PL B1. Sposób i układ uzupełniania wodą sieci ciepłowniczej i obiegu cieplnego w elektrociepłowni

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. F22D 5/00 ( ) F22D 11/00 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Sposób i układ uzupełniania wodą sieci ciepłowniczej i obiegu cieplnego w elektrociepłowni (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 13/04 (73) Uprawniony z patentu: Instytut Maszyn Przepływowych PAN,Gdańsk,PL Drożyński Zbigniew,Gdańsk,PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 06/08 (72) Twórca(y) wynalazku: Zbigniew Drożyński,Gdańsk,PL (74) Pełnomocnik: Kwapich Anna PL B1 (57) 1. Sposób uzupełniania wodą sieci ciepłowniczej i obiegu cieplnego w elektrociepłowni polegający na tym, że uzdatnioną wodę do uzupełniania sieci ciepłowniczej odgazowuje się i wtłacza do strumienia wody sieciowej w kolektorze ciepłowniczym, a uzdatnioną wodę do uzupełniania obiegu cieplnego odgazowuje się i wprowadza do strumienia kondensatu na wlocie ssącym pompy kondensatu podającej kondensat z sieciowego wymiennika ciepła do bloku regeneracyjnego obiegu cieplnego, znamienny tym, że wodę do uzupełniania sieci ciepłowniczej pobiera się ze strumienia wody uzupełniającej obieg cieplny rozdzielając go na dwa oddzielne strumienie. 4. Układ uzupełniania wodą sieci ciepłowniczej i obiegu cieplnego elektrociepłowni zawierający odgazowywacz próżniowy połączony ze źródłem wody uzupełniającej i z rurociągiem pary z wylotów ciepłowniczych turbiny, którego wyjście dołączone jest do rurociągu kondensatu przed wlotem ssącym pompy kondensatu włączonej pomiędzy sieciowy wymiennik ciepła i blok regeneracyjny obiegu cieplnego, znamienny tym, że rurociąg kondensatu (RK) za wylotem pompy kondensatu (PK) połączony jest dodatkowym rurociągiem (RD) poprzez blok zaworów (Z) z kolektorem ciepłowniczym (KC).

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ uzupełniania wodą sieci ciepłowniczej i obiegu cieplnego elektrociepłowni. Znajduje on zastosowanie w instalacjach elektrociepłowni, które przeznaczone są do skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła umożliwiających jednocześnie produkcję wody uzupełniającej sieć ciepłowniczą oraz obieg cieplny w tych elektrociepłowniach. Głównym produktem elektrociepłowni jest energia elektryczna uzyskiwana przez ekspansję pary wodnej w turbinach, które napędzają generatory. Drugim ich produktem jest energia cieplna rozprowadzana do odbiorców za pośrednictwem wody krążącej w sieci ciepłowniczej. Układ dystrybucji ciepła komunalnego charakteryzuje się dużą pojemnością i związanymi z tym nieszczelnościami, co wymaga ciągłego uzupełniania wody krążącej w sieci ciepłowniczej. W sieci zaopatrującej miasto w ciepło o wartości 500 MW, w której krąży około t/h wody, ilość wody uzupełniającej tę sieć jest rzędu 50 t/h. Woda ta musi spełniać określone wymagania, w szczególności w zakresie zawartości żelaza, tlenu, twardości, zasadowości ogólnej, wartości ph, dlatego przed wprowadzeniem do sieci poddaje się ją uzdatnieniu i odgazowaniu. Jednocześnie w elektrociepłowniach powstaje strumień pary technologicznej czerpanej z kadłuba turbiny, z jednego z jej upustów regeneracyjnych, która ekspediowana jest np. do sąsiednich zakładów przemysłowych i której ciśnienie utrzymywane jest przez układ zaworów regulacyjnych. Powoduje to ubytki i straty w całym obiegu cieplnym, które kompensuje się dostarczając do tego obiegu odpowiednią ilość wody mieszanej z kondensatem spływającym z wymienników ciepła. Ze względu na wymagania stawiane kondensatowi, woda ta musi mieć określoną wartość ph, zasadowość ogólną, zasolenie, zawartość m.in. tlenu, żelaza, krzemionki, miedzi, amoniaku. Przed wprowadzeniem do obiegu musi więc być uzdatniona i odgazowana. Znany i powszechnie stosowany jest taki sposób uzupełniania wodą instalacji elektrociepłowni, w którym sieć