PL165266B1 - Układ cieplny elektrociepłowni - Google Patents

Abstract

Układ cieplny elektrociepłowni, zawierający paleniskowy kocioł parowy połączony za pomocą magistrali parowej z co najmniej jedną parową turbiną upustową, której co najmniej jeden upust parowy połączony jest z co najmniej jednym wymiennikowym podstawowym podgrzewaczem wody sieciowej usytuowanym w wymuszonym obiegu ciepłowniczym, w którym ustytuowany jest także co najmniej jeden wymiennikowy szczytowy podgrzewacz tej wody połączony z magistralą parową, znamienny tym, że ciepłowniczy obieg wyposażony jest w co najmniej jeden pomocniczy podgrzewacz (22) powrotnej wody sieciowej usytuowany w spalinowym, odlotowym kanale (28) parowego kotła (1), za ostatnim jego urządzeniem (29) do odzyskiwania ciepła jawnego ze spalin odlotowych, przy czym wyjście (23) podgrzewacza (2) połączone jest z wodnym wejściem (19) podstawowego podgrzewacza (7) wody sieciowej oraz lub połączone jest z mieszalnikiem (13) wody sieciowej, usytuowanym za wodnym wyjściem (12) szczytowego podgrzewacza (10) wody sieciowej.

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ cieplny elektrociepłowni, zawierający paleniskowy kocioł parowy połączony za pomocą magistrali parowej z co najmniej jedną parową turbiną upustową, której co najmniej jeden parowy upust połączony jest z co najmniej jednym, wymiennikowym podstawowym podgrzewaczem wody sieciowej usytuowanym w przepływowo wymuszonym ciepłowniczym obiegu zawierającym także co najmniej jeden, wymiennikowy szczytowy podgrzewacz tej wody połączony z magistralą parową.

Z książki J. Zagórskiego pt: Zarys techniki cieplnej, strona 344 - 345 punkt b, opublikowanej w 1976 r, przez Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, znany jest układ cieplny z turbiną upustowo-kondensacyjną, który w sposób skojarzony umożliwia wytwarzanie energii elektrycznej i prowadzenie scentralizowanej gospodarki ciepłowniczej.

Znany układ cieplny zawiera paleniskowy kocioł parowy wyposażony w przegrzewacz pary, którego wyjście, za pomocą rurowej wysokociśnieniowej magistrali parowej, połączone jest z wysokoprężną częścią turbiny upustowej. Wysokoprężna część turbiny wyposażona jest

165 266 w co najmniej jeden regulowany upust dla pary przeznaczonej dla celów ciepłowniczych. Upust parowy połączony jest przepływowo z wymiennikowym podgrzewaczm podstawowym wody sieciowej usytuowanym w wymuszonym - za pomocą pomp - obiegu ciepłowniczym układu cieplnego elektrociepłowni, przy czym wodne wyjście podgrzewacza połączone jest z wodnym wejściem wymiennikowego podgrzewacza szczytowego usytuowanego w tym obiegu. Podgrzewacz szczytowy połączony jest przepływowo ze stanowiącą dla niego źródło ciepła - magistralą parową, poprzez stację redukcyjno-schładzającą, a wyjście wodne podgrzewacza połączone jest z wejściem magistrali ciepłowniczej zasilającej sieć odbiorników ciepła, której wyjście połączone jest z wodnym wejściem podgrzewacza podstawowego. Wysokoprężna część turbiny upustowej oraz podgrzewacz podstawowy i szczytowy wody sieciowej połączone są przepływowo także z odgazowywaczem, do którego w sposób wymuszony przemieszczane są skropliny pary powstające w tych urządzeniach. Zbiornik skroplin odgazowywacza połączony jest przepływowo z szeregowo ze sobą połączonymi wymiennikowymi podgrzewaczami tych skroplin, zasilanymi cieplnie parą pobieraną z przeznaczonych do tego celu upustów turbiny, a skropliny przeznaczone są do wodnego zasilania kotła parowego, przy czym odgazowywacz połączony jest także ze skraplaczem, pary odlotowej z niskoprężnej części turbiny upustowej.

