Тепловое аккумулиров ание энергии
Новые схемы теплового аккумулирования энергии
Для электростанций, работающих на угле, разрабатываются новые системы теплового аккумулирования энергии с целью удовлетворения пиковых нагрузок.
а) Подземные аккумуляторы со скользящим давлением. На рис. 7.14 показана пиковая аккумулирующая система с полостями в скальных породах (разд. 4.4), а на рис. 7.15 представлена ее схема [7.18]. В ней предусматривается использовать 5 специальных сосудов высотой 38 м. Они будут работать как аккумуляторы со скользящим давлением от 4,8 МПа (давление на выходе турбины ВД) до 2,4 МПа (постоянное давление на входе в пиковую турбину). Несмотря на потери дросселирования во время зарядки и разрядки, полный КПД аккумулирования составит ~80%.
|
|
|
|
|
1 — водоподготовительное оборудование; 2 — распределительная система; 3— полости (5 шт.); 4 — мастерские. |
|
i — подземный высокотемпературный аккумулятор; 2 — пиковая турбина (2 потока/;. 3 — сепаратор влаги; 4 — подпитка конденсата и аккумулятор; 5 — насос; 6 — генератор (1800 об/мин); 7 — конденсатор; 8 — турбины низкого давления (4 потока)- |
|
Рис. 7.14. Аккумулирующая установка скользящего давления с подземными сосудами-аккумуляторами [7.18]. |
б) Косвенное аккумулирование питательной воды. Экономичность угольной энергетической установки с косвенным
аккумулированием питательной воды путем использования горячего масла в качестве аккумулирующей среды была исследована Бехтелом [7.19]. Схема установки показана на рис. 7.16. Аккумулятор позволяет увеличить мощность энергоустановки с 595 МВт до 571 + 120 = 691 МВт (т. е. примерно на 16%) в течение 8 ч. Параллельно всей цепи подогревателей питательной воды установлены водомасляные теплообменники. Наливное хозяйство состоит из трех резервуаров диаметром 36,6 м и высотой 18,3 м, заполненных гравийной засыпкой. Два резервуара в заряженном состоянии заполнены маслом, а третий — пустой (заполнен инертным
|
Смеситель
Рис. 7.16. Угольная теплоэлектростанция с косвенным аккумулированием питательной воды [7.19]. |
газом). В качестве теплообменной и аккумулирующей среды используется теплоноситель Exxon Caloria НТ-43.
Питательная вода в процессе разрядки предварительно нагревается в масловодяном теплообменнике, что позволяет почти полностью перекрыть линии отбора. В связи с этим выход пара увеличивается почти на 50%. Это требует применения пиковой турбины, так как базисная турбина не может принять увеличенный поток пара. Зарядка производится нагревом дополнительного количества питательной воды и передачей от нее тепла через теплообменники маслу. Полный КПД аккумулирования составляет 61 %• Однако применение ТАЭ на действующей энергоустановке требовало ее выключения на 16 месяцев, вследствие чего от этого отказались.
Аналогичная система (рис. 7.17) была исследована фирмой «Дженерал электрик» [7.18] применительно к энергоустановке с базовой нагрузкой 741 МВт и пиковой нагрузкой 400 МВт. Предлагается вести процесс на сверхкритических параметрах пара без перегрева. Теплообмен при этом происходит между паром СД и маслом, что позволяет увеличить пиковые нагрузки на 54 %. Расчетный общий КПД составляет 66%.
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 7.17. Установка косвенного теплового аккумулирования [7.18].