ciepłowniczą i obieg cieplny uzupełnia się dwoma oddzielnymi strumieniami wody. Wodę ubywającą z sieci ciepłowniczej uzupełnia się strumieniem uzdatnionej wody, którą odgazowuje się, tzn. pozbawia tlenu w odgazowywaczach sieciowych, a następnie wtłacza do strumienia wody płynącej w kolektorze ciepłowniczym, przed pompą wstępną podającą wodę sieciową do podgrzania w sieciowych wymiennikach ciepła. Ubytki czynnika obiegowego w obiegu cieplnym elektrociepłowni powstają głównie w wyniku ekspediowania kolektorem poza elektrociepłownie pary technologicznej, która w ten sposób zostaje wyłączona z dalszego procesu ekspansji pary wodnej w turbinach upustowych. Ten obieg uzupełnia się podając oddzielny strumień uzdatnionej wody do odgazowywacza próżniowego, a następnie wprowadzając go do strumienia kondensatu spływającego z sieciowego wymiennika ciepła i podawanego za pomocą pompy kondensatu do bloku regeneracyjnego. Zasada pracy odgazowywaczy w takich układach polega na tym, że uzdatniona chemicznie woda przepływająca grawitacyjnie w dół, jest podgrzewana w objętości odgazowywacza do temperatury nasycenia, przez przepływającą w przeciwprądzie parę wodną. Procesy te odbywają się osobno w odgazowywaczach sieciowych - dla wody uzupełniającej sieć ciepłowniczą oraz w odgazowywaczach próżniowych - dla wody uzupełniającej obieg cieplny. Znany i powszechnie stosowany układ uzupełniania wodą obiegu cieplnego i sieci ciepłowniczej w elektrociepłowni ma dwa oddzielne, odseparowane systemy uzupełniania. Pierwszy z nich zawiera odgazowywacz próżniowy dołączony do źródła wody uzupełniającej i do kolektora pary z wylotów ciepłowniczych turbiny, którego wyjście połączone jest z rurociągiem kondensatu spływającego z wymienników sieciowych, przed wlotem ssącym pompy kondensatu. Pompa ta włączona jest w instalacji elektrociepłowni pomiędzy sieciowym wymiennikiem ciepła, a blokiem regeneracyjnym obiegu cieplnego, zawierającym m.in. wymienniki regeneracyjne i odgazowywacz ciśnieniowy. Drugi system, uzupełniania sieci ciepłowniczej, zawiera odgazowywacz sieciowy dołączony do drugiego źródła wody uzupełniającej i do kolektora pary technologicznej, a wyjście tego odgazowywacza dołączone jest do kolektora wody sieciowej. Realizacja uzupełniania wodą sieci ciepłowniczej i obiegu cieplnego w osobnych układach jest niekorzystna ze względu na straty energetyczne i koszty. Strumień pary wodnej z upustu technologicznego angażowany jest do odgazowywania wody uzupełniającej sieć ciepłowniczą zamiast przepływać przez turbinę i generować energię elektryczną. Na odgazowanie 50 t/h wody sieciowej, typowe urządzenia zużywają ok. 7 t/h pary wodnej, co stanowi ok. 5,5 MW energii. Sposób uzupełniania wodą sieci ciepłowniczej i obiegu cieplnego w elektrociepłowni według wynalazku, polegający na tym, że uzdatnioną wodę do uzupełniania sieci ciepłowniczej odgazowuje się i wtłacza do strumienia wody sieciowej w kolektorze ciepłowniczym, a uzdatnioną wodę do uzupeł-

3 PL B1 3 niania obiegu cieplnego odgazowuje się i wprowadza do strumienia kondensatu na wlocie ssącym pompy kondensatu podającej kondensat z sieciowego wymiennika ciepła do bloku regeneracyjnego obiegu cieplnego charakteryzuje się tym, że wodę do uzupełniania sieci ciepłowniczej pobiera się ze strumienia wody uzupełniającej obieg cieplny rozdzielając go na dwa oddzielne strumienie. Korzystnie jest, gdy wodę do uzupełniania sieci ciepłowniczej pobiera się na wyjściu pompy kondensatu. Szczególnie korzystne efekty uzyskuje się, gdy masowe natężenie przepływu wody w strumieniu uzupełniającym sieć ciepłowniczą reguluje się przy pomocy zaworu regulacyjnego, w zależności od ciśnienia wody w kolektorze ciepłowniczym przed pompą wstępną podającą wodę sieci ciepłowniczej do sieciowego wymiennika cieplnego. Układ uzupełniania wodą sieci ciepłowniczej i obiegu cieplnego elektrociepłowni