ZESPÓŁ AUTORSKI

Uniwersytet Morski w Gdyni

Krzysztof Bernard Łukaszewski

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Główne zastosowania wynalazku: elektrownie, elektrociepłownie, statki morskie. Tego rodzaju regulacja umożliwia zmniejszenie całkowitych kosztów pompowania wody chłodzącej skraplacz. W zależności od warunków eksploatacyjnych, a w tym warunków otoczenia (zmian temperatury wody chłodzącej z miejsca jej poboru) koszty te są od 3,4 do 5,9 razy mniejsze w odniesieniu do pompowania wody chłodzącej skraplacz bez tej regulacji. W dużych systemach energetycznych moc silnika pompy pobierana z sieci wynosi od 721-1198 kW. Powszechne zastosowanie tego wynalazku w Polsce w elektrowniach oraz w małych spalarniach śmieci może przyczynić się do istotnego zmniejszenia CO2 do środowiska przyrodniczego. Tego rodzaju regulacja umożliwia utrzymywanie zadanych wartości wielkości istotnych z punktu widzenia efektywnej eksploatacji technicznego systemu energetycznego, w którym zostanie zastosowana, np. utrzymywania zadanej wartości ciśnienia w skraplaczu w zmiennych warunkach eksploatacyjnych elektrowni. Następnie, utrzymywanie określonej sprawności energetycznej tego obiektu. Ponadto, to rozwiązanie techniczne ma następujące dodatkowe korzyści: - zwiększa niezawodność skraplacza poprzez możliwość wyłączenia pękniętych rur w czasie eksploatacji; zmniejsza koszty skutków uszkodzeń rur, a w tym koszty związane z uzdatnianiem wody i zmniejszeniem skutków związanych z funkcjonowaniem turbiny (moc turbiny albo odstawienie turbiny); - zmniejsza określone problemy projektowe skraplaczy, tj. rozwiązuje problem występowania różnic między rozkładami strumieni ciepła wymienianego w poszczególnych rurach wynikających z obliczeń projektowych i eksploatacji skraplacza, ponieważ zapewnia możliwość regulacji powierzchni wymiany ciepła i masowego natężenia przepływu w czasie eksploatacji; - następnie, likwiduje problem decyzji o nadmiarowości powierzchni wymiany ciepła w procesie jego projektowania, ponieważ wymiana ciepła między płynami wymieniającymi ciepło dostosowana do aktualnych potrzeb wynikających z eksploatacji skraplacza w technicznym systemie energetycznym może być realizowana zarówno dla czystych rur jak i zanieczyszczonych w całym zakresie obciążenia turbiny parowej i całkowitym zakresie temperatury wody chłodzącej.

ISTOTA WYNALAZKU

Istotną wynalazku jest sposób regulacji powierzchni wymiany ciepła i natężenia przepływu wody chłodzącej skraplacz turbiny parowej głównie w zależności od zmiennego w czasie obciążenia turbiny parowej, temperatury wody chłodzącej skraplacz i stopnia zanieczyszczenia rur skraplacza. Sterowanie procesem wymiany ciepła między płynami w skraplaczu odbywa się poprzez włączanie wyznaczonego natężenia przepływu wody chłodzącej przez wyznaczoną liczbę rur w określonym układzie.
Sterowanie adaptacyjne jest realizowane poprzez regulację kombinacyjną powierzchni wymiany ciepła, układu rur dla zadanej powierzchni wymiany ciepła, kierunku przepływu wody chłodzącej skraplacz i natężenia przepływu wody chłodzącej z użyciem np. dwóch pomp o zmiennych wydajnościach. Sterowanie to jest zależne od nastaw obciążenia (mocy) turbiny parowej i temperatury wody chłodzącej z miejsca jej poboru.
Znając nominalne wartości ciśnień kondensacji pary wodnej dla określonych mocy turbiny, na podstawie odpowiednich obliczeń dokonuje się odpowiednich nastaw liczby rur, przez które przepływa zadana ilość wody chłodzącej w określonych kierunkach ich przepływu. Następnie dokonuje się weryfikacji wartości ciśnienia kondensacji pary wodnej i w przypadku konieczności, zmian nastaw określonych parametrów. Tak opisana regulacja jest realizowana poprzez włączanie i wyłączanie przepływu wody chłodzącej przez określone układy rur i w określonych kierunkach z użyciem przykładowo zaworów odcinających albo innych urządzeń np. rozdzielaczy, z użyciem których możliwe jest odcinanie przepływu wody chłodzącej albo jej przepływ. Rury w przestrzeni płaszcza skraplacza umieszczone są równolegle do niego, ale mogą być umieszczone również pod różnymi kątami, w różnych kombinacjach. Możliwa liczba kombinacji włączania i wyłączania przepływu wody chłodzącej i w określonych kierunkach wynika z indywidulanych potrzeb użytkownika sposobu według wynalazku.
Taka regulacja tzn., liczby rur, układu rur, natężenia przepływu wody chłodzącej i kierunków przepływu tej wody, umożliwia maksymalne wykorzystanie ekspansji pary w turbinie kondensacyjnej, wykorzystanie całkowitego potencjału temperatury wody chłodzącej przepływającej przez skraplacz, minimalizację natężenia przepływu wody chłodzącej w określonych warunkach eksploatacyjnych, dostosowywanie intensywności wymiany ciepła między płynami w zależności od warunków eksploatacyjnych. Przekłada się to również na zwiększenie niezawodności skraplacza poprzez możliwość wyłączenia pękniętych rur w czasie eksploatacji i zmniejszenie kosztów skutków uszkodzeń rur, a w tym kosztów związanych z uzdatnianiem wody i zmniejszenie skutków związanych z funkcjonowaniem turbiny (moc turbiny albo odstawienie turbiny). W ten sposób uzyskuje się możliwość wpływu na bieżącą niezawodność tego rodzaju skraplaczy poprzez adaptację struktur niezawodnościowych powierzchni wymiany ciepła (podsystemu rur), których zmiana następuje w wyniku przystosowania układów rur do aktualnie występujących warunków eksploatacyjnych skraplacza w systemie energetycznym.

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Wynalazek można zastosować w elektrowniach, elektrociepłowniach, statkach morskich, obiektach technicznych, jednakże wymaga on indywidualnego podejścia w projektowaniu skraplaczy oraz optymalizacji wymiany ciepła w skraplaczu, w zależności od procesu eksploatacji systemu, w którym występuje. Zapotrzebowanie na regulację występuje w spalarniach śmieci, ze względu na procesy eksploatacyjne takich obiektów, w elektrowniach z uwagi na znaczące obniżenie kosztów związanych z pompowaniem wody chłodzącej skraplacz oraz na statkach morskich z uwagi na podwyższenie sprawności energetycznej systemów.
W Polsce potencjalnie istnieje możliwość zastosowania tego rodzaju skraplaczy w 19 elektrowniach o różnych osiąganych mocach, co pozwoli na redukcję CO2. Wykazano też, że istnieje potencjał redukcji kosztów pompowania wody chłodzącej skraplacz turbiny parowej w zależności od warunków eksploatacyjnych od 3,4 do 5,9 razy, w odniesieniu do skraplacza bez możliwości regulacji powierzchni wymiany ciepła.