Znany układ działa następująco: powrotna woda sieciowa o temperaturze około 313 K

- z obiegu ciepłowniczego podgrzewana jest w podstawowym podgrzewaczu do temperatury około 343 K, za pomocą pary pobieranej z upustu turbiny, a następnie podgrzewana jest do wymaganej temperatury - wynoszącej najczęściej od 368 - 363 K- w podgrzewaczu szczytowym zasilanym cieplnie parą pobraną z magistrali parowej, przy czym ciśnienie oraz temperatura tej pary muszą być odpowiednio zmniejszone w stacji redukcyjno-schładzającej z uwagi na to, że ciśnienie w magistrali wynosi kilkadziesiąt, a niejednokrotnie ponad sto barów, a temperatura wynosi kilkaset stopni. W okresie silnych mrozów woda kierowana do sieci powinna mieć temperaturę znacznie wyższą, np. 403 - 453 K pod ciśnieniem odpowiednio wysokim, aby zabezpieczyć ją od procesu wrzenia. W tym celu zwiększa się odpowiednio ciśnienie pary w upuście turbiny i stosuje dalsze podgrzewanie wody w podgrzewaczu szczytowym. Natomist w okresie letnim, gdy potrzeby cieplne są znacznie zredukowane, zazwyczaj tylko jedna turbina pracuje dla celów ciepłowniczych, a inne turbiny mają upusty dla pary ciepłowniczej wykorzystane do cieplnego zasilania podgrzewaczy regeneracyjnych, w których podgrzewane są skropliny stanowiące wodę uzupełniającą dla kotła parowego elektrociepłowni.

Znany układ cieplny pomimo swych licznych zalet majednak tę niedogodność, że źródłem całej ilości ciepła niezbędnego do podgrzewania wody sieciowej jest para wytworzona w kotle parowym elektrociepłowni - co w istotny sposób rzutuje na jej całkowity bilans energetyczny, zwłaszcza w okresach zwiększonego poboru ciepła, gdy jednocześnie istnieje także zwiększone zapotrzebowanie na energię elektryczną. W przypadku podłączenia dodatkowych odbiorników ciepła i energii elektrycznej, określona moc cieplna układu może być niewystarczająca na wytworzenie potrzebeej ilości ciepła i energii elektrycznej. W takim przypadku przeważnie interesy odbiorników ciepła są zaspokajane kosztem interesów odbiorców energii elektrycznej

- przez wyłączenie generatów elektrycznych w elektrociepłowni, a przeciążenie układu przez nadmierny pobór pary dla celów ciepłowniczych grozi awarią całego systemu energetycznego elektrociepłowni, a także znacznymi zakłóceniami w zintergowanym systemie energetycznym współpracujących ze sobą elektrowni i elektrociepłowni. Ponadto układ pracuje ze znacznymi stratami cieplnymi z uwagi na konieczność bardzo znacznego schładzania pary pobieranej z magistrali parowej, a przeznaczonej do podgrzewania - do określonej temperatury - wody sieciowej w podgrzewaczu szczytowym obiegu ciepłowniczego.

Zagadnieniem technicznym wymagającym rozwiązania jest takie zmodyfikowanie znanego układu cieplnego elektrociepłowni, zawierającego obieg ciepłowniczy, w którym podgrzewacz podstawowy wody sieciowej zasilany jest parą pobieraną z upustu turbiny, a podgrzewacz szczytowy tej wody zasilany jest cieplnie parą pobieraną z magistrali parowej łączącej kocioł parowy z turbinaami - aby moc cieplna oraz przepustowość obiegu ciepłowniczego mogła być znacznie zwiększona, bez zmiany parametrów konstrukcyjnych podgrzewacza podstawowego oraz szczytowego, a także w zasadzie bez konieczności zwiększania poboru pary z upustu turbiny i z magistrali parowej.

