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, утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды и утилизации высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора. 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, 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, а также 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 и воздушного охлаждения, 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 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 СO2. Таким образом, технический результат достигается за счет полной утилизации сбросной низкопотенциальной теплоты (скрытой теплоты парообразования), утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды и утилизации высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора из паровой турбины с производственным отбором пара, которые осуществляют путем последовательного нагрева, соответственно, в конденсаторе паровой турбины, теплообменнике-охладителе и конденсаторе паровой турбины с производственным отбором пара, низкокипящего рабочего тела (сжиженного углекислого газа СO2) 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, утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды 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, 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, 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, а также 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 и воздушного охлаждения, 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 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), утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды и утилизации высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора из паровой турбины с производственным отбором пара, которые осуществляют путем последовательного нагрева, соответственно, в конденсаторе паровой турбины, теплообменнике-охладителе и конденсаторе паровой турбины с производственным отбором пара, 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 и воздушным охлаждением, теплообменник-охладитель, 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 водяного и воздушного 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,

15 - конденсационная установка,

16 - паровая турбина с производственным отбором пара,

17 - электрогенератор паровой турбины с производственным отбором пара,

18 - конденсатор паровой турбины с производственным отбором пара, 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, 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, конденсационная установка 15 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.

Конденсационная установка 15 содержит последовательно соединенные паровую турбину 16 с производственным отбором пара, имеющую электрогенератор 17, конденсатор 18 паровой турбины с производственным отбором пара и конденсатный насос 19 конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара.

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 и воздушного охлаждения, 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 конденсатора 18 паровой турбины с производственным отбором пара, выход конденсатора 18 паровой турбины с производственным отбором пара соединен по нагреваемой среде с входом турбодетандера 6, образуя замкнутый контур охлаждения.

Конденсатор 8 водяного и воздушного охлаждения состоит из конденсатора водяного охлаждения и конденсатора воздушного охлаждения (на чертеже условно не показаны схемы подключения конденсаторов между собой), которые могут как последовательно, так и параллельно охлаждать и сжижать углекислый газ CO2.

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, а также избыточной низкопотенциальной тепловой энергии обратной сетевой воды и высокопотенциальной тепловой энергии пара производственного отбора из паровой турбины 16, 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 последовательно направляют на подогрев в конденсатор 2 паровой турбины, куда поступает отработавший в турбине 1 пар, и в теплообменник-охладитель 14, куда поступает обратная сетевая вода из обратного трубопровода 13. Температура обратной сетевой воды может варьироваться в интервале от 313,15 К до 343,15 К.

В процессе конденсации отработавшего в турбине 1 пара в конденсаторе 2 паровой турбины и в процессе теплообмена обратной сетевой воды с сжиженным углекислым газом CO2 в теплообменнике-охладителе 14, 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 18 паровой турбины с производственным отбором пара, куда поступает пар производственного отбора из паровой турбины 16 при температуре около 573 К.

Пар, поступающий из производственного отбора паровой турбины 16 в паровое пространство конденсатора 18, конденсируется на поверхности конденсаторных трубок, внутри которых протекает охлаждающая жидкость (сжиженный углекислый газ CO2). Мощность паровой турбины 16 передается соединенному на одном валу основному электрогенератору 17.

Конденсация пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования, которая отводится при помощи охлаждающей жидкости. Образующийся конденсат с помощью конденсатного насоса 19 конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара направляют в систему регенерации.

В процессе конденсации пара производственного отбора в конденсаторе 18 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 водяного и воздушного охлаждения, охлаждаемого технической водой окружающей среды в температурном диапазоне от 278,15 К до 283,15 К и воздухом окружающей среды в температурном диапазоне от 223,15 К до 283,15 К.

После конденсатора 8 водяного и 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 15 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.

Применение конденсатора 8 водяного и воздушного охлаждения позволяет как последовательно, так и параллельно охлаждать и сжижать углекислый газ CO2.

При последовательном охлаждении температуру углекислого газа CO2 снижают вначале в конденсаторе водяного охлаждения, а затем его сжижают в конденсаторе воздушного охлаждения. При параллельном охлаждении углекислый газ CO2 разделяют на два потока: первый поток охлаждается и сжижается в конденсаторе водяного охлаждения, а второй поток в конденсаторе воздушного охлаждения, и в процессе смешения двух выходных потоков возможно регулирование температуры сжиженного углекислого газа CO2.

Применение воздуха в качестве теплоотводящей среды конденсатора 8 позволяет резко сократить расходы воды и улучшить экологический баланс естественных водоемов.

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, 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, а также 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 и воздушного охлаждения, 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 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 .



 

Наверх