Тепловая электрическая станция
Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована на тепловых электрических станциях (ТЭС) для утилизации сбросной низкопотенциальной теплоты в конденсаторах паровых турбин ТЭС и утилизации высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора. Задачей полезной модели является повышение коэффициента полезного действия ТЭС за счет полного использования сбросной низкопотенциальной теплоты для дополнительной выработки электрической энергии, повышение ресурса и надежности работы конденсатора паровой турбины и снижение тепловых выбросов в окружающую среду. Технический результат достигается тем, что в тепловую электрическую станцию, включающую последовательно соединенные паровую турбину, конденсатор паровой турбины и конденсатный насос конденсатора паровой турбины, а также основной электрогенератор, соединенный с паровой турбиной, согласно настоящей полезной модели, введены тепловой двигатель с замкнутым контуром циркуляции, работающий по органическому циклу Ренкина, и конденсационная установка, содержащая последовательно соединенные паровую турбину с производственным отбором пара, имеющую электрогенератор, конденсатор паровой турбины с производственным отбором пара и конденсатный насос конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара, при этом замкнутый контур циркуляции теплового двигателя выполнен в виде контура с низкокипящим рабочим телом, содержащим последовательно соединенные турбодетандер с электрогенератором, конденсатор воздушного охлаждения и конденсатный насос, причем выход конденсатного насоса соединен по нагреваемой среде с входом конденсатора паровой турбины, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара, выход конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара соединен по нагреваемой среде с входом турбодетандера, образуя замкнутый контур охлаждения. В качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный углекислый газ CO2. Таким образом, технический результат достигается за счет полной утилизации сбросной низкопотенциальной теплоты (скрытой теплоты парообразования) и утилизации высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора из паровой турбины с производственным отбором пара, которые осуществляют путем последовательного нагрева, соответственно, в конденсаторе паровой турбины и конденсаторе паровой турбины с производственным отбором пара, низкокипящего рабочего тела (сжиженного углекислого газа CO2) теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована на тепловых электрических станциях (ТЭС) для утилизации сбросной низкопотенциальной теплоты в конденсаторах паровых турбин ТЭС и утилизации высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора.
Прототипом является тепловая электрическая станция, содержащая подающий и обратный трубопроводы сетевой воды, паровую турбину с отопительными отборами пара и конденсатором, к которому подключены напорный и сливной трубопроводы циркуляционной воды, сетевые подогреватели, включенные по нагреваемой среде между подающим и обратным трубопроводами сетевой воды и подключенные по греющей среде к отопительным отборам, теплонасосную установку, испаритель которой подключен по греющей среде к сливному трубопроводу циркуляционной воды, при этом конденсатор теплонасосной установки по нагреваемой среде включен в подающий трубопровод сетевой воды после сетевых подогревателей (патент RU 
2268372, МПК F01K 17/02, 20.01.2006).
Основным недостатком прототипа является относительно низкий коэффициент полезного действия ТЭС по выработке электрической энергии из-за отсутствия полной утилизации сбросной скрытой теплоты парообразования в конденсаторе паровой турбины для дополнительной выработки электроэнергии, обусловленную наличием вторичного контура (теплонасосной установки). Кроме этого, недостатком является низкий ресурс и надежность работы конденсатора паровой турбины из-за использования технической (циркуляционной) воды, которая загрязняет конденсатор паровой турбины. Из-за повышенных тепловых выбросов циркуляционной воды в водоем-охладитель нарушается его экосистема.
Задачей полезной модели является повышение коэффициента полезного действия ТЭС за счет полного использования сбросной низкопотенциальной теплоты для дополнительной выработки электрической энергии, повышение ресурса и надежности работы конденсатора паровой турбины и снижение тепловых выбросов в окружающую среду.
