CS247740B1 - Hot water into heating and technological steam transformation circuit connection - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení okruhu pro· přeměnu horké vody na topnou a technologickou páru, v němž je horkovodní rozvod propojen s generátory páry s parním rozvodem a jemu příslušejícím pomocným zařízením a armaturou.

V klasických elektrárnách, zejména však v jaderných elektrárnách s odběrem tepla je získáváno odběrové teplo z parních kondenzačních turbín. Analogicky lze uvažovat i teplo, uvolněné v jaderných výtopnách. Teplo· se získává ve formě odběrové páry případně přímo horké vody o teplotě cca 160 až 200 °C. Tuto páru sice nelze dopravovat ani na menší vzdálenosti, lze však s ní ohřát tlakovou vodu, kterou je pak možno¹ vést až na vzdálenost mnoha desítek km. V místě spotřeby jí lze využít jednak k vytápění, jednak k některým technologickým procesům. Vytápění horkou vodou je prováděno v novějších výstavbách městských aglomerací. Pro· ně se jeví horkovodní vytápění z jaderných elektráren, výhodné. Bohužel ve starší zástavbě řady měst jsou instalovány převážně parní rozvody. Přeměna těchto, parních rozvodů je po^ všech stránkách nevýhodná a prakticky na několik destdetí proto nerealizovatelná. Proto je třeba v oblastech většího rozsahu vybavených parním rozvodem, které mají dostupný zdroj dostatečného množství horké vody, zajistit převod části této vody na topnou a. technologickou páru. Jsou známy okruhy vybavené technologickými zařízeními, ve kterých se převod horké vody na větší množství topné a technologické páry provádí klasickým způsobem v teplárnách na fosilní paliva. Z horké vody se získá nízkotlaká a nízkoteplotní sytá pára, která je ohřívána na požadované parametry parní sítě. Vlastní zařízení, pomocí kterých se tato pára vyrábí, ať již jsOu to· parní generátory, expandéry apod. jsou však vytápěna obvykle fosilními palivy. Teoretická možnost elektrického ohřevu nepřichází ani perspektivně v úvahu pro nevýhodnou ekonomii výroby. Nevýhody používání fosilních paliv jsou naprosto· zřejmé. Je to především další zhoršování životního prostředí přímo ve městech, nebo jeho nejbližším okolí, ale i stále větší nedostatek těchto· paliv. Nevýhodná je 1 vlastní ekonomičnost takoivéhioto způsobu ohřevu jestliže do ní zahrneme náklady na dopravu energetického uhlí, popela. komínové ztráty apod.

Uvedené nevýhody jsou řešeny zapojením okruhu pro přeměnu horké vody na topnou a technologickou páru podle vynálezu. Jeho podstatou je, že do panního· rozvodu je zařazen alespoň jeden vícetělesový turbokompresorový agregát, jehož nízkotlaké těleso, případně sekce je tvořena axiálním kompresorem a jehož každému tělesu je předřazen alespoň jeden parní generátor, či jiný vyvíječ páry nepř. expandér, který u zapojení mezi jednotlivými tělesy turbokompresoru tvoří současně bezztrátový me4 zlchladič, který je případně řešen jako· samostatná nádoba.

Bezztrátový mezichladič je tvořen s výhodou alespoň jedním směšovačem, na který je napojena větev horkovodního· potrubí.

Bezztrátový mezichladič je tvořen s výhodou alespoň jedním expandérem, na který je napojena větev horkovodního· potrubí. Bezztrátové mezichladiče jsou výhodně tvořeny kombinací směšovačů a expandérů, které jsou paralelně propojeny na · jim příslušející parní kolektor.

Výhodou zapojení okruhu pro· přeměnu horké vody z elektrárny, či jiného- zdroje velkého množství horké vody na topnou a technologickou páru je, že využívá vysoké účinnosti do · okruhu zapojeného turbokompresorovéhoi agregátu ve spojení s vhodně zařazenými bezztráoovými mezichladiči, a to v širokém rozmezí stlačení 4 až 10 a více a množství dopravované páry. Výhody ekologické i ekonomické vzhledem k nepoužívání fosilních paliv jsou zcela zřejmé.