165 266

Istota wynalazku polega na tym, że obieg ciepłowniczy układu cieplnego elektrociepłowni wyposażony jest w co najmniej jeden wymiennikowy podgrzewacz pomocniczy powrotnej wody sieciowej usytuowany w odlotowym kanale spalinowym kotła parowego, za ostatnim jego urządzeniem do odzyskiwania ciepła jawnego ze spalin odlotowych. Wyjście wodne podgrzewacza pomocniczego połączone jest z wodnym wejściem podstawowego podgrzewacza wody sieciowej i/lub połączone jest z mieszalnikiem wody sieciowej, usytuowanym za wodnym wyjściem szczytowego podgrzewacza wody sieciowej. Kanał odlotowy połączony jest z dolotowym kanałem urządzenia do odpylania spalin, za pomocą kanału obejściowego usytuowanego przed pomocniczym podgrzewaczem oraz wyposażonego w nastawne zamykadło przepływu spalin. Podgrzewacz pomocniczy zawiera korzystnie dwa niezależne od siebie, wymiennikowe zespoły, z których co najmniej jeden wyposażony jest w zdmuchiwacze zanieczyszczeń powierzchniowych, usytuowane na zewnętrznie przepływowych stojakach stanowiących przewody do doprowadzania czynnika zdmuchującego.

Stojaki stanowiąjednocześnie wsporniki dla wymiennikowych zespołów oraz zamocowane są do wewnętrznie przepływowych belek osadzonych w pomocniczym podgrzewaczu, pod wymienikowymi zespołami, przy czym belki połączone są przepływowo z instalacją sprężonego czynnika zdmuchującego.

Układ cieplny według wynalazku umożliwia dodatkowo wykorzystanie jawnego ciepa zawartego w spalinach odlotowych, których energia cieplna została już uprzednio wykorzystana odzyskowo w wymiennikowym podgrzewaczu powietrza spalania przeznaczonego dla potrzeb własnych kotła parowego. Spaliny odlotowe opszczające podgrzewacz powietrza mają jeszcze temperaturę około 473 K, a niejednokrotnie nawet wyższą, przy czym ilość ich jest bardzo duża zważywszy, że jeden kocioł parowy elektrociepłowni produkuje zazwyczaj ponad sto ton pary na godzinę, o temperaturze około 803 K, przy czym elektrociepłownia średniej mocy ma kilka kotłów parowych pracujących jednocześnie lub okresowo. W wyniku stworzenia możliwości dodatkowego odzyskiwania dużej ilości ciepła od spalin odlotowych, powrotna woda sieciowa zostaje w stosunkowo krótkim czasie podgrzana o kilkadziesiąt stopni w podgrzewaczu pomocniczym tak, że dalsze jej podgrzewanie w podstawowym a następnie szczytowym podgrzewaczu trwa znacznie krócej niż dotychczas, przy mniejszym zużyciu pary do tego celu. W przypadku awarii lub celowego wyłączenia stacji ciepłowniczej, w skład której organizacyjnie wchodzi podstawowy i szczytowy podgrzewacz wody sieciowej - obieg ciepłowniczy może nadal funkcjonować z ich pominięciem, gdyż woda może być nadal podgrzewana w podgrzewaczu pomocniczym ciepłem spalin odlotowych kotła parowego.