według wynalazku, zawierający odgazowywacz próżniowy połączony ze źródłem wody uzupełniającej i z rurociągiem pary z wylotów ciepłowniczych turbiny, którego wyjście dołączone jest do rurociągu kondensatu przed wlotem ssącym pompy kondensatu włączonej pomiędzy sieciowy wymiennik ciepła i blok regeneracyjny obiegu cieplnego charakteryzuje się tym, że rurociąg kondensatu za wylotem pompy kondensatu połączony jest dodatkowym rurociągiem poprzez blok zaworów z kolektorem ciepłowniczym. Korzystnie jest, gdy w układzie tym dodatkowy rurociąg dołączony jest do kolektora ciepłowniczego przed pompą wstępną. Korzystna jest postać układu, w którym blok zaworów zawiera zawór regulacyjny i zawór zwrotny połączone szeregowo. Z porównania wymagań stawianych kondensatowi i wodzie sieciowej w instalacjach elektrociepłowni wynika, że ciecz stanowiąca kondensat spełnia wymogi dla wody sieciowej, a rozwiązanie według wynalazku umożliwia uzupełnianie sieci ciepłowniczej kondensatem z obiegu cieplnego elektrociepłowni. Jest to szczególnie korzystne ze względu na fakt, że odgazowywacz próżniowy zasilany jest parą wodną z wylotu turbiny, w którym panuje najniższe ciśnienie i temperatura w cyklu. Wynalazek jest bliżej objaśniony na przykładzie zilustrowanym rysunkiem, który przedstawia schemat układu uzupełniania wodą sieci ciepłowniczej i obiegu cieplnego w instalacji elektrociepłowni. Sposób uzupełniania ubytków wody w sieci ciepłowniczej oraz w obiegu cieplnym elektrociepłowni polega na tym, że odpowiednio uzdatnioną chemicznie wodę, spełniającą wymagania stawiane kondensatowi, pozbawia się zawartości gazów, zwłaszcza tlenu, w odgazowywaczu próżniowym OP. Odgazowywanie to przebiega w ten sposób, że wodę przepływającą grawitacyjnie w dół w objętości tego odgazowywacza podgrzewa się przepływającą przez niego w przeciwprądzie parą wodną pochodzącą z wylotu turbiny T. Woda ta jest podgrzewana do temperatury nasycenia, panującej w sieciowym wymienniku ciepła XA, w której to temperaturze ciecz nie rozpuszcza w sobie żadnych gazów. Odseparowane gazy wyprowadza się pompami próżniowymi do atmosfery. Strumień odgazowanej wody podaje się na wlot ssący pompy kondensatu PK, łącząc go ze strumieniem kondensatu spływającego z sieciowego wymiennika ciepła XA. Strumień wody za wyjściem pompy kondensatu PK rozdziela się na dwa oddzielne strumienie. Jeden z nich kieruje się dalej rurociągiem kondensatu RK, poprzez układ zaworów, do bloku regeneracyjnego R instalacji elektrociepłowni. Drugi strumień wprowadza się do kolektora ciepłowniczego KC przed pompą wstępną PW, za pomocą której tłoczy się wodę sieciową do sieciowego wymiennika ciepła XA. Masowe natężenie przepływu wody w drugim strumieniu, uzupełniającym sieć ciepłowniczą, reguluje się i ustawia w zależności od ciśnienia wody panującego w kolektorze ciepłowniczym przed pompą wstępną za pomocą zaworu regulacyjnego ZR. Przykładowy układ uzupełniania wodą sieci ciepłowniczej i obiegu cieplnego elektrociepłowni zawiera odgazowywacz próżniowy OP dołączony za pośrednictwem układu zaworów do źródła uzdatnionej chemicznie wody uzupełniającej oraz do rurociągu pary z wylotów ciepłowniczych turbiny T. Wyjście odgazowywacza próżniowego OP połączone jest z rurociągiem kondensatu RK na wlocie ssącym pompy kondensatu PK, do którego dołączone jest ujście kondensatu z sieciowego wymiennika ciepła XA. Za wyjściem z pompy kondensatu PK, rurociąg kondensatu RK połączony jest poprzez układ zaworów z blokiem regeneracyjnym R instalacji elektrociepłowni oraz z objętością sieciowego wymiennika ciepła XA. Za wyjściem z pompy kondensatu PK, rurociąg kondensatu RK połączony jest także oddzielną gałęzią, stanowiącą dodatkowy rurociąg RD. z kolektorem ciepłowniczym KC, przed jego wlotem do pompy wstępnej PW, której wylot połączony jest tym kolektorem ciepłowniczym KC z sieciowym wymiennikiem ciepła XA. W dodatkowym rurociągu znajduje się blok zaworów Z zawierający połączone szeregowo: zawór regulacyjny ZR umożliwiający sterowanie przepływem wody w tym rurociągu i zawór zwrotny ZZ, zapewniający przepływ wody tylko w jedną stronę, do kolektora cie-