Jednou z nejdůležitějších výhod je však možnost ponechání stávajících parních rozvodů v městské zástavbě. Přestavba těchto rozvodů na horkovodní by představovala nerentabilní investice, nehledě k těžko' řešitelným a dlouhotrvajícím problémům spojeným s dobou takovéto přestavby.

Vzhledem k tlakové hladině nasávané páry do turbokompresorového agregátu v rozmezí cca 0,15 až 0,20 MPa a vzhledem k množství dopravovaného tepla je nutno počítat se značně vysokými objemy nasávané páry. Nízkotlaké těleso· je proto s výhodou axiální turbokornpresor, který zajišťuje vysokou adiabatickou účinnost komprese při současně malých rozměrech stroje. Z toho vyplývá malá zastavěná plocha ve strojovně a nízká spotřeba· materiálu ve výrobě.

Na přiloženém výkresu je znázorněn schématický příklad zapojení okruhu pro přeměnu vody z horkovodu na topnou a technologickou páru podle vynálezu, v němž jsou v sérii kaskádně zařazeny tři expandéry, dva směšovače s příslušenstvím a v parním okruhu třítělesový turbokompresorový agregát.

Horkovodní potrubí 1 z elektrárny se rozvětvuje ve tři horkovodní větve 2, 3, 4. První horkovodní větev 2, opatřená prvním regulačním orgánem 5 je napojena na první expandér 6, z něhož je vyvedena první prodloužená horkovodní větev 7, opatřená druhým regulačním orgánem 8, do · druhého expandéru 9. Druhý expandér 9 je propojen druhou prodlouženou horkovodní větví 10, opatřenou třetím regulačním Orgánem 11, s třetím expandérem 12. Třetí expandér 12 je propojen· spojovacím potrubím 13 na třetí horkovodní větev 4, ve kterém je uložen první uzavírací orgán 14. Ve třetí horkovodní větvi 4 před spojovacím potrubím 13 je zapojen druhý uzavírací orgán 15. Druhá horkovodní větev 3 je napojena na první směšovač 16 a je před ním opatřena čtvrtým relačním orgánem 17. Odbočující potrubí 18 z druhého horkovodního) potrubí 3, vyúsťující do druhého směšovače 19, je opatřeno pátým regulačním orgánem 20. Spodní části prvního i druhého směšovače 16, 19 jsou opatřeny prvým a druhým vývodním potrubím 21, 22 propojenými se spotřebiči horké vody. Obdobná vývodní potrubí z odlučovače 32 a parních kolektorů 26, 29, která jsou na obr. znázorněna šipkami, jsou propojena s třetí horkovodní větví 4 (na obr. neznázorněno). Každé z regulačních horkovodních potrubí 21, 22 je opatřeno vlastním uzavíracím orgánem 23, 24. První expandér 6 je propojen prvním parním potrubím 25 s prvním parním kolektorem 26, do něhož též vyúsťuje první paralelní parní potrubí 27 z prvního smesovače 16. Druhý expandér 9 je propojen druhým parním potrubím 28 s druhým parním kolektorem 29, do kterého též vyúsťuje druhé paralelní parní potrubí 30 z druhého směšovače 19. Třetí expandér 12 je propojen třetím parním potrubím 31 přes odlučovač 32 se sáním nízkotlakého tělesa 33 turboikoímpresonového agregátu. Nízkotlaké těleso 33 je tvořeno v příkladu provedení axiálním kompresorem s průtočnou částí, sestávající z osových stupňů vzduchového turbokompresoru, jejichž statorové řady mají základní nenulové nastavení lopatek. Stejné stupně jscu v průtočné část, více krát zopakovány. Nízkotlaké těleso 33 je poháněno samostatným elektromotorem 34 přes prvou převodovku 35 (spojky nejsou zakresleny). Z nízkotlakého tělesa 33 je vyvedena nízkotlaká větev 36 přehřáté páry do druhého směšovače 19. Z druhého, parního kolektoru 29 je vyvedeno čtvrté parní potrubí 37 do sání středotlakého tělesa 38 agregátu, kterému tvoří pohon společně s vysokotlakým tělesem 39 společný elektromotor 40. Na vysokotlaké straně je elektromotor 40 propojen s vysokotlakým tělesem 39 přes druhou převodovku 41, na středotlaké straně pak přes třetí převodovku 42· Vzhledem к tomu, že pohon v příkladu provedení je spojen s městskou sítí je výhodné využít synchronního pohonu ke kompenzaci jalové složky elektrického proudu a zlepšení hmoty účiníku. Ze středotlakého tělesa 38 je vyvedena středotlaká větev 43 přehřáté páry do prvního směšovače 16. První parní kolektor 26 je propojen pátým parním potrubím 44 se sáním vysokotlakého tělesa 39 turbokompresorového soustrojí, na jehož výtlak je napojeno výtlačné potrubí 45 topné, či technologické páry. Spojky mezi středotlakou a vysokotlakou částí soustrojí nejsou na obrázku znázorněny.

