, цилиндры 10 блока 7, полублоков 22 и сферический кольцевой элемент разрежения 31 снабжены всасывающими патрубками 36 и 36 для сообщения образующихся в процессе работы установки областей разрежения 24, 30 и 30 с окружающей средой (источником питания паром выхлопа турбины), а напорные трубопроводы 34 блоков конечного увеличения параметров выхлопного пара 25 каждой ветви 2 объединены общим элементом, выполненным в виде кольцевого барабана-паросборника 6 с расходным патрубком 37. Работает установка следующим образом. Высоконапорный поток промежуточного отбора пара разветвляется на отдельные потоки, каждый из которых подается через патрубки 17 и 17 в замкнутые кольцевые области высокого давления 16 и 16 ступеней первичного увеличения параметров выхлопного пара 3, промежуточного 4 и конечного увеличения 5, откуда с большой скоростью устремляется в кольцевые конически сходящиеся сопла 15 и цилиндрические 26, создавая тонкостенные высокоскоростные кольцевые конически сходящиеся и цилиндрические потоки-струи, направленные в противоположные стороны и в стороны движения суммарных потоков каждой ветки, входящие в конфузоры 18 и конфузор с горловиной 32, образуя области разрежения 24, 30 и 30, в которые по трубам 23 и 35 через всасывающие патрубки 36 и 36 из выхлопного патрубка турбины поступает отработавший в ней пар непосредственно и из напорного трубопровода 21 в смеси с паром высоких параметров, вступает в контакт с наружной и внутренней поверхностями полых струй, захватывается ими и уносится далее через конфузоры 18 и конфузоры с горловинами 32 всех ветвей, горловины 19 и диффузоры 20 в напорные трубопроводы 21 и 34 каждой ветви 2, причем полученные напорные потоки смеси пара выхлопа и пара высоких параметров ступени первичного увеличения параметров пара 3 направляются в полублоки 22 ступени промежуточного увеличения параметров пара 4, где разгоняются до требуемой скорости взаимодействием с внутренней поверхностью высоконапорных полых струй, а взаимодействием с их наружной поверхностью через трубопроводы 23 и патрубки 36 всасывается выхлопной пар, смешиваются все потоки,осуществляется перераспределение энергий, повышение параметров смеси, и затем общий поток полученной смеси промежуточного увеличения параметров поступает в поле действия высоконапорных полых кольцевых цилиндрических струй, выбрасываемых в кольцевые горловины 32 и образующих по две области разрежения 30 и 30 в сферических кольцевых элементах 31 всех ветвей, куда через патрубки 36 всасывается полученная смесь промежуточного увеличения параметров, захватывается выбрасываемыми из сопел 7 14583 1 2011.08.30 26 кольцевыми высоконапорными потоками-струями как их внутренней, так и наружной поверхностями и выбрасывается через кольцевые конфузоры с горловинами 32 в кольцевые диффузоры 33, а далее в напорные трубопроводы 34 и в общий для всех ветвей кольцевой барабан-паросборник 6, а из него через расходный патрубок 37 - на лопатки турбин и другие технологические нужды. Источники информации 1. Бахмачевский Б.Н. и др. Теплотехника. - Москва Металлургия, 1964. - С. 492-495. 2.2215878 2, 2003. 3.2002109568 , 2003. 4.7754 1, 2006. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 8