EA000058B1

EA000058B1 - Способ преобразования тепла в полезную энергию и устройство для его осуществления

Info

Publication number: EA000058B1
Application number: EA199700016A
Authority: EA
Inventors: Александр И. Калина; Лоренс Б. Роудз
Original assignee: Эксерджи Инк.
Priority date: 1996-02-09
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 1998-04-30
Also published as: NO970598L; IS4427A; TW330234B; IL120178A; CO4560511A1; NO970598D0; AU1259997A; CN1100933C; ZA971039B; JPH112106A; CA2197038A1; US5822990A; GT199700021A; EA199700016A1; AR005755A1; CN1165909A; TR199700105A2; IS1792B; NZ314206A; JP2007127131A

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, а более точно к способу и устройству для преобразования тепловой энергии, например, тепла, получаемого при сжигании токсичных и/или коррозийных топлив, таких, как муниципальные отходы, или тепла от геожидкости, в полезную (например, механическую и электрическую) энергию.

В процессе сжигания топлив, которые выделяют токсичные и/или коррозийные топочные газы, необходимо поддерживать температуру труб котла ниже некоторого температурного уровня с целью предотвращения быстрой коррозии этих труб. Обычно это достигается путем циркуляции кипящей воды через эти трубы и получения в результате насыщенного или слегка перегретого пара. Обычно этот пар затем подвергается расширению в паровой турбине для получения полезной энергии. Однако, из-за того, что этот пар является насыщенным или только слегка перегретым, его расширение вызывает работу во влажной области, что резко снижает КПД и срок службы паровой турбины. Из-за того, что паровая турбина не может работать в условиях, где влажность пара превышает 12 - 13%, часто бывает необходимо прекращать расширение в середине процесса растения, отделять и удалять жидкость и затем продолжать дальнейшее расширение.

Полезная энергия может быть также получена из геожидкости, содержащей пар и рассол, как описано, например, в патенте США № 5440882.

В одном варианте изобретение заключается, в общем, в преобразовании тепла в первичной текучей среде (например, паре) в полезную энергию путем многоступенчатого расширения первичной текучей среды, нагревания многокомпонентной рабочей среды в отдельном замкнутом контуре, используя тепло первичной текучей среды, и расширения многокомпонентной рабочей среды. Первичная текучая среда в состоянии пара расширяется в расширителе первой ступени для получения полезной энергии и частично расширенного из первичной текучей среды пара. Затем частично расширенный пар разделяется на жидкие и паровые компоненты и разделяется на поток пара (который расширяется в расширителе второй ступени) и другой первичный поток (который используется для нагревания многокомпонентной рабочей среды).

В предпочтительных воплощениях использованная многокомопонентная рабочая среда (которая была расширена) конденсируется в конденсаторе и проходит через рекуперативный теплообменник, в котором тепло от использованной многокомпонентной рабочей среды используется для рекуперативного нагревания сконденсированной многокомпонентной рабочей среды. Первичная текучая среда может нагреваться в котле или может быть паром от геожидкости.

В другом варианте изобретение заключается, в общем, в преобразовании тепла в полезную энергию путем использования двух замкнутых контуров. Один замкнутый контур содержит первичную рабочую среду, которая нагревается внешним источником тепла (например, в котле, где сжигается коррозионное или токсичное топливо) и затем разделяется на два потока. Первый поток расширяется для получения полезной энергии (например, в турбине) и второй поток используется в первом теплообменнике для нагревания многокомпонентной рабочей среды во втором замкнутом контуре. Затем, нагретая многокомпонентная рабочая среда также расширяется для получения другой полезной энергии (например, во второй турбине).

В предпочтительных воплощениях первый поток разделяют на два потока, один из которых представляет собой поток пара, который расширяется для получения полезной энергии, и оба дополнительных потока используются также для нагревания многокомпонентной рабочей среды в двух других теплообменниках.

В другом варианте изобретение заключается, в общем, в энергетической системе для преобразования тепла в геожидкости, содержащей пар и рассол, в полезную энергию. Пар отделяется от рассола и расширяется, и тепло в паре используется для нагревания многокомпонентной рабочей среды в отдельном замкнутом контуре в первом теплообменнике. Отделенный рассол используется для дальнейшего нагревания многокомпонентной рабочей среды во втором теплообменнике и затем удаляется из системы. Затем многокомпонентная рабочая среда расширяется для получения другой полезной энергии.

В предпочтительных воплощениях использованная многокомпонентная рабочая среда конденсируется в конденсаторе и проходит через рекуперативный теплообменник, в котором тепло от использованной многокомпонентной рабочей среды используется для рекуперативного нагревания многокомпонентной рабочей среды после конденсации в конденсаторе. Тепло, используемое для нагревания многокомпонентной рабочей среды в первом теплообменнике получается от пара, который был расширен и потом разделен на два потока. Один поток представляет собой пар, который расширяется для получения полезной энергии, и другой поток проходит через первый теплообменник и после этого дросселируется и соединяется с расширенным потоком.

