PL47610B1 - - Google Patents

Description

Wynalazek dotyczy prowadzenia silowni cieplnej z wielu czynnikami (medjami) po¬ srednimi w celu gospodarczego wykorzystania temperatur otoczenia.Wiadomo, ze przy zamianie energii cieplnej na energie elektryczna, stosuje sie kombinacje obiegów kolowych, pracujacych z dwoma czyn¬ nikami (medjami). Dolny stopien stanowi przy tern bez wyjatku obieg kolowy pary wodneji, a górny stopien obieg kolowy innego czynnika (medjum). Celem utworzenia w ten sposób pof dwójnych obiegów kolowych jest poprawienie/ termicznej sprawnosci. Wiadomo bowiem, z/r sprawnosc zamiany energii cieplnej na prace mechaniczna, jest tym wieksza, im (nizsza jest przecietna temperatura odbioru ciepla z obie- *) Wlasciciel patentu oswiadczyl, ze wspól¬ twórcami wynalazku sa Dr Laszló Heller i Dr Lsszló Forgo. gu kolowego, i im wyzsza jest przecietna tem¬ peratura doplywu ciepla. Przecietna tempera¬ tura odbioru ciepla jest wtedy najnizsza, je¬ zeli odbiór ciepla odbywa sie w najnizszej temperaturze, okreslonej zreszta przez zewne¬ trzne atmosferyczne warunki (przede wszyst¬ kim przez temperature ft ilosc wody chlodza¬ cej, bedacej do dysfpozycji) izotermicznie (to znaczy przy stalej temperaturze). Ostatni wa¬ runek jest w obiegach kolowych pary wodnej zapewniony bez specjalnych staran, poniewaz odbiór ciepla w skraplaczu trubiny parowej odbywa sie izotermicznie, a w skraplaczu wy- istepujaoa temperatura (w której odbywa sie izotermiczny odbiór ciepla) jest najnizsza w danych warunkach. Natomiast przecietna tem¬ peratura doplywu ciepla w obiegach kolowych pary wodnej, pozostaje daleko ponizej gra¬ nicznej wartosci, okreslonej przez wytrzyma¬ losc na cieplo stosowanych materialów. Tawactos£ jest mianowicie, w fobiegach kolowych pary wodnej, osiagana tylko w jednym jedy¬ nym miejscu, mianowicie przy koncu prze¬ grzewania. Doplyw ciepla odbywa sie nato¬ miast najpierw przy stopniowo wzrastajacej temperaturze od temperatury wody zasilajacej az do temperatury nasyconej pary* nastepnie podczas odparowania przy stalej temperaturze pary nasyconej, pózniej w przegrzewaezu od temperatury nasyconej pary az do koncowej temperatury przegrzania, iznowu przy stopnio¬ wo wzrastajacej temperaturze. Przez to srednia temperatura doplywu ciepla pozostaje z ko¬ niecznosci znacznie ponizej, uzyskanej w tym sposobie, najwyzszej temperatury. Z tego po¬ wodu nie Osiaga sie w Obiegu kolowym pary wodnej, dobrej termicznej sprawnosci odnosnie przecietnej temperatury doplywu ciepla.Z tego powodu ipotrzebny byl sposób, w któ¬ rym srednia temperatura doplywu ciepla równalaby sie mozliwie dopuszczalnej, najwyz¬ szej temperaturze, odpowiadajacej wytrzyma¬ losci na cieplo stosowanych materialów. Pro¬ ponowano iprzytem, aby stosowac czynnik (me¬ dium), Jrtórego krytyczny punkt lezalby znacz¬ nie powyzej granicznej wartosci, okreslonej przez wytrzymalosc na cieplo materialów, przy czym potrzebna ilosci ciepla doprowadzana bylaby do medjum w postaci ciepla parowa¬ nia, to jest izotermicznie. Jednym takfrm czyn¬ nikiem jest na przyklakl rtec, której krytyczny punkt lezy znacznie powyzej 1000 °C, i która na przyklad w temperaturze 500 °C wrze jesz¬ cze przy cisnieniu mniej wiecej 10 at.Na fig. 1 pokazany jest diagram entropia — temperatura znanej kombinacji obiegu rteci i pary wodnej. Para