Podczas normalnej pracy obiegu ciepłowniczego woda podgrzana w podgrzewaczu pomocniczym może w całości być skierowana do podgrzewacza podstawowego lub tylko jej określona część, a pozostała część tej wody lub całość (w zależności od potrzeb) może być skierowana bezpośrednio do mieszalnika. Dzięki temu w dogodny sposób istnieje możliwość sterowania wielkością przepływu przez poszczególne elementy obiegu cieplnego, a także dogodnego regulowania temperatury wody sieciowej wprowadzonej do magistrali ciepłowniczej. Jednocześnie możliwe jest zmniejszenie strat cieplnych układu, gdyż do podgrzewania wody w podgrzewaczu szczytowym może być użyta para znacznie mniej schłodzona niż dotychczas, a osiągnięcie wymaganej temperatury szczytowej uzyskuje się przez skierowanie do mieszalnika odpowiedniej ilości wody podgrzanej tylko w podgrzewaczu pomocniczym. Sterowanie stopniem podgrzania wody sieciowej może być także dokonywane przez skierowanie całej lub tylko pewnej ilości spalin odlotowych przez podgrzewacz pomocniczy, dzięki istnieniu kanału obejściowego. W wyniku tego w sposób skojarzony z wielkością poboru pary do celów ciepłowniczych istnieje możliwość elastycznego - w zależności od potrzeb - regulowania temperatury sieciowej wody ciepłowniczej. Układ według wynalazku ma także bardzo korzystny wpływ na zwiększenie efektywności oraz niezawodności działania urządzenia odpylającego - elektrofiltru, gdyż przechodzące przez niego spaliny odlotowe mają znacznie niższą temperaturę. Pozwala to także na zasadnicze zmniejszenie zużycia energii elektrycznej do napędu wentylatorów ciągu.

Przedmiot wynalazku jest dokładniej objaśniony w przykładzie wykonania zilustrowanym rysunkiem, na którym fig.1 przedstawia schemat ideowy układu cieplnego, przy czym dla

165 266 większej czytelności schematu pominięto niektóre jego elementy nie mające wpływu na istotę wynalazku, fig.2 - wylotową część parowego kotła tego układu w przekroju pionowym, fig.3 - pomocniczy podgrzewacz w przekroju pionowym, a fig.4 - ten sam podgrzewacz w przekroju A-A zaznaczonym na fig.3.

Układ cieplny elektrociepłowni zawiera paleniskowy, parowy kocioł 1 wyposażony w przegrzewacz 2 pary połączony przepływowo z wysokociśnieniową, parową magistralą 3. Do magistrali przyłączona jest upustowo-kondensacyjna, parowa turbina 4 połączona kinematycznie z elektrycznym generatorem 5.

Turbina 4 wyposażona jest w regulowany, parowy upust 6 połączony z wymiennikowym podstawowym podgrzewaczem 7 sieciowej, powrotnej wody ciepłowniczej usytuowanym w wymuszonym, za pomocą pomp hydraulicznych (na rysunku nie pokazanych), obiegu ciepłowniczym układu cieplnego. Wodne wyjście 8 podstawowego podgrzewacza 7 połączone jest przepływowo z wodnym wejściem 9 wymiennikowego, szczytowym podgrzewacza 10 tej wody, przy czym szczytowy podgrzewacz 10 połączony jest z parową magistralą 3, poprzez redukcyjno-schładzającą stację 11. Wodne wyjście 12 szczytowego podgrzewacza 10, poprzez przepływowy mieszalnik 13 wyjściowy ciepłowniczej wody sieciowej, połączone jest przepływowo z ciepłowniczą magistralą 14, która połączona jest z wejściem ciepłowniczej sieci 15, której wyjście połączone jest z magistralą 16 powrotnej wody obiegu ciepłowniczego. Magistrala 16 wody powrotnej, poprzez swe odgałęzienie 17 wyposażone w zawór 18, połączona jest z wodnym wejściem 19 podstawowego podgrzewacza 7 tej wody.