Другие преимущества и особенности изобретения станут очевидными из следующего описания примеров его воплощения и из формулы изобретения.

Фиг.1 является схематичным представлением одного примера воплощения изобретения, в котором тепло получается от сжигания топлива; фиг. 2 то же, для второго примера воплощения изобретения, в котором тепло получается от геожидкости, содержащей пар и рассол.

На фиг. 1 показано устройство 110 для преобразования тепла в механическую энергию. Устройство 110 содержит первый и второй замкнутые контуры 112, 114. Контур 112 включает воду в качестве первичной рабочей среды. Контур 114 включает смесь воды с аммиаком в качестве многокомпонентной рабочей среды. Системы с многокомпонентными рабочими средами описаны в патентах США 4346561, 4489563, 4548043, 4586340, 4604867, 4732005, 4763480, 4899545, 4982568, 5029444, 5095708, 5440882, 5450821 и заявках № 08/283091, № 08/546419, которые тем самым включены в настоящее описание отсылочно.

В замкнутом контуре 112 конденсат с параметрами как в точке 56 посылается по трубам в котел 116, в котором сжигается коррозийное и/или токсичное топливо. В трубах в котле 116 вода кипит, образуя сухой насыщенный пар с параметрами как в точке 51. Пар с параметрами как в точке 51 делится на первый и второй первичные потоки, имеющие параметры как в точках 41 и 52 , соответственно. Поток пара с параметрами как в точке 41 посылается в первую ступень паровой турбины ST-1, которая является первым расширителем, где пар расширяется до промежуточного давления, выдавая энергию, и покидает ST-1 с параметрами как в точке 42. Этот пар, уже влажный, посылается в сепаратор S сепаратора-разделителя 118, где жидкость в расширенном первом первичном потоке отделяется от пара. Часть отделенного пара, имеющего параметры как в точке 43, составляет третий первичный поток, который посылается во вторую ступень SI'-2 (второй расширитель) паровой турбины. Остаток пара и вся жидкость, покидающая сепаратор S, объединяются для создания четвертого первичного потока с параметрами как в точке 45. Третий первичный поток пара, имеющий параметры как в точке 43 (см. выше), расширяется во второй ступени паровой турбины ST-2, выдавая энергию и получая параметры как в точке 44. В результате, создаются второй, третий и четвертый первичные потоки, имеющие параметры как в точках 52, 44 и 45, соответственно. Второй первичный поток с параметрами как в точке 52 имеет самые высокие давление и температуру. Четвертый первичный поток с параметрами как в точке 45 имеет промежуточные давление и температуру и третий первичный поток с параметрами как в точке 44 имеет самые низкие давление и температуру, соответственно. Пар во втором первичном потоке с параметрами как в точке 52 посылается в теплообменник HE-1, где он конденсируется и затем переохлаждается, выделяя тепло, и покидает теплообменник HE-1 с параметрами как в точке 54. Пар в четвертом первичном потоке с параметрами как в точке 45 посылается во второй теплообменник HE-2, где он конденсируется и переохлаждается, выделяя тепло, и покидает теплообменник HE-2 с параметрами как в точке 46. Затем этот четвертый первичный поток накачивается насосом Р-2 до давления, равного давлению пара во втором первичном потоке, имеющем параметры как в точке 54 (см. выше) и получения параметров как в точке 50. Пар в третьем первичном потоке с параметрами как в точке 44 посылается в третий теплообменник HE-3, где он конденсируется и переохлаждается, выделяя тепло, и оставляет теплообменник HE-3 с параметрами как в точке 48. Затем этот третий первичный поток накачивается насосом Р-З до давления, равного давлению второго и четвертого первичных потоков, имеющих параметры как в точках 54 и 50 (см. выше) и получает параметры как в точке 49. После этого, второй, третий и четвертый первичные потоки, имеющие параметры как в точках 54, 49 и 50, соответственно, объединяются для создания потока с параметрами как в точке 55. Затем этот поток накачивается насосом Р-4 до требуемого давления, приобретая параметры как в точке 56 (см. выше), и поступает в котел 116.