wodna stanowi nizszy stor pien z izotenmicznym odbiorem ciepla, ponie¬ waz za pomoca rteci mie moze byc zapewnio¬ ny, z praktycznych wzgledów, izotermiczny od¬ biór ciepla. Zasadniczo równiez pary rteci skra¬ plalyby sie w stalej temperaturze. Jednak w zakresie temperatur, który (uwarunkowany jest przez cisnienie atmosferyczne, rtec skraplalaby Bie przy tak malym cisnieniu, które termicznie nie daje sie osiagnac. Tak na przyklad rtec skrapla sie w temperaturze okolo 30 °C przy tósnienm 1/7600 at. a. to jest przy cisnieniu, które dotychczas mozna uzyskac tylko za po¬ moca przyrzadów laboratoryjnych. Kombinacja obu. obiegów kolowych lufo czynników (me¬ dium) zapewnia natomiaist termicznie dosko¬ nale rozwiazanie tak w stopniu wyzszym, jak równiez w stopniu nizszym.Chociaz opisana kombinacja dwu obiegów kolowych umozliwia wykorzystanie najwiek¬ szych wartosci, okreslonych przez wytrzyma¬ losc na Cieplo materialów, to nie nadaje sie ona jako rozwiazanie problemów, wystepuja¬ cych w najnowszych czasach w technice w bu¬ dowie silowni cieplnych.W tej dziedzinie najnowszy postep okazuje sie jako tak zwane „skraplanie powietrzne", w któ¬ rym wolne ilosci ciepla zostaja w skraplaczach silowni cieplnych odbierane nie za pomoca wody chlodzacej, lecz za pomoca zewnetrznego powietrza atmosferycznego. Z drugiej strony, w budowie turbin parowych, dazy 6ie do in¬ stalowania jednostek o mozliwie duzej mocy, które obecnie leza juz w granicach 500 do 600 MW (Magawat), a w najblizszej przyszlosci prawdopodobnie beda jeszcze wieksze. Miano¬ wicie, podczas gdy chlodzenie skraplaczy tur¬ bin parowych za pomoca wody chlodzacej mo¬ ze odbywac sie nawet w najzimniejszym okre¬ sie, w temperaturze, nieco wyzszej niz 0 °C, (w praktyce temperatura wody chlodzacej u- trzymywana jest duzo wyzej ponad pnuktem zamarzania, co konieczne jest równiez z innych jeszcze wzgledów, które beda rozpatrywane), to przy skraplaniu za pomoca powietrza moga byc dopuszczone zasadniczo znacznie nizsze temperatury skraplania." Obnizeniu temperatury wody chlodzacej do granicy ponizej 0 °C, stoi na przeszkodzie nie tylko niebezpieczenstwo zamarzniecia wody w tak niskich temperatu¬ rach, przez co woda chlodzaca nie moglaby wziac udzialu w procesie, lecz przede wszyst¬ kim to, ze z bardzo niskimi temperaturami po¬ laczone (jest juz stosowanie prózni, która nie moze byc praktycznie utrzymana w skrapla¬ czach.Do tego dochddzi, ze objetosc wlasciwa pary przy tak niskich cisnieniach tak silnie wzrasta, ze straty pary wylotowej, nawet dla najwiek¬ szych dlugosci lopatek turbiny, dopuszczalnych ze wzgledu na ich wytrzymalosc, wypadlyby niemozliwie wielkie. Wzrost strat wylotowych bylby wiekszy niz odzysk ciepla, który zalezy od spadku cisnienia w skraplaczu lub tempe¬ ratury skraplania. W sumie' oznacza to zmniej¬ szenie sprawnosci.Ze wzgledu na opisane warunki, obecnie sto¬ suje sie zwykle, w turbinach o mocy rzedu 100 MW, najnizsze cisnienie dla skraplania 0,02 at. Wartosc ta nie moze byc, rzecz natu¬ ralna, utrzymana dla wiekszych mocy jednostr - 2 -kowych, poniewaz objetosc pary przeplywaja¬ cej wzrasta tak, ze, nawet dla najwiekszych dopuszczalnych dlugosci lopatek, straty wylo¬ towe bylyby stosunkowo o wiele wieksze.Chociaz wiec przy skrupianiu powietrznym moglaby byc utrzymana temperatura skrapla¬ nia nawet —30 °C, to w dotychczasowych spo¬ sobach z wielu czynnikami (medjaimi) nie mozna tego urzeczywistnic z przyczyn poda¬ nych wyzej.Wynalazek ma na celu usuniecie tych bra¬ ków, i opracowanie sposobu z wielu czynni¬ kami (medjaimi) w którym moglyby byc za¬ stosowane dowolnie niskie temperatury skrapla¬ nia, lub wykorzystane w kazdym przypadku najnizsze temperatury atmosfery, nawet w jed¬ nostkach o mocy powyzej 500 do 600 MW, mi¬ mo, ze nie wystapia trudnosci wlasciwe dla znanych sposobów, przy czym zostanie osiag¬ niety szereg dalszych technicznych zalet. We¬ dlug wynalazku osiaga sie to w ten sposób, ze w najnizszym stopniu stosuje sie zamiast pary wodnej czynnik (medjum) którego kry¬ tyczna temperatura jest nizsza od tempera¬ tury krytycznej wody, i który nawet w naj¬ nizszych, zewnetrznych temperaturach nie za¬ marza.Istota wynalazku, lub opracowanie prowa¬ dzenia silowni wedlug wynalazku z dwoma czynnikami zostaje wyjasnione na podstawie ddajgramu entropia — temperatura na fig. 2, lutb szkicu instalacji na fig. 3.Wedlug wynalazku stopien wysokiego cisnie- nienia, podanego jako przyklad sposobu pro¬ wadzenia silowni z dwoma czynnikami, stanowi obieg kolowy pary wodnej, powyzej którego moze zasadniczo byc przewidziany równiez trzeci najwyzszy obieg kolowy, na przyklad obieg kolowy rteci. Stopien niskiego cisnienia stanowi obieg kolowy czynnika (medium), któ¬ rego krytyczny punkt lezy nizej niz punkt kry¬ tyczny wody tak, ze nawet w zakresie tempe¬ ratur mniej wiecej od —30 do —40 °C, cisnie¬ nie nasyconej pary, przynalezne do te!j tempe¬ ratury przekracza cisnienie 0,05 at. Takimi sa z reguly tak zwane „zimne pary" (amoniak, dwutlenek wegla, rózne zwiazki freonowe itd), które poza tym posiadaja wielka zalete, ze ich objetosc wlasciwa, nawet w niskich tempera¬ turach, jest bardzo mala tak, ze otrzymuje sde bez porównania mniejsze wymiary turbin, niz przy zastosowaniu pary wodnej.Budowa i dzialanie sposobu na podstawie fig. 3 sa nastepujace: W kotle 1 zostaje wytwarzana para wodna, która doprowadzana jest do turbiny parowej 2i Par po ekspanzji w turbinie dostaje sie na¬ stepnie do wymiennika 3 ciepla, ustawionego za turbina 2, w którym para wodna zostaje skroplona przy cisMeniu, które jest mozliwie wieksze od 1 at. Przez to odpadaja z jednej strony jakiekolwiek urzadzenia, jak pompy prózniowe, ich skraplacze, itd., które bylyby potrzebne do wytwarzania prózni. Z drugiej strony wymiary turbiny parowej i straty pary przy wylocie otrzyma sie tafcie, ze nawet dla mocy jednostkowych, które sa znacznie wiek¬ sze niz 500 do 600 MW, bejda lezec w granicach do przyjecia.W wymienniku ciepla 3 powoduje sie odbiór ciepla przez zamienienie w zimna pare, w po¬ kazanym przykladzie wykonania, amoniaku, przy czym odparowanie odbywa sie w tempe¬ raturze, która jest mniejsza od temperatury pary wylotowej o róznice potrzebna dla prze¬ plywu ciepla. Pary amoniaku wytworzone w wymienniku Ciepla ekspanduja nastepnie w tur¬ binie 4, w tym celu zbudowanej, od cisnienia pary nasyconej odpowiadajacej temperaturze parowania do cisnienia, które okreslone zo^ staje przez temiperature skraplania, wystepujaca w skraplaczu powietrznym w zaleznosci ód kazdorazowej ' temperatury zewnetrznego po¬ wietrza. (Jezeli przy koncu ekspansji para wodna znajdowalaby sie jeszcze w stanie prze¬ grzanym, to