Podstatná část horké vody z horkovodního potrubí 1 prochází první horkovodní větví 2 ia oběma prodlouženými horkovodními větvemi 7, 10 postupně všemi třemi expandéry 6, 9, 12. V každém z nich jsou udržo vány konstantní, ale vůči sobe navzájem stále klesající teploty a tlaky. Z přiváděné horké vody je ve všech třech expandérech 6, 9, 12 přeměňována část vody na sytou páru. Pára o nejnižším tlaku a teplotě se převádí z třetího expandéru 12 přes odlučovač 32 do sání nízkotlakého tělesa 33 kompresorového agregátu. Do středotlakého tělesa 38 je pára nasávána z druhého parního kolektoru 2'9 a do vysokotlakého tělesa 39 z prvého parního, kolektoru 26. Do parních kolektorů 26, 29 pracujících současně jako odlučovače je dále přiváděna další sytá pára z jim příslušejících směšovačů 16, 19. Ve směšovačích 16, 19 dochází к ochlazení přehřáté páry z výtlaku předcházejících těles 38, 39 kompresoru vstřikem malého množství horké vody z druhé horkovodní větve 3 a jejího· odbočujícího potrubí 18. Výsledkem je, že hmotnost nasávané páry v jednotlivých tělesech 33, 38, 39 postupně roste, což umožňuje nejefektivnější využití, energie dopravované vody. Z výtlaku vyso'kotlakého tělesa 39 je přehřátá stlačená pára odváděna výtlačným potrubím 45 к topným, či technologickým účelům. Horká veda vystupuje z třetího expandéru 12 spojovacím potrubím 13 do třetí horkovodní větve 4 a odtud ke spotřebiči topné vody. Ke spotřebiči je též odváděna parním vývodním potrubím 21 a druhým vývodním pstrubím 22 přebytečná teplá voda ze směšovačů 16 a 19. V případě odstavení parního okruhu je regulačními orgány 5, 17, 20 uzavřen přívod horké vody do první a druhé horkovodní větve 2, 3. Uzavřeny jsou první uzavírací orgán 14 a vlastní uzavírací orgány 23, 24 a otevřen je uzavírací orgán 15. To značí, že veškerá voda z horkovodního potrubí 1 je převáděna třetí horkolvoidní větví 4 ke spotřebiči.

Možných zapojení, definovaných předmětem vynálezu, je více. Informativně je třeba se zmínit o základním zapojení s dvoiutělesoívým turbokompresonoivým agregátem, které obsahuje vstupní expandér a bezztrátový mezichladič ve formě směšovače, oba opatřené odlučovači a příslušnou armaturou, do nichž je z horkovodu přiváděna horká voda. Sytá pára z expandéru je nasávána nízkotlakým tělesem turbokompresoru a vytlačována jako přehřátá pára do směšovače. Odtud je přes odlučovač dopravována již pouze jako sytá pára do¹ vysokotlakého tělesa turbokompresoru. Z výtlaku je pak výtlačným potrubím s parametry topné páry dopravována do spotřební sítě. Systém produkuje přirozeně též horkou topnou vodu přímo z horkovodu doplňovanou podle potřeby ze směšovače (není zobrazeno).

Další typickou možností zapojení podle vynálezu je zapojení s dvoutělesovým turbokompresorovým agregátem, které obsahuje dva kaskádně zapojené expandéry, z nichž jeden tvoří vyvíječ syté páry prói nízkotlaký stupeň a druhý navíc bezztrátový mezi chladič a vyvíječ syté páry pro· vysokotlaký stupeň (není zobrazeno).