Ponadto magistrala 16 wody powrotnej, poprzez zawór 20, połączona jest z wodnym wejściem 21 pomocniczego podgrzewacza 22 wody powrotnej, którego wodne wyjście 23 za pomocą rurociągu 24 wyposażonego w zawór 25 połączone jest z wodnym wejściem 19 podstawowego podgrzewacza 7. Wodne wyjście 23 pomocniczego podgrzewacza 22 połączone jest również za pomocą obejściowego rurociągu 26 wyposażonego w zawór 27 z mieszalnikiem 13 wyjściowej wody ciepłowniczej. Pomocniczy podgrzewacz 22 stanowi konstrukcyjnie integralną część parowego kotła 1 i usytuowany jest w jego spalinowym, odlotowym kanale 28, za podgrzewaczem 29 powietrza spalania przeznaczonego dla potrzeb kotła 1, przy czym podgrzewacz powietrza stanowi ostatnie urządzenie parowego kotła 1, do odzyskiwania ciepła jawnego spalin odlotowych. Odlotowy kanał 28 połączony jest przepływowo z dolotowym kanałem 30 elektrofiltru 31, za pomocą obejściowego kanału 32 usytuowanego przed pomocniczym podgrzewaczem 22, przy czym obejściowy kanał 32 wyposażony jest w nastawne zamykadło 33 przepływu spalin odlotowych, a elektrofiltr 31 połączony jest przepływowo-wylotowym kanałem 34 z kominem 35 elektrociepłowni. Pomocniczy podgrzewacz 22 zawiera dwa, niezależne od siebie zespoły 36 wymienników ciepła, z których każdy wyposażony jest w zdmuchiwacze 37 zanieczyszczeń powierzchniowych. Zdmuchiwacze 37 umieszczone są na wewnętrznie przepływowych stojakach 38 stanowiących przewody zasilające tych zdmuchiwaczy oraz są zamocowane na wewnętrznie przepływowych belkach 39 osadzonych w pomocniczym podgrzewaczu 22, pod zespołami 36 wymienników ciepła. Ponadto stojaki 30 stanowią wsporniki dla wymiennikowych zespołów 36 pomocniczego podgrzewacza 22, a belki 39 połączone są z instalacją 40 sprężonego powietrza.

Układ przedstawiony w przykładzie wykonania działa następująco: powrotną wodą sieciową o temperaturze około 40°C z miejskiej sieci 15 doprowadza się w sposób wymuszony magistralą 16, przy zamkniętym zaworze 18 na jej odgałęzieniu 17, do pomocniczego podgrzewacza 22 w parowym kotle 1 elektrociepłowni. Woda przepływając przez ten podgrzewacz nagrzewa się do temperatury - jak wykazały przeprowadzone badania - około 361 K, w wyniku przepływu spalin odlotowych o temperaturze około 473 K przez pomocniczy podgrzewacz 22. Podgrzaną w ten sposób wodę wprowadza się rurociągiem 24, przy zamkniętym zaworze 27 na obejściowym rurociągu 26, do podstawowego podgrzewacza 7 zasilanego parą z upustu turbiny 4, a następnie wodę wprowadza się do szczytowego podgrzewacza 10 zasilanego parą z magistrali 3. W wyniku tego sieciowa woda ciepłownicza ma na wyjściu 12 szczytowego podgrzewacza temperaturę najczęściej 368-363 K lub w okresie silnych mrozów 403-453 K lub inną - w zależności od potrzeb. Następnie wodę poprzez mieszalnik 13 kieruje się do ciepłowniczej magistrali 14 zasilającej ciepłowniczą sieć 15. W przypadku, gdy przepustowość szczy6

165 266 towego podgrzewacza 10 jest za mała w stosunku do potrzeb odbiorców ciepła lub gdy wielkość odbywającego się przez niego przepływu zbliżonajest do maksymalnej, odpowiednią ilość wody podgrzanej w pomocniczym podgrzewaczu 22 kieruje się, przez otwarty zawór 27, do mieszalnika 13, a następnie do ciepłowniczej magistrali 14 z pominięciem podstawowego podgrzewacza 7 oraz szczytowego podgrzewacza 10.