Во втором замкнутом контуре 114 полностью сконденсированная многокомпонентная рабочая среда, имеющая параметры как в точке 1 4, накачивается до требуемого высокого давления насосом Р-1 и получает параметры как в точке 21. После этого поток многокомпонентной рабочей среды с параметрами как в точке 21 проходит через четвертый теплообменник HE-4, где она нагревается и получает параметры как в точке 60. Предпочтительно, рабочая среда в точке 60 находится в состоянии насыщенной жидкости. После этого поток многокомпонентной рабочей среды с параметрами как в точке 60 проходит через соответствующий рекуперативный пятый теплообменник НЕ-5, где она частично испаряется, получая параметры как в точке 62. После этого, поток с параметрами как в точке 62 посылается в третий теплообменник HE-3 (см. выше), где он дальше нагревается и испаряется теплом, выделенным в третьем теплообменнике HE-3, и получает параметры как в точке 66. После этого, поток рабочей среды, имеющей параметры как в точке 66, посылается во второй теплообменник HE-2, где она дальше нагревается и полностью испаряется теплом, выделяемым во втором теплообменнике HE-2. Поток многокомпонентной рабочей среды, покидающий теплообменник HE-2 с параметрами как в точке 68 (предпочтительно, в состоянии насыщенного пара) входит в первый теплообменник HE-1 , где он перегревается теплом, выделяемым в этом теплообменнике, и покидает его с параметрами как в точке 30. Поток многокомпонентной рабочей среды с параметрами как в точке 30 проходит через турбину с рабочей средой WFT (второй расширитель), где она расширяется, выдавая энергию, и покидает турбину WFT как использованная многокомпонентная рабочая среда с параметрами как в точке 36. Использованная рабочая среда с параметрами как в точке 36 проходит через рекуперированный теплообменник HE-5, где она охлаждается и частично конденсируется, выделяя тепло (см. выше), и покидает теплообменник HE-5 с параметрами как в точке 38. После этого, поток многокомпонентной рабочей среды с параметрами как в точке 38 входит в рекуперативный теплообменник HE-4, где она дальше охлаждается и конденсируется, выделяя тепло (см. выше) и покидает теплообменник HE-5, имея параметры как в точке 38. После этого, поток многокомпонентной рабочей среды с параметрами как в точке 38 входит в рекуперативный теплообменник HE-4, где она дальше охлаждается и конденсируется, выделяя тепло (см. выше) и покидает теплообменник HE-4 с параметрами как в точке 29. Поток частично сконденсированной многокомпонентной рабочей среды, имеющей параметры как в точке 29, проходит через конденсатор НЕ-6, где она полностью конденсируется потоком охлаждающей воды или охлаждающего воздуха 23-24 и в результате приобретает параметры как в точке 14.

Все специфические параметры во всех ключевых точках описанного процесса представлены в табл 1 .

Устройство 110 обеспечивает эффективное преобразование тепла, получаемого при сжигании токсичного или коррозийного топлива. Краткое изложение работы предлагаемой системы, показанной на фиг. 1 , представлено в табл. 2 и показывает общий термический КПД 28,14%. В традиционной системе, основанной на непосредственном расширении пара, пар, покидающий котел, дал бы общий термический КПД 21 %. В результате, система, показанная на фиг.1, повышает эффективность теплового преобразования и выработки энергии на 33%.

На фиг.2 показана энергетическая система 21 0 предназначенная для использования тепла от геожидкости, состоящей из пара и рассола. Высокая минерализация рассола ограничивает степень, до которой он может практически охлаждаться и приводит к состояниям в некоторых отношениях аналогичным состояниям системы, показанной на фиг.1, предназначенной для использования коррозионных и токсичных топлив. Аналогичность состояний позволяет использовать в энергетичекой системе 210 некоторые те же самые принципы.

В энергетической системе 210 геожидкость, содержащая пар и минерализованный рассол, имеющий параметры как в точке 151, входит в сепаратор S-1, где она разделяется на поток насыщенного пара, имеющего параметры как в точке 1 41 , и пара минерализованного жидкого рассола, имеющего параметры как в точке 1 52. Поток пара, имеющего параметры как в точке 1 41 , входит в паровую турбину высокого давления ST-1, где он расширяется до промежуточного давления, приобретая параметры как в точке 1 42. Пар с параметрами как в точке 1 42 является влажным и входит в сепаратор S-2 сепаратора/разделителя 212, где жидкость в расширенном паре отделяется от пара и разделяется на первый поток с параметрами как в точке 1 43 и второй поток с параметрами как в точке 146. Пар, выходящий из сепаратора S-2, разделяется на два подпотока с параметрами как в точке 143 и точке 145, соответственно. После этого, первый поток (пар с параметрами как в точке 143) посылается в паровую турбину низкого давления ST-2, где он расширяется до низкого давления и выдает полезную энергию. Паровая турбина высокого давления ST-1 и паровая турбина низкого давления ST-2 являются для пара расширителями первой и второй ступеней, соответственно. После расширения в турбине ST-2, первый поток получает параметры как в точке 1 44. Поток пара с параметрами как в точке 1 45 смешивается с жидкостью, удаляемой из сепаратора S-2 и образует второй поток с параметрами как в точке 1 46. Второй поток проходит через первый теплообменник HE1 , где он конденсируется и переохлаждается, выходя из этого теплообменника с параметрами как в точке 1 48. После этого, поток конденсата с параметрами как в точке 1 48 дросселируется в дроссельном клапане TV до давления, равного давлению пара из паровой турбины ST-2, имеющего параметры как в точке 1 44, и смешивается с этим паром. В результате такого смешивания образуется поток частично сконденсированного пара, имеющего параметры как в точке 149. Поток, имеющий параметры как в точке 149, проходит через конденсатор пара НЕ6, где он охлаждается охлаждающей водой или воздухом и полностью конденсируется, приобретая параметры как в точке 150. Затем сконденсированный пар выпускается из системы 210.