Výhodou tohoto zapojení je uvolnění většího množství vodní páry v expandéru. Vzniká ovšem problém nejednotné hmotnosti nasávané páry do jednotlivých těles agregátu. Tuto)¹ problematiku lze však řešit zapojením několika paralelně pracujících turbokompresorových agregátů, kdy jednotlivé paralelní expandéry jsou propojeny. Vysokotlaká tělesa turbokompreorů nasávající největší hmotnost jsou propojena tak, že pracují všechna, zatímco některá nízkotlaká, či středotlaká tělesa jsOu odpojena případně nejsou v praxi vůbec instalována. Pro stlačování vodních par v rozmezí 4 až 9 je v okruhu zapojen dvoutělesový turbokompresorový agregát, pro stlačení 10 a více pak třítělesový agregát.

Pro množství nasávané páry Q ? 60 000 m³/h je počítáno s koncepcí nízkotlakého tělesa s axiálním turboikompresorem. Pro množství í 50 000 m³/h pak s kompresorem radiálním. Pro zvýšení účinnosti kompresoru v tělese je možné vstřikovat mezi jednotlivé stupně horkou vodu a tím regulovat poměry na výtlaku i efektivní adiabatickou účinnost tělesa.

Zařazení turbokompresorové jednotky u vedených parametrů do zapojení okruhu prlo přeměnu horké vody z horkovodu na topnou .a technologickou páru je řešením, které v této technické oblasti představuje novou, dosud nepoužitou kvalitu a tedy i podstatně vyšší účinky. V tomto zapojení je turbojkompresorový agregát nositelem hlavního technologického procesu. Využití kompresorů pro stlačování vodní páry v různých technologických procesech je známé. Jde např. o¹ využití při odsávání brýdových par, či par z vápených pecí. Zvláště u potravinářskéhoi průmyslu a v chemických procesech se kompresory stávají součástí technologického· zařízení, neboť urychlují a zefektivňují průběh vlastní technologie. V některých technologických procesech se používá vodní pára jako jeden z technologických prvků, nebo jako zdroj tepelné energie. Kompresory jsou zde použití ke stlačování odpadní vodní páry a k jejímu vracení do technologcikého procesu. Ve všech známých případech jde o stroje, .obvykle radiální turbokompresory, které nasávají sytou vodní páru o tlaku 0,1 až 0,3 MPa, přičemž stlačení je cca 2 až 2,5. Jde vesměs o pracovní okruhy pomocné technologie bez potřeb složitějších zapojení a složitějších regulací.

Claims (4)

1. Zapojení okruhu pro přeměnu horké vody na topnou a technologickou páru, v němž je horkovodní rozvod propojen s generátory páry s parním rozvodem a jemu příslušejícím pomocným zařízením a armaturami vyznačující se tím, že do parního rozvodu je zařazen alespoň jeden turbokomprescrový agregát, jehož nízkotlaké těleso (33), případně sekce je tvořena axiálním kompresorem a . jehož každému tělesu (33, 38, 39) je předřazen alespoň jeden parní generátor, či jiný vyvíječ páry např. expandér (6, 9, 12), který v zapojení mezi jednotlivými tělesy (33, 38, 39) turbokompresoru tvoří současně bezztrátový mez^;chladič, který je případně řešen jako. samostatná nádoba.

2. Zapojení okruhu podle bodu 1 vyzna-

VYNÁLEZU čující se tím, že bezztrátový mezichladič je tvořen alespoň jedním směšovačem (16, 19), na který je napojena větev horkovodního potrubí (1).

3. Zapojení okruhu podle bodu 1 vyznačující se tím, že bezztrátový mezichladič je tvořen alespoň jedním expandérem (6, 9), na který je napojena větev horkovodního potrubí (1).

4. Zapojení · okruhu podle bodu 1 vyznačující se tím, že· bezztrátové mezichladiče · jsou tvořeny kombinací směšovačů (16, 19) a expandérů (6, 9) například dvojicemi expandér (6) — směšovač (16) a expandér (9) — směšovač (19), které jsou paralelně propojeny na jim příslušející parní kolektor (26, 29).