rzecz naturalna,, odbiór ciepla przegrzania móglby nastapic róswniez przez od¬ powiednie przegrzanie amoniaku).Pary amoniaku wyplywajace z turbiny 4 zo- staija nastepnie skroplone w skraplaczu 5 chlo¬ dzonym przez powietrze. Skroplony amoniak zostaje przepompowany z powrotem do wy¬ miennika ciepla 3 przez przystosowana do te¬ go celu pompe 6. Poniewaz cisnienie par amo¬ niaku nawet w ternjperaturze skraplania na przyklad —30 °C jest wieksze od 1 at, nie jest potrzebne zadne urzadzenie dla wytwarzania prózni, przy czym jest wykluczone zanieczysz¬ czenie powietrza tak w czesci pary wodnej, jak i w czesci amoniakowej. Objetosc wlasci¬ wa pary amoniaku jest przy tym kilkaset razy mniejsza niz objetosc wlasciwa nasyconej pa¬ ry wodnej w tej samej temperaturze. Z tego powodu wielkosc turbiny dla par amoniaku Jest równiez mniejsza o dwa rzedy wielkosci niz trubina parowa tej samej mocy, nawet je¬ zeli wezmie sie pod uwage, ze pary amoniaku - 3 -przy tych samych róznicach temperatur maja mniej wiecej trzy razy umniejszy spadek ciepla.W ten sposób zastapienie nizszego stopnia turbiny parowej przez turbine amoniakowa prowadzi do turbiny, której wielkosc, odnosnie rzedu zostaje zmniejszona do jednej setnej.Innymi slowy, w mlizszym stopniu moze byc przewidziana turbina, której przekrój wylotu wynosi najwyzej jedna dziesiata przekroju tur¬ biny panoweij tej samej mocy, obudowanej dla tej samej róznicy temperatur. W praktyce ozna_ cza to, ze wynalazek eliminuje niski stopien cisnienia tunbliny parowej, stanowiacy naj¬ wieksza przeszkode dla zwiekszenia mocy jed¬ nostkowej. Ze wzgledu na te okolicznosc, sto¬ sowanie sposobu wedlug wynalazku jest wsku¬ tek tego zalecone nie tylko przy skraplaniu po¬ wietrznym, lecz takze moze byc uzasadnione równiez przy chlodzeniu wody, poniewaz z jed¬ nej strony mniejsza co do rzedu turbina jest ekonomiczniejsza, a z drugiej strony moze byc zwiekszona moc jednostkowa.Skraplanie powietrzne w sposobie wedlug wynalazku z wielu czynnikami (medjami) wy¬ klucza rzecz naturalna równiez jakiekolwiek niebezpieczenstwo szkód z .powodu rozmroze¬ nia tak, ze moga odpasc urzadzenia, które w skraplaczu powietrznym turbin pairowych sa nieuniknione dla zabezpieczenia przed tymi szkodami. PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób prowadzenia silowni cieplnej z wie¬ lu czynnikami (medijami) posrednimi w celu gospodarczego wykorzystania temperatur otoczenia, znamienny tym, ze w najnizszym stopniu sposobu przewiduje sie czynnik (medium), którego krytyczna temperatura jest mniejsza niz krytyczna temperatura wody, i który nawet w najnizszych tempe¬ raturach zewnetrznych nie zamarza.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w nizszym stopniu sposobu przewidziana jest tuirbina, której przekrój wylotu wynosi najwyzej jedna dziesiata przekroju wyloto¬ wego turbiny parowej, tej samej mocy, zbu¬ dowanej dla tej samej róznicy temperatur.

3. Sposób wedlug zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, ze cisnienie skraplania nawet w naj¬ nizszych temperaturach powietrza nie jest mniejsze od cisnienia atmosferycznego. „Licencia" Talalmsnyokat Ertekesitó Vallalat Zastepca: mgr Józef Kaminski rzeczntik patentowy HM O i# o* Uyl to $ v~ 7^ 1552. RSW „Prasa", Kielce. BIBLIOTEKA! Urzedu Patentowego! Ihifliei BzgczypaspnUtRJ Iriewtj) PL