Жидкий рассол, удаляемый из сепаратора S-1 и имеющий параметры как в точке 152 (см. выше), проходит через второй теплообменник HE-2, где он охлаждается и приобретает параметры как в точке 154. Тепло, выделяемое из рассола в теплообменнике HE-2, передается рабочей среде бинарного цикла, который описан ниже. После этого, охлажденный рассол выпускается из системы 210 при приемлемой температуре.

Рабочая среда бинарного цикла, которая является полностью сконденсированной и имеющей параметры как в точке 114 накачивается насосом Р-1 и приобретает параметры как в точке 1 21 . После этого, поток рабочей среды с параметрами как в точке 1 21 проходит через рекуперативный теплообменник HE-3, где она нагревается и приобретает параметры как в точке 1 60. Предпочтительно, рабочая среда с пара7 метрами как в точке 160 находится в состоянии насыщенной жидкости. После этого, поток с параметрами как в точке 160 проходит через теплообменник HE-4, где он частично кипит и приобретает параметры как в точке 166. После этого, поток рабочей среды, имеющей параметры как в точке 1 66, проходит через первый теплообменник HE-1 , где он нагревается теплом от второго потока от сепаратора/разделителя 212 и полностью превращается в пар, покидая теплообменник HE-1 с параметрами как в точке 168. Многокомпонентная рабочая среда с параметрами как в точке 1 68 проходит через второй теплообменник HE-2, где она перегревается теплом, выделяемым в процессе охлаждения жидкого геотермального рассола. В результате нагревания в теплообменнике HE-1 рабочая среда приобретает параметры как в точке 130, с которыми она входит в турбину WFT с рабочей средой. В турбине WFT рабочая среда расширяется, совершая работу, и приобретая параметры как в точке 136. После этого, использованная многокомпонентная рабочая среда, имеющая параметры как в точке 136, проходит через рекуперативный теплообменник HE-4, где она частично конденсируется и покидает этот теплообменник с параметрами как в точке 138. Тепло, выделяемое в теплообменнике HE-4, используется для первоначального испарения рабочей среды (между точками 160 и 166). После этого рабочая среда, имеющая параметры как в точке 138, проходит через теплообменник HE-3, где происходит ее дальнейшая конденсация, приводящая к параметрам как в точке 129. Тепло, выделяемое в теплообменнике HE-3, используется для предварительного нагревания надвигающегося потока рабочей среды (между точками 1 21 и 1 60), как описано выше. Поток рабочей среды, имеющей параметры как в точке 129, посылается дальше в конденсатор HE-5, где он полностью конденсируется охлаждающей водой или воздухом, приобретая параметры как в точке 114. Цикл рабочей среды замыкается.

В энергетической системе 210 теплота конденсации потока после второй ступени турбины (БТ-2) не используется для нагревания и испарения рабочей среды в бинарном цикле (как в системе 110, показанной на фиг.1), а скорее отдается в окружающую среду. Это происходит из-за того, что такое тепло имеет очень низкую температуру и потенциально не способно выдавать энергию.

Энергетическая система 21 0, показанная на фиг.2, предназначенная для использования геотермальной энергии обеспечивает повышенный примерно на 30% КПД по сравнению с обычными системами, в которых пар расширяется полностью до самого низкого давления и жидкость дросселируется для получения дополнительного пара, который также расширяется до самого низкого давления.

Параметры всех потоков в энергетической системе 21 0 во всех ключевых точках представлены в табл. 3 и краткое изложение работы этой системы представлено в табл. 4.

В обеих описанных системах 110 и 21 0 используется многоступенчатое расширение пара, который используется в качестве источника тепла с утилизацией теплоты конденсации для нагревания и испарения многокомпонентной рабочей среды в замкнутом бинарном цикле. Также, в обоих случаях многокомпонентная рабочая среда в бинарном цикле представляет собой смесь, по крайней мере, двух компонент. Состав компонент в многокомпонентной рабочей среде выбирается таким образом, чтобы обеспечивалось условие, что начальная температура конденсации рабочей среды после расширения выше начальной температуры кипения той же самой рабочей среды до расширения. Это, в свою очередь, предусматривает рекуперативное первоначальное кипение поступающей рабочей среды.

Возможны другие воплощения изобретения в пределах объема, определенного в прилагаемой формуле изобретения.