Sterowanie stopniem podgrzania wody sieciowej odbywa się przez odpowiednie skojarzenie: wielkość poboru pary z upustu turbiny 4 i z magistrali 3, wielkości przepływu wody przez podgrzewacze 22, 7, 10 ustalonego za pomocą zaworów 20, 24, 27, 18, wielkości przepływu odlotowych spalin 41 przez pomocniczy podgrzewacz 22. W tym ostatnim przypadku, gdy spalinowy obejściowy kanał 32 w parowym kotle 1 jest zamknięty - za pomocą zamykadła 33 cały przepływ spalin do dolotowego kanału 30 elektrofiltru 31 odbywa się przez pomocniczy podgrzewacz 22, w wyniku istnienia ciągu wytworzonego przez wentylatory kominowe. Natomiast, gdy obejściowy kanał 32 jest otwarty, cały w zasadzie przepływ spalin do dolotowego kanału 30 elektrofiltru odbywa się przez kanał obejściowy - w wyniku tego, że opory przepływu tą drogą są mniejsze niż przez pomocniczy podgrzewacz 22. Wielkość przepływu wody sieciowej przez podgrzewacze 7,10 oraz przez obejściowy rurociąg 26 jest dowolnie regulowana za pomocą zaworów 25,27. W przypadku, gdy te zawory oraz zawór 20 na magistrali 16 wody powrotnej są zamknięte, a zawór 18 na odgałęzieniu 17 magistrali 16 jest otwarty - obieg ciepłowniczy układu cieplnego działa w sposób dotychczasowy.

Fig. 2

165 266

Fig. 3

Fig. 4

165 266

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ cieplny elektrociepłowni, zawierający paleniskowy kocioł parowy połączony za pomocą magistrali parowej z co najmniej jedną parową turbiną upustową, której co najmniej jeden upust parowy połączony jest z co najmniej jednym wymiennikowym podstawowym podgrzewaczem wody sieciowej usytuowanym w wymuszonym obiegu ciepłowniczym, w którym ustytuowany jest także co najmniej jeden wymiennikowy szczytowy podgrzewacz tej wody połączony z magistralą parową, znamienny tym, że ciepłowniczy obieg wyposażony jest w co najmniej jeden pomocniczy podgrzewacz (22) powrotnej wody sieciowej usytuowany w spalinowym, odlotowym kanale (28) parowego kotła (1), za ostatnim jego urządzeniem (29) do odzyskiwania ciepła jawnego ze spalin odlotowych, przy czym wyjście (23) pomocniczego podgrzewacza (22) połączone jest z wodnym wejściem (19) podstawowego podgrzewacza (7) wody sieciowej oraz lub połączone jest z mieszalnikiem (13) wody sieciowej, usytuowanym za wodnym wyjściem (12) szczytowego podgrzewacza (10) wody sieciowej.
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że odlotowy kanał (28) połączony jest z odlotowym kanałem (30) odpylającego urządzenia (31), za pomocą spalinowego obejściowego kanału (32) usytuowanego przed pomocniczym podgrzewaczem (22) wody sieciowej.
3. 3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że obejściowy kanał (32) wyposażony jest w nastawne zamykadło (33) przepływu.
4. 4. Układ według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że pomocniczy podgrzewacz (22) zawiera korzystnie dwa, niezależne od siebie zespoły (36) wymienników ciepła.
5. 5. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że co najmniej jeden zespół (36) wymienników ciepła wyposażony jest w zdmuchiwacze (37) zanieczyszczeń powierzchniowych.
6. 6. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że zdmuchiwacze (37) zamocowane są na przepływowych wewnętrznie stojakach (38) stanowiących przewody do doprowadzania czynnika zdmuchującego.
7. 7. Układ według zastrz. 6, znamienny tym, że stojaki (38) stanowią wsporniki dla zespołów (36) wymienników ciepła.
8. 8. Układ według zastrz. 6 albo 7, znamienny tym, że stojaki (38) osadzone są na wewnętrznie przepływowych belkach (39) osadzonych w pomocniczym podgrzewaczu (22), pod zespołami (36) wymienników ciepła.
9. 9. Układ według zastrz. 8, znamienny tym, że belki (39) połączone są przepływowo z zasialjącą instalacją (40) sprężonego czynnika zdmuchującego, korzystnie powietrza.