Технический результат достигается тем, что в тепловую электрическую станцию, включающую последовательно соединенные паровую турбину, конденсатор паровой турбины и конденсатный насос конденсатора паровой турбины, а также основной электрогенератор, соединенный с паровой турбиной, согласно настоящей полезной модели, введены тепловой двигатель с замкнутым контуром циркуляции, работающий по органическому циклу Ренкина, и конденсационная установка, содержащая последовательно соединенные паровую турбину с производственным отбором пара, имеющую электрогенератор, конденсатор паровой турбины с производственным отбором пара и конденсатный насос конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара, при этом замкнутый контур циркуляции теплового двигателя выполнен в виде контура с низкокипящим рабочим телом, содержащим последовательно соединенные турбодетандер с электрогенератором, конденсатор воздушного охлаждения и конденсатный насос, причем выход конденсатного насоса соединен по нагреваемой среде с входом конденсатора паровой турбины, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара, выход конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара соединен по нагреваемой среде с входом турбодетандера, образуя замкнутый контур охлаждения.
В качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный углекислый газ CO2.
Таким образом, технический результат достигается за счет полной утилизации сбросной низкопотенциальной теплоты (скрытой теплоты парообразования) и утилизации высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора из паровой турбины с производственным отбором пара, которые осуществляют путем последовательного нагрева, соответственно, в конденсаторе паровой турбины и конденсаторе паровой турбины с производственным отбором пара, низкокипящего рабочего тела (сжиженного углекислого газа CO2) теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена предлагаемая тепловая электрическая станция, имеющая тепловой двигатель с воздушным охлаждением и конденсационную установку.
На чертеже цифрами обозначены:
1 - паровая турбина,
2 - конденсатор паровой турбины,
3 - конденсатный насос конденсатора паровой турбины,
4 - основной электрогенератор,
5 - тепловой двигатель с замкнутым контуром циркуляции,
6 - турбодетандер,
7 - электрогенератор,
8 - конденсатор воздушного охлаждения,
9 - конденсатный насос,
10 - конденсационная установка,
11 - паровая турбина с производственным отбором пара,
12 - электрогенератор паровой турбины с производственным отбором пара,
13 - конденсатор паровой турбины с производственным отбором пара,
14 - конденсатный насос конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара.
Тепловая электрическая станция включает последовательно соединенные паровую турбину 1, конденсатор 2 паровой турбины и конденсатный насос 3 конденсатора паровой турбины, а также основной электрогенератор 4, соединенный с паровой турбиной 1.
Отличием предлагаемой тепловой электрической станции является то, что в нее введены тепловой двигатель 5 с замкнутым контуром циркуляции, работающий по органическому циклу Ренкина, и конденсационная установка 10. Конденсационная установка 10 содержит последовательно соединенные паровую турбину 11 с производственным отбором пара, имеющую электрогенератор 12, конденсатор 13 паровой турбины с производственным отбором пара и конденсатный насос 14 конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара.
Замкнутый контур циркуляции теплового двигателя выполнен в виде контура с низкокипящим рабочим телом, содержащим последовательно соединенные турбодетандер 6 с электрогенератором 7, конденсатор 8 воздушного охлаждения и конденсатный насос 9, причем выход конденсатного насоса 9 соединен по нагреваемой среде с входом конденсатора 2 паровой турбины, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом конденсатора 13 паровой турбины с производственным отбором пара, выход конденсатора 13 паровой турбины с производственным отбором пара соединен по нагреваемой среде с входом турбодетандера 6, образуя замкнутый контур охлаждения.
В качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный углекислый газ CO2.
Предлагаемая тепловая электрическая станция работает следующим образом.
Пар, поступающий из паровой турбины 1 в паровое пространство конденсатора 2, конденсируется на поверхности конденсаторных трубок, внутри которых протекает охлаждающая жидкость (сжиженный углекислый газ CO2). Мощность паровой турбины 1 передается соединенному на одном валу основному электрогенератору 4.
Конденсация пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования, которая отводится при помощи охлаждающей жидкости. Образующийся конденсат с помощью конденсатного насоса 3 конденсатора паровой турбины направляют в систему регенерации.
Преобразование сбросной низкопотенциальной тепловой энергии, отработавшего в турбине 1 пара, и высокопотенциальной тепловой энергии пара производственного отбора из паровой турбины 11, в механическую и, далее, в электрическую происходит в замкнутом контуре циркуляции теплового двигателя 5, работающего по органическому циклу Ренкина. Весь процесс начинается с сжатия в конденсатном насосе 9 сжиженного углекислого газа CO2, который направляют на подогрев в конденсатор 2 паровой турбины, куда поступает отработавший в турбине 1 пар.