Например, можно в системе, представленной на фиг.1, использовать в качестве источника тепла не пар, а смесь пара и жидкости и использовать выделяемое тепло при охлаждении этой жидкости для перегрева рабочей среды бинарного цикла.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ преобразования тепла в полезную энергию, содержащий следующие стадии: расширение первичной текучей среды в парообразном состоянии в расширителе первой ступени для получения полезной энергии и потока частично расширенной первичной текучей среды, имеющей паровую и жидкую компоненты, разделение потока частично расширенной первичной текучей среды на жидкую и паровую компоненты и разделения указанного потока на поток пара и поток, включающий жидкость, расширение потока пара в расширителе второй ступени для получения полезной энергии, отличающийся тем, что осуществляют нагревание многокомпонентной рабочей среды в отдельном замкнутом контуре в первичном теплообменнике посредством тепла в потоке частично расширенной первичной текучей среды, и расширение многокомпонентной рабочей среды в другом расширителе в отдельном замкнутом контуре для получения полезной энергии и использованной многокомпонентной рабочей среды.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что использованную многокомпонентную рабочую среду конденсируют в конденсаторе и пропускают через рекуперативный теплообменник, в котором тепло от использованной многокомпонентной рабочей среды используют для рекупе9 ративного нагревания использованной многокомпонентной рабочей среды после конденсации в конденсаторе.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве первичной текучей среды в парообразном состоянии используют пар.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первичную текучую среду в парообразном состоянии получают из геожидкости.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что пар получают путем нагревания первичной текучей среды в первичном замкнутом контуре в котле.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что первичную текучую среду в парообразном состоянии получают из геожидкости.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что нагревание производят путем сжигания коррозийного или токсичного топлива.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что первичную текучую среду в парообразном состоянии разделяют на первый первичный поток, который расширяется в указанном расширителе первой ступени, и второй первичный поток, который используют для дальнейшего нагревания многокомпонентной рабочей среды перед ее расширением.

9. Способ по п.6, отличающийся тем, что отделяют пар от рассола в указанной геожидкости и используют рассол для дальнейшего нагревания многокомпонентной рабочей среды перед ее расширением.

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что указанный второй первичный поток используют для нагревания многокомпонентной рабочей среды перед ее нагреванием в первичном теплообменнике.

11. Устройство для преобразования тепла в полезную энергию, содержащее расширитель первой ступени, в котором первичная текучая среда в парообразном состоянии расширяется для получения полезной энергии и потока частично расширенной первичной текучей среды, имеющего паровую и жидкую компоненты, сепаратор-разделитель, который разделяет поток частично расширенной первичной текучей среды от расширителя первой ступени на жидкую и паровую компоненты и разделяет указанный поток на поток пара и другой первичный поток, включающий жидкость; расширитель второй ступени, в котором поток пара от сепаратораразделителя расширяется для получения полезной энергии, отличающееся тем, что содержит первичный теплообменник для использования тепла в потоке частично расширенной первичной текучей среды для нагревания многокомпонентной рабочей среды, и отдельный замкнутый контур, содержащий многокомпонентную рабочую среду, причем указанный замкнутый, контур включает каналы в первичном теплообменнике, другой расширитель, в котором многокомпонентная рабочая среда расширяется для получения полезной энергии с преобразованием её в использованную многокомпонентную рабочую среду.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что отдельный замкнутый контур включает конденсатор, в котором конденсируется использованная многокомпонентная рабочая среда, и рекуперативный теплообменник, в котором тепло от использованной многокомпонентной рабочей среды используется для рекуперативного нагревания многокомпонентной рабочей среды после конденсации в указанном конденсаторе.

13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что имеет другой замкнутый контур, содержащий бойлер для образования пара путем нагревания первичной текучей среды, а также расширитель первой ступени.

14. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что дополнительно содержит разделитель потока, в котором первичная текучая среда в парообразном состоянии разделяется на первый первичный поток, который расширяется в расширителе первой ступени, и второй первичный поток, который используется для дальнейшего нагревания многокомпонентной рабочей среды перед ее расширением.

15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что содержит дополнительный теплообменник, в котором второй первичный поток нагревает многокомпонентную рабочую среду.

16. Устройство по п.11, отличающееся тем, что дополнительно содержит сепаратор, в котором указанный пар отделяется от рассола в указанной геожидкости, и другой теплообменник, в котором тепло от рассола используется для дальнейшего нагревания многокомпонентной рабочей среды перед ее расширением.

17. Способ преобразования тепла в полезную энергию, содержащий следующие стадии: нагревание первичной рабочей среды в первом замкнутом контуре внешним источником тепла, разделение нагретой первичной рабочей среды на первый первичный поток и второй первичный поток, расширение первого первичного потока в первом расширителе для получения полезной энергии, отличающийся тем, что используют тепло во втором первичном потоке для нагревания многокомпонентной рабочей среды во втором замкнутом контуре в первом теплообменнике и осуществляют расширение многокомпонентной рабочей среды во втором расширителе для получения полезной энергии.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что нагревание производят путем сжигания коррозийного или токсичного топлива.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что в качестве первичной рабочей среды используют пар.

