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 избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды. Задачей полезной модели является повышение коэффициента полезного действия ТЭС за счет полного использования сбросной низкопотенциальной теплоты и утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды 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, которая соединена по греющей среде с верхним и нижним сетевыми подогревателями, включенными по нагреваемой среде между подающим и обратным трубопроводами сетевой воды, согласно настоящей полезной модели, введены теплообменник-охладитель, вход которого по нагреваемой среде соединен с обратным трубопроводом сетевой воды, а выход по нагреваемой среде - с нижним сетевым подогревателем, и тепловой двигатель с замкнутым контуром циркуляции, работающий по органическому циклу Ренкина, при этом замкнутый контур циркуляции теплового двигателя выполнен в виде контура с низкокипящим рабочим телом, содержащим последовательно соединенные турбодетандер с электрогенератором, конденсатор водяного 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 теплообменника-охладителя, а выход теплообменника-охладителя по нагреваемой среде соединен 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 избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды, которые осуществляют путем последовательного нагрева, соответственно, в конденсаторе паровой турбины и теплообменнике-охладителе, низкокипящего рабочего тела (сжиженного углекислого газа CO 2) 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 избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды.
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, обусловленную наличием вторичного контура (теплонасосной установки), а также отсутствия утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды, для дополнительной выработки электроэнергии. 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 и утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды 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, которая соединена по греющей среде с верхним и нижним сетевыми подогревателями, включенными по нагреваемой среде между подающим и обратным трубопроводами сетевой воды, согласно настоящей полезной модели, введены теплообменник-охладитель, вход которого по нагреваемой среде соединен с обратным трубопроводом сетевой воды, а выход по нагреваемой среде - с нижним сетевым подогревателем, и тепловой двигатель с замкнутым контуром циркуляции, работающий по органическому циклу Ренкина, при этом замкнутый контур циркуляции теплового двигателя выполнен в виде контура с низкокипящим рабочим телом, содержащим последовательно соединенные турбодетандер с электрогенератором, конденсатор водяного 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 теплообменника-охладителя, а выход теплообменника-охладителя по нагреваемой среде соединен 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 избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды, которые осуществляют путем последовательного нагрева, соответственно, в конденсаторе паровой турбины и теплообменнике-охладителе, низкокипящего рабочего тела (сжиженного углекислого газа CO 2) 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 водяным охлаждением и теплообменник-охладитель.
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 водяного охлаждения,
9 - конденсатный насос,
10 - верхний сетевой подогреватель,
11 - нижний сетевой подогреватель,
12 - подающий трубопровод сетевой воды,
13 - обратный трубопровод сетевой воды,
14 - теплообменник-охладитель.
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, которая соединена по греющей среде с верхним 10 и нижним 11 сетевыми подогревателями, включенными по нагреваемой среде между подающим 12 и обратным 13 трубопроводами сетевой воды.
Отличием предлагаемой тепловой электрической станции является то, что в нее введены теплообменник-охладитель 14 и тепловой двигатель 5 с замкнутым контуром циркуляции, работающий по органическому циклу Ренкина. Вход теплообменника-охладителя 14 по нагреваемой среде соединен с обратным трубопроводом 13 сетевой воды. Выход теплообменника-охладителя 14 по нагреваемой среде соединен с нижним сетевым подогревателем 11. Замкнутый контур циркуляции теплового двигателя 5 выполнен в виде контура с низкокипящим рабочим телом, содержащим последовательно соединенные турбодетандер 6 с электрогенератором 7, конденсатор 8 водяного 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 теплообменника-охладителя 14, а выход теплообменника-охладителя 14 по нагреваемой среде соединен 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 избыточной низкопотенциальной тепловой энергии обратной сетевой воды, 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 и испарение в конденсатор 2 паровой турбины, куда поступает отработавший в турбине 1 пар.
Температура кипения сжиженного углекислого газа CO2 сравнительна низка (292,26 К при давлении 5,61 МПа), поэтому в конденсаторе 2 паровой турбины он быстро испаряется и переходит в газообразное состояние, далее его направляют на перегрев в теплообменник-охладитель 14. Температура обратной сетевой воды может варьироваться в интервале от 313,15 К до 343,15 К.
В теплообменнике-охладителе 14 в процессе теплообмена обратной сетевой воды с углекислым газом CO2 происходит перегрев углекислого газа CO2 до сверхкритической температуры. После теплообменника-охладителя 14 перегретый углекислый газ CO2, имеющий температуру от 308,15 К до 323,15 К, 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 водяного охлаждения, охлаждаемого технической водой окружающей среды в температурном диапазоне от 278,15 К до 283,15 К.
После конденсатора 8 водяного охлаждения в сжиженном состоянии углекислый газ CO 2 сжимают в конденсатном насосе 9 и направляют на подогрев и испарение в конденсатор 2 паровой турбины.
Конденсатор 8 водяного охлаждения обладает большей эффективностью теплопередачи по сравнению с воздушным охлаждением и не требует больших площадей теплообменной поверхности. При этом затраты мощности на привод циркуляционных насосов конденсатора 8 водяного охлаждения меньше, чем на привод вентиляторов конденсатора воздушного охлаждения.
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, которая соединена по греющей среде с верхним и нижним сетевыми подогревателями, включенными по нагреваемой среде между подающим и обратным трубопроводами сетевой воды, отличающаяся тем, что в нее введены теплообменник-охладитель, вход которого по нагреваемой среде соединен с обратным трубопроводом сетевой воды, а выход по нагреваемой среде - с нижним сетевым подогревателем, и тепловой двигатель с замкнутым контуром циркуляции, работающий по органическому циклу Ренкина, при этом замкнутый контур циркуляции теплового двигателя выполнен в виде контура с низкокипящим рабочим телом, содержащим последовательно соединенные турбодетандер с электрогенератором, конденсатор водяного 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 теплообменника-охладителя, а выход теплообменника-охладителя по нагреваемой среде соединен 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.