1 — котел; 2 — дроссельный клапан; 3 — генератор, 3600 об/мин; 4 — сепаратор влаги; 5 —генератор, 1800 об/мин; 6 — конденсатор; 7 — турбины НД (4 потока); 8 — насос; 9 — турбина с механическим приводом; 10— питательный насос котла; // — турбина СД; /2 —турбина ВД: 13 — зарядный теплооб
менник теплового аккумулятора 14 — разрядный насос; 15 — обратный клапан; 16 — масляно-гравийный тепловой аккумулятор; /7 — охладитель; 18 — зарядный насос; 19 — парогенератор пиковой турбины; 20 — предварительный нагреватель; 21 — пароперегреватель; 22 —• деаэратор-
|
Рис. 7.18. Аккумулятор питательной воды ПЧСД для энергосиловой установки мощностью 150 МВт [4.24]. I — котел; 2 —турбина ВД; 3 — пароперегреватель; 4 ~ турбина СД; 5 — турбина НД; 6 — конденсатор; 7— дегазатор; 8 — серия подогревателей' питательной воды НД; 9 — серия подогревателей питательной воды ВД; 10 — аккумулятор горячей воды под давлением; 11 — нагнетатель. |
в) Прямое аккумулирование питательной воды. Было также предложено покрывать пиковые нагрузки с помощью прямого аккумулирования питательной воды. Для этого требуются сосуды давления вместо танков (резервуаров атмосферного давления), но по сравнению с косвенными системами достигается экономия в затратах на теплообменники и масло, а также снижение потерь эксергии в них. На рис. 7.18 показана предлагаемая схема для существующей установки мощностью 150 МВт, позволяющая увеличивать ее мощность на 13,5 % в течение 3 ч [4.24]. Предварительно напряженный чугунный сосуд (ПЧСД, разд. 4.5.3) с расчетными параметрами 7,0 МПа, 242/47 °С, 2000 м3 снабжен теплоизоляцией с внутренней стороны. Считается, что полный КПД аккумулирования составит 95%. Эта система становится экономически выгодной по сравнению с пиковой газовой турбиной и гидравлическими насосными аккумулирующими системами при длительности разрядкн от 3 до 5 ч в сутки и 150—200 полных циклах в год.
8 Зак. 4U
|
Рис. 7.19. Принципиальная схема каскадного акккумулирования питательной воды и пара [4.23]. / — источник тепла; 2 — ПЧСД расширительного типа; 3 — главная турбина ВД; 4— главная гурбина СД; 5 — главная турбина НД; 6 — главный конденсатор; 7 — бак питательной воды (холодное аккумулировние); 8 — подогреватель питательной воды; 9 — быстрый испаритель; /0 — пиковая турбина ВД; //~ пиковая турбина НД; І2 — пиковый конденсатор. |
г) (Уовместное аккумулирование питательной воды и пара. Чтобы/ улучшить характеристики системы аккумулирования при неполных нагрузках и в то же время увеличить возможности Систем аккумулирования воды (разд. 3.3.3) в отношении пиковых нагрузок, была предложена совместная (рис. 7.19) система аккумулирования питательной воды и пара (каскадная) [4.23, 7.23, 7.25].
Температура насыщения в аккумуляторе в этом случае выше конечной температуры питательной воды. Поэтому во время зарядки питательная вода должна быть нагрета до температуры аккумулирования (например, путем смешения с острым или перегретым паром) в верхней части сосуда. Потери на дросселирование оказываются при этом меньше выгод от аккумулирования при постоянной температуре, поскольку при аккумулировании только питательной воды потребуются дополнительные нагреватели.
Во время разрядки горячая вода (в соответствии с принципом расширительного аккумулирования) отбирается из сосуда и испаряется до давления пара верхнего отбора. Пар подводится к соответствующей ступени турбины, а горячая вода заменяет (частично или полностью) питательную воду.
Потери при смешении в потоке питательной воды отсутствуют, так как вода из быстрого испарителя и из серии подогревателей питательной воды всегда имеет одну и ту же температуру.
В системе предлагается использовать ПЧСД. Поскольку (в противоположность ситуации при вытеснительном аккумулировании со скользящим давлением) в системе нет заметных тепловых градиентов, ПЧСД может быть спроектирован с холодными или горячими стенками, т. е. с внутренней или с наружной теплоизоляцией. Стоимость ПЧСД увеличивается в зависимости от давления медленнее, чем по прямой пропорциональной зависимости. Это делает экономически выгодным создание аккумулирующих сосудов высокого давления и перекрытие с их помощью больших пиковых нагрузок. Соответственно здесь становятся приемлемыми пиковые нагрузки, которые слишком велики для систем аккумулирования только питательной воды (разд. 3.3.3).