20. Способ по п.17, отличающийся тем, что тепло в первом первичном потоке используют для нагревания многокомпонентной рабочей среды во втором теплообменнике после расши11 рения в первом расширителе.

21. Способ по п.20, отличающийся тем, что первый первичный поток разделяют на жидкую и паровую компоненты и разделяют на третий и четвертый первичные потоки после расширения в первом расширителе, причем третий первичный поток является паром, который расширяют в третьем расширителе для получения полезной энергии, при этом четвертый первичный поток проходит через второй теплообменник.

22. Способ по п.21 , отличающийся тем, что тепло третьего первичного потока используют для нагревания многокомпонентной рабочей среды в третьем теплообменнике после расширения в третьем расширителе.

23. Способ по п.22, отличающийся тем, что второй, третий и четвертый первичные потоки объединяют для обеспечения первичной рабочей среды, которую нагревают указанным внешним источником тепла.

24. Способ по п.23, отличающийся тем, что первичный поток разделяют на жидкую и паровую фазу в сепараторе после расширения в первом расширителе, причем часть указанной паровой фазы представляет собой третий первичный поток, а часть паровой фазы объединяют с жидкой фазой для получения четвертого первичного потока.

25. Способ по п. 17, отличающийся тем, что многокомпонентную рабочую среду конденсируют в конденсаторе после расширения во втором расширителе и пропускают через четвертый теплообменник, в котором тепло от многокомпонентной рабочей среды до конденсации используют для рекуперативного нагревания многокомпонентной рабочей среды после конденсации в конденсаторе.

26. Устройство для преобразования тепла в полезную энергию, содержащее первый замкнутый контур для первой рабочей среды, включающий нагреватель для ее нагревания и первый разделитель потока, который разделяет нагретую первичную рабочую среду на первый первичный поток и второй первичный поток, причем первый замкнутый контур также включает первый расширитель, в котором первый первичный поток расширяют для получения полезной энергии, отличающееся тем, что оно содержит второй расширитель для получения полезной энергии, а первый и второй замкнутые контуры содержат каналы, расположенные в первом теплообменнике для передачи тепла от второго первичного потока многокомпонентной рабочей среде.

27. Устройство по п.26, отличающееся тем, что нагреватель представляет собой бойлер, в котором сжигается коррозийное или токсичное топливо.

28. Устройство по п.26, отличающееся тем, что первый замкнутый контур и второй замкнутый контур включают каналы, расположенные во втором теплообменнике, в котором тепло от первого первичного потока используется для нагревания многокомпонентной рабочей среды.

29. Устройство по п.28, отличающееся тем, что первый замкнутый контур включает сепаратор-разделитель, который разделяет первый первичный поток на жидкую и паровую фазы и разделяет первый первичный поток на третий и четвертый первичные потоки после расширения в первом расширителе, причем третий первичный поток представляет собой пар, при этом первый замкнутый контур также включает третий расширитель, через который проходит третий первичный поток и в котором третий первичный поток расширяется, причем четвертый первичный поток проходит через второй теплообменник.

30. Устройство по п.29, отличающееся тем, что первый замкнутый контур и второй замкнутый контур включают каналы, расположенные в третьем теплообменнике, в котором тепло от третьего первичного потока используется для нагревания многокомпонентной рабочей среды.

31. Устройство по п.30, отличающееся тем, что первый замкнутый контур включает объединитель потока, в котором второй, третий и четвертый первичные потоки объединяются для образования первичной рабочей среды, которая нагревается указанным нагревателем.

32. Устройство по п.29, отличающееся тем, что сепаратор-разделитель включает сепаратор, который разделяет первый первичный поток на жидкую и паровую фазы, и второй разделитель потока, в котором паровая фаза разделяется на третий первичный поток и другой поток, причем сепаратор-разделитель дополнительно содержит объединитель потока, в котором объединяются указанный другой поток и жидкая фаза в четвертый первичный поток.

33. Устройство по п.26, отличающееся тем, что второй замкнутый контур включает конденсатор, в котором конденсируется многокомпонентная рабочая среда, и четвертый теплообменник, в котором тепло от многокомпонентной рабочей среды до конденсации используется для рекуперативного нагревания многокомпонентной рабочей среды после конденсации в конденсаторе.

34. Способ преобразования тепла в полезную энергию в геожидкости, содержащей пар и рассол, в энергетической системе, содержащий следующие стадии: отделение в геожидкости пара от рассола, расширение пара в первом расширителе с получением потока расширенного пара, использование тепла в паре для нагревания многокомпонентной рабочей среды в отдельном замкнутом контуре в первом теплообменнике, использование рассола для дальнейшего нагревания многокомпонентной рабочей среды из первого теплообменника во втором теплообменнике, расширение многокомпонентной рабочей среды во втором расширителе в отдельном замкнутом контуре для получения полезной энергии и использованной многокомпонентной рабочей среды, отличающийся тем, что осуществляют удаление рассола из второго теплообменника из системы.

