Способ снижения параметров перегретого пара с аккумуляцией тепла в газовом объеме

 

Использование: в области энергетики на тепловых электростанциях для снижения давления и температуры перегретого пара. Сущность изобретения: для снижения параметров перегретого пара с аккумуляцией тепла в замкнутом объеме в качестве рабочей среды применяют водяной перегретый пар высокого давления, который в процессе политропного расширения используют для одновременного попеременного сжатия газа в объеме. 2 ил.

Изобретение относится к области энергетики, в частности, может быть использовано на тепловых электростанциях для снижения давления и температуры перегретого пара.

Известен способ снижения давления и охлаждения перегретого пара, основанный на принципе дросселирования, т.е. использования изоэнтальпийного расширения пара в редукционно-охладительном устройстве (РОУ) [1] Для охлаждения редуцированного пара в паровой поток впрыскивается охлаждающая вода.

Недостатком такого способа является необратимая потеря энергии при изоэнтальпийном расширении пара, эрозионный износ.

Известен способ снижения параметров перегретого пара с аккумуляцией тепла в газовом объеме, включающий политропное расширение рабочей среды с одновременным сжатием газа в объеме [2] Недостатком способа является невозможность применения разнородных теплоносителей, обеспечивающих как подвод энергии, так и нагрев и аккумуляцию тепла при высоких температурах.

Целью изобретения является повышение экономичности за счет снижения необратимых термодинамических потерь дросселирования пара.

Эта цель достигается тем, что в известном способе снижения параметров перегретого пара с аккумуляцией тепла в газовом объеме, включающем политропное расширение рабочей среды с одновременным сжатием газа в объеме, в качестве рабочей среды применяют водяной перегретый пар высокого давления, который в процессе политропного расширения используют для одновременного поперечного сжатия газа в объеме.

Предлагаемый способ обеспечивает снижение параметров перегретого пара с 10 МПа и 550^oC до 1,3 МПа и 300^oC, аккумуляцию тепла в ресивере при любой заданной температуре, например, 1500^oC, которая позволяет использовать его для нагрева или плавления любых веществ, например, железной руды для выплавления железа или стали.

Способ полезно использует энергию расширения для побочных целей, по сравнению с процессом дросселирования пара, используемым в обычных редукционно-охлаждающих устройствах на электростанциях или тепловых сетях. Это повышает экономичность установки.

На фиг. 1 изображено устройство, в котором реализуется данный способ, на фиг. 2 диаграмма процессов расширения пара и сжатия газа.

Установка содержит цилиндр 1, дроссель 2, разделяющий цилиндр 1 на рабочую камеру 3 и ресивер 4. В ресивере 4 расположена камера нагрева 5. Снаружи цилиндра 1 предусмотрен охладитель 6. В верхней части рабочей камеры 3 установлен распределительный механизм 7 с окном 8, впускной штуцер 9 и выпускной штуцер 10.

Способ реализуется в установке следующим образом.

Перегретый водяной пар высокого давления 10 МПа и температуры 550^oC подводится к впускному штуцеру 9. В момент, когда окно 8 постоянно вращающегося распределительного механизма 7 совмещается с впускным штуцером 9, пар попадает в рабочую камеру 3 и политропно расширяется, снижая давление до 3 МПа и температуру до 300^oC. Работа политропного расширения пара передается газу, например, азоту, находящемуся в ресивере 4.

Газ подвергается сжатию в процессе, близкому к изотермическому, при любой заданной температуре, например, 1500^oC. Теплота изотермического сжатия передается веществу, находящемуся в камере нагрева 5 (например, железной руде), а также охладителю 6.

В момент, когда окно 8 распределительного механизма 7 совмещается с выпускным штуцером 10, соединяющим рабочую камеру 3 с потребителем пара сниженного давления, например, 1,3 МПа, отработанный пар из рабочей камеры 3 вследствие разности давлений совершает изоэнтальпийное расширение и направляется потребителю.

Одновременно с этим осуществляет изоэнтальпийное расширение газ, находящийся в ресивере 4, в результате чего газ снижает давлением до 1,3 МПа при практически неизменной температуре.

При совмещении окна 8 с впускным штуцером 9 работа установки повторяется.

Описанный выше процесс политропного расширения пара и одновременно происходящих изотермических процессов сжатия расширения газа иллюстрируется диаграммой на фиг. 2.

В точке 1 имеем состояние перегретого пара с давлением P₁ 10 МПа и температурой T₁ 550^oC. Процесс в точках 1 и 2 политропный процесс расширения пара со снижением давления и температуры и совершением работы. В точке 2 пар имеет давление P₂ 3 МПа и температуру T₂ 380^oC. Процесс в точках 2 и 3 изоэнтальный процесс расширения пара потребителю с параметрами пара P₃ 1,3 МПа и T₃ 350^oC.

Одновременно с политропным процессом в точках 1 и 2 расширения пара, в газовом объеме осуществляется изотермический процесс в точках 4-5 сжатия с совершением работы сжатия за счет работы политропного процесса расширения пара при заданной температуре, например, 1500^oC.

В начале сжатия газ имеет давление P₃ 1,3 МПа и температуру T₄ 1500^oC. Параметры сжатого газа P₂ 3 МПа и T₄ - 1500^oC. Работа изотермического сжатия в виде тепла передается потребителю.

Одновременно с изоэнтальпийным процессом в точках 2-3 расширения пара осуществляется изоэнтальпийный процесс в точках 5-6 расширения газа с понижением давления до P₃ и незначительным снижением температуры на 5-10^oC.

Таким образом, предлагаемое решение обеспечивает снижение параметров перегретого пара, аккумуляцию тепла в газовом объеме при заданной температуре.

Формула изобретения

Способ снижения параметров перегретого пара с аккумуляцией тепла в газовом объеме, включающий политропное расширение рабочей среды с одновременным сжатием газа в объеме, отличающийся тем, что в качестве рабочей среды применяют водяной перегретый пар высокого давления, который в процессе политропного расширения используют для одновременного попеременного сжатия газа в объеме.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2