В процессе конденсации отработавшего в турбине 1 пара, происходит нагрев сжиженного углекислого газа CO2 до критической температуры 304,13 К при сверхкритическом давлении от 7,4 МПа до 25 МПа, и далее его направляют на подогрев и испарение в конденсатор 13 паровой турбины с производственным отбором пара, куда поступает пар производственного отбора из паровой турбины 11 при температуре около 573 К.
Пар, поступающий из производственного отбора паровой турбины 11 в паровое пространство конденсатора 13, конденсируется на поверхности конденсаторных трубок, внутри которых протекает охлаждающая жидкость (сжиженный углекислый газ CO2). Мощность паровой турбины 11 передается соединенному на одном валу основному электрогенератору 12.
Конденсация пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования, которая отводится при помощи охлаждающей жидкости. Образующийся конденсат с помощью конденсатного насоса 14 конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара направляют в систему регенерации.
В процессе конденсации пара производственного отбора в конденсаторе 13 паровой турбины, происходит испарение сжиженного углекислого газа CO2 и дальнейший его перегрев до сверхкритической температуры от 304,13 К до 390 К при сверхкритическом давлении от 7,4 МПа до 25 МПа, который направляют в турбодетандер 6.
Процесс настроен таким образом, что в турбодетандере 6 не происходит конденсации углекислого газа CO2 в ходе срабатывания теплоперепада. Мощность турбодетандера 6 передается соединенному на одном валу электрогенератору 7. На выходе из турбодетандера 6 углекислый газ CO2 имеет температуру около 288 К с влажностью не превышающей 12%.
Далее его температуру снижают и сжижают в конденсаторе 8 воздушного охлаждения, охлаждаемого воздухом окружающей среды в температурном диапазоне от 223,15 К до 283,15 К.
После конденсатора 8 воздушного охлаждения в сжиженном состоянии углекислый газ CO2 сжимают в конденсатном насосе 9 и направляют на подогрев в конденсатор 2 паровой турбины.
Использование конденсационной установки 10 позволяет повысить начальные параметры низкокипящего рабочего тела теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции до сверхкритических параметров, что приводит к увеличению теплоперепада на турбодетандере 6 и, как следствие, повышению коэффициента полезного действия ТЭС по выработке электрической энергии.
Для решения проблемы излишнего потребления пресной воды настоящая полезная модель позволяет осуществить воздушное охлаждение теплового двигателя 5. Применение конденсатора 8 воздушного охлаждения позволяет его эксплуатировать в условиях холодного климата со средней температурой воздуха в наиболее холодный период не ниже 218 К. Конденсатор 8 воздушного охлаждения имеет более длительный срок службы по сравнению с конденсатором водяного охлаждения из-за меньшего загрязнения и коррозии наружной поверхности теплообмена.
1. Тепловая электрическая станция, включающая последовательно соединенные паровую турбину, конденсатор паровой турбины и конденсатный насос конденсатора паровой турбины, а также основной электрогенератор, соединенный с паровой турбиной, отличающаяся тем, что в нее введены тепловой двигатель с замкнутым контуром циркуляции, работающий по органическому циклу Ренкина, и конденсационная установка, содержащая последовательно соединенные паровую турбину с производственным отбором пара, имеющую электрогенератор, конденсатор паровой турбины с производственным отбором пара и конденсатный насос конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара, при этом замкнутый контур циркуляции теплового двигателя выполнен в виде контура с низкокипящим рабочим телом, содержащим последовательно соединенные турбодетандер с электрогенератором, конденсатор воздушного охлаждения и конденсатный насос, причем выход конденсатного насоса соединен по нагреваемой среде с входом конденсатора паровой турбины, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара, выход конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара соединен по нагреваемой среде с входом турбодетандера, образуя замкнутый контур охлаждения.
2. Тепловая электрическая станция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный углекислый газ CO2.