35. Способ по п.34, отличающийся тем, что использованную многокомпонентную рабочую среду конденсируют в конденсаторе и пропускают через рекуперативный теплообменник, в котором тепло от использованной многокомпонентной рабочей среды используют для рекуперативного нагревания многокомпонентной рабочей среды после конденсации в конденсаторе.

36. Способ по п.35, отличающийся тем, что тепло, используемое для нагревания многокомпонентной рабочей среды в первом теплообменнике, получают от потока, который был расширен в первом расширителе.

37. Способ по п.36, отличающийся тем, что поток расширенного пара разделяют на жидкую и паровую компоненты и разделяют на первый и второй потоки после расширения в первом расширителе, причем первый поток является паром, который расширяют в третьем расширителе для получения полезной энергии, при этом второй поток пропускают через первый теплообменник.

38. Способ по п.37, отличающийся тем, что второй поток дросселируют после пропускания через первый теплообменник и объединяют с первым потоком после расширения его в третьем расширителе.

39. Способ по п.38, отличающийся тем, что объединенные первый и второй потоки конденсируют и удаляют из системы.

40. Устройство для преобразования тепла в полезную энергию в геожидкости, содержащей пар и рассол, в энергетической системе, содержащее сепаратор, который отделяет в геожидкости пар от рассола, первый расширитель, который расширяет пар для получения полезной энергии и образует поток расширенного пара, отдельный замкнутый контур для многокомпонентной рабочей среды, включающий каналы для потока, расположенные в первом теплообменнике, в котором тепло в паре используется для нагревания многокомпонентной рабочей среды, каналы для потока, расположенные во втором теплообменнике, в котором рассол далее нагревает многокомпонентную рабочую среду из первого теплообменника, второй расширитель, в котором многокомпонентная рабочая среда из второго теплообменника расширяется для получения полезной энергии и использованной многокомпонентной рабочей среды, отличающееся тем, что содержит выходной трубопровод, служащий для удаления из системы рассола от второго теплообменника.

41. Устройство по п.40, отличающееся тем, что отдельный замкнутый контур включает конденсатор, в котором конденсируется использованная многокомпонентная рабочая среда, и рекуперативный теплообменник, в котором тепло от использованной многокомпонентной рабочей среды используется для рекуперативного нагревания многокомпонентной рабочей среды после конденсации в указанном конденсаторе.

42. Устройство по п.41, отличающееся тем, что дополнительно содержит сепараторразделитель, который разделяет поток расширенного пара на жидкую и паровую компоненты и разделяет указанный поток расширенного пара на первый и второй потоки, причем первый поток является паром, и третий расширитель, через который проходит первый поток и в котором первый поток расширяется для получения полезной энергии, причем второй поток проходит через первый теплообменник.

43. Устройство по п.42, отличающееся тем, что дополнительно содержит дроссельный клапан, в котором второй поток дросселируется после прохождения через первый теплообменник, и соединение, в котором второй поток от дроссельного клапана объединяется с первым потоком после расширения первого потока в третьем расширителе

Таблица 1

№ точки п/п Давление абсолют- ное X Температура, °С Теплота ккал/кг G/G30 Расход кг/ч Фаза 14 8,15 0,7338 30 -8,87 1 42503 Насыщенная жидкость 21 37,54 0,7338 30,83 -7,59 1 42503 Жидкость 10° 29 8.17 0,7338 71,23 279,47 1 42503 Влажность 0,4203 30 34,8 0,7338 310,25 541,34 1 42503 Пар 237° 36 8,26 0,7338 179,33 473,28 1 42503 Пар 9° 37 8,21 0,7338 125,20 442,48 1 42503 Насыщенный пар 38 8,19 0,7338 94,02 276,63 1 42503 Влажность 0,3001 41 107,55 Пар 315,25 648,28 0,6106 25952 Насыщенный пар 42 46,69 Пар 259,86 620,3 0,6106 25952 Влажность 0,12 43 46,69 Пар 259,86 668,17 0,4137 17585 Насыщенный пар 44 11,3 Пар 184,68 616,26 0,4137 17585 Влажность 0,1009 45 46,69 Пар 259,86 519,63 0,1969 8367 Влажность 0,3724 46 46,69 Пар 259,86 269,12 0,1969 8367 Насыщенная жидкость 48 10,27 Пар 130,73 136,8 0,4137 17585 Жидкость 79° 49 106,5 Пар 138 140 0,4137 17585 Жидкость 317° 50 106,5 Пар 277,44 271,5 0,1969 8367 Жидкость 96° 51 107,55 Пар 315,25 648,28 0,7064 30021 Насыщенный пар 52 107,55 Пар 315,25 648,28 0,0958 4070 Насыщенный пар 54 106,5 Пар 259,86 268,9 0,0958 4070 Жидкость 100° 55 106,5 Пар 190,46 194,15 0,7064 30021 Жидкость 223° 56 109,66 Пар 190,52 194,15 0,7064 30021 Жидкость 227° 60 36,84 0,7338 91,02 60,68 1 42503 Насыщенная жидкость 61 36,49 0,7338 122,2 226,5 1 42503 Влажность 0,4732 62 36,14 0,7338 131,28 257,33 1 42503 Влажность 0,4029 66 35,79 0,7338 179,68 455,7 1 42503 Насыщенный пар 68 35,29 0,7338 255,57 505,01 1 42503 Пар 134° 23 - Воздух 20 4,86 64,1617 2727045 - 24 - Воздух 51,75 8,24 64,1617 2727045 -