4 4 PL B1 płowniczego. Układ może także zawierać blok odgazowywacza rezerwowego OR, który połączony jest przez układy zaworów z dodatkowym źródłem wody oraz z kolektorem pary technologicznej KP, a którego wylot połączony jest z kolektorem ciepłowniczym KC. Zdemineralizowana woda uzupełniająca obieg cieplny instalacji elektrociepłowni podawana jest do odgazowywacza próżniowego OP i ogrzewana w nim parą z wylotu turbiny T do temperatury panującej w sieciowym wymienniku ciepła. Odseparowane w tym procesie gazy odprowadzane są do atmosfery, a odgazowana ciecz, po zmieszaniu z kondensatem spływającym z sieciowego wymiennika ciepła XA, wprowadzana jest na wlot ssący pompy kondensatu PK. Za wylotem pompy kondensatu PK ciecz ta jest rozdzielana na dwa strumienie, z których jeden zasila strumień kondensatu krążącego w obiegu cieplnym elektrociepłowni, a drugi zasila obieg wody sieciowej ogrzewanej w sieciowym wymienniku ciepła XA i krążącej w sieci ciepłowniczej. Kondensat spływający z sieciowego wymiennika ciepła XA jest w tym miejscu obiegu czynnikiem termicznie najbardziej zdegradowanym, a dodawanie zimnej wody zdemineralizowanej do objętości sieciowego wymiennika ciepła XA obniża dodatkowo ciśnienie (i temperaturę), poprawiając w ten sposób sprawność całego obiegu. Dla turbin upustowych np. 13UC55 przewidziane jest uzupełnianie czynnika obiegu cieplnego do 100 t/h. W sytuacjach awaryjnych układ umożliwia uzupełnianie sieci ciepłowniczej wodą z odgazowywacza rezerwowego OR. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób uzupełniania wodą sieci ciepłowniczej i obiegu cieplnego w elektrociepłowni polegający na tym, że uzdatnioną wodę do uzupełniania sieci ciepłowniczej odgazowuje się i wtłacza do strumienia wody sieciowej w kolektorze ciepłowniczym, a uzdatnioną wodę do uzupełniania obiegu cieplnego odgazowuje się i wprowadza do strumienia kondensatu na wlocie ssącym pompy kondensatu podającej kondensat z sieciowego wymiennika ciepła do bloku regeneracyjnego obiegu cieplnego, znamienny tym, że wodę do uzupełniania sieci ciepłowniczej pobiera się ze strumienia wody uzupełniającej obieg cieplny rozdzielając go na dwa oddzielne strumienie. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wodę do uzupełniania sieci ciepłowniczej pobiera się na wyjściu pompy kondensatu (PK). 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że masowe natężenie przepływu wody w strumieniu uzupełniającym sieć ciepłowniczą reguluje się przy pomocy zaworu regulacyjnego (ZR) w zależności od ciśnienia wody w kolektorze ciepłowniczym (KC) przed pompą wstępną (PW) podającą wodę sieci ciepłowniczej do sieciowego wymiennika cieplnego (XA). 4. Układ uzupełniania wodą sieci ciepłowniczej i obiegu cieplnego elektrociepłowni zawierający odgazowywacz próżniowy połączony ze źródłem wody uzupełniającej i z rurociągiem pary z wylotów ciepłowniczych turbiny, którego wyjście dołączone jest do rurociągu kondensatu przed wlotem ssącym pompy kondensatu włączonej pomiędzy sieciowy wymiennik ciepła i blok regeneracyjny obiegu cieplnego, znamienny tym, że rurociąg kondensatu (RK) za wylotem pompy kondensatu (PK) połączony jest dodatkowym rurociągiem (RD) poprzez blok zaworów (Z) z kolektorem ciepłowniczym (KC). 5. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że dodatkowy rurociąg (RD) dołączony jest do kolektora ciepłowniczego (KC) przed pompą wstępną (PW). 6. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że blok zaworów (Z) zawiera zawór regulacyjny (ZR) i zawór zwrotny (ZZ) połączone szeregowo.

5 PL B1 5 Rysunek

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.