Краткое изложение характеристик работы системы КС S23

Таблица 2

Тепло к паровому котлу

Отведенное тепло

Суммарная работа турбины по расширению Валовая отдача электричества Расход энергии на привод насоса цикла Охлаждающие дутьевые вентиляторы Полезная мощность станции Термический КПД брутто Термический КПД нетто Термодинамический КПД (первое начало термодинамики)

Термодинамический КПД (второе начало термодинамики)

Максимальный достижимый КПД (по второму началу термодинамики)

Удельный расход тепла турбогенераторной установки

Расход аммиачной воды

15831,00 кВт 320,70 ккал/кг 10736,96 кВт 217,23 ккал/кг 5269,74 кВт 106,62 ккал/кг 4900,86 кВт 99,16 ккал/кг 166,12 кВт 3,36 ккал/кг 139,98 кВт 2,83 ккал/кг 4594,76 кВт 29,87% 28,99% 33,25% 92,96 ккал/кг 68,22% 48,73% 2966,34 ккал/кВт.ч 42502,7 кг/ч

Таблица 3

№ точки п/п Давление абсолютное, ата Х Температура, °С Теплота, ккал/кг G/G30 Расход кг/ч Фаза 14 9,21 0,7102 36,03 -5,9 1 178823 Насыщенная жидкость 21 43,2 0,7102 36,82 -3,78 1 178823 Жидкость 116; 29 9,23 0,7102 80,45 213,35 1 178823 Влажность 0,4328 30 39,27 0,7102 207,16 476,97 1 178823 Пар 32; 36 9,32 0,7102 128,41 421,4 1 178823 Влажность 0,575 38 9,25 0,7102 103,08 285,55 1 178823 Влажность 0,3053 41 19,45 Пар 210,17 668,29 0,8152 145775 Насыщенный пар 42 3,68 Пар 140,11 609,18 0,8152 145775 Влажность 0,0854 43 3,68 Пар 140,11 652,9 0,6673 119337 Насыщенный пар 44 0,17 Пар 56,87 561,1 0,6673 119337 Влажность 0,1083 45 3,68 Пар 140,11 652,9 0,0783 13994 Насыщенный пар 46 3,68 Пар 140,11 411,78 0,1478 26438 Влажность 0,4707 48 3,68 Пар 128,41 128,92 0,1478 26438 Жидкость 21; 49 0,17 Пар 56,87 482,39 0,8152 145775 Влажность 0,2468 50 0,17 Пар 56,87 56,69 0,8152 145775 Насыщенная жидкость 51 - Рассол 210,17 214,2 3,2336 578237 - 54 - Рассол 140,11 142,8 3,2336 578237 - 60 42,15 0,7102 100,08 68,4 1 178823 Насыщенная жидкость 66 41,8 0,7102 125,41 204,26 1 178823 Влажность 0,557 68 41,45 0,7102 137,11 246,08 1 178823 Влажность 0,4559 23 - Вода 31,02 31 24,6244 4403405 - 59 - Вода 56.07 56,03 8,7270 1560584 - 58 - Вода 52,87 52,83 15,8974 2842821 - 24 - Вода 54 53,96 24,6244 4403405 -

Таблица 4

Краткое изложение характеристик работы системы КС S21

Подвод тепла 151693,12 кВт 729,46 ккал/кг Отведенное тепло 117591 ,11 кВт 565,47 ккал/кг Теплоперепады в турбине 34373,80 кВт 165,29 ккал/кг Работа турбины 33514,45 кВт 161,16 ккал/кг Расход энергии на привод пита- 288,77 кВт 1 ,39 ккал/кг тельного насоса Расход энергии на привод насоса 632,05 кВт 3,04 ккал/кг охлаждающей среды и питательного насоса Полезная работа 32882,40 кВт 158,12 ккал/кг Полная мощность 33514,45 кВт Мощность цикла 33225,68 кВт Полезная мощность 32882,40 кВт Термический КПД нетто 21,68% Предельный КПД (второе начало 30,80% термодинамики) Термодинамический КПД по вто- 70,37% рому началу термодинамики Удельный расход рассола 17,59 кг/кВт ч Удельная выходная мощность 56,86 Вт ч/кг