RU140249U1

RU140249U1 - HEAT ELECTRIC STATION

Info

Publication number: RU140249U1
Application number: RU2013154223/06U
Authority: RU
Inventors: Айрат Маратович Гафуров
Priority date: 2013-12-05
Filing date: 2013-12-05
Publication date: 2014-05-10

Abstract

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 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 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 CO.1. Thermal power plant, including a series-connected steam turbine, a steam turbine condenser and a condensate pump of a steam turbine condenser, as well as a main electric generator connected to a steam turbine, characterized in that an organic cycle closed loop heat engine is introduced into it Rankine, and a condensing unit containing a series-connected steam turbine with production steam extraction, having an electric generator, a steam turbine condenser They are equipped with production steam extraction and a condenser pump of a steam turbine condenser with production steam extraction, while the closed circulation circuit of the heat engine is made in the form of a circuit with a low-boiling working fluid containing a turboexpander with an electric generator in series, a water and air cooling condenser, and a condensate pump, and the output the condensate pump is connected via a heated medium to the inlet of a steam turbine condenser, the output of which is connected through a heated medium to a condensate inlet of a steam turbine with production steam extraction, the output of the condenser of a steam turbine with production steam extraction is connected via a heated medium to the inlet of the turboexpander, forming a closed cooling circuit. 2. Thermal power station according to claim 1, characterized in that as a low-boiling working fluid using liquefied carbon dioxide CO.

Description

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.The utility model relates to the field of energy and can be used at thermal power plants (TPPs) for utilization of low-grade waste heat in condensers of steam turbines of TPPs and for utilization of high-grade heat of production steam.

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).The prototype is a thermal power plant containing a supply and return piping of network water, a steam turbine with heating steam extraction and a condenser, to which pressure and drain pipelines of circulation water are connected, network heaters connected through a heated medium between the supply and return pipelines of network water and connected through heating medium to heating taps, a heat pump installation, the evaporator of which is connected via heating medium to a drainage pipe of circulating water, while m the condenser of the heat pump installation for the heated medium is included in the supply pipe of the network water after the network heaters (patent RU No. 2268372, IPC F01K 17/02, 01/20/2006).

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.The main disadvantage of the prototype is the relatively low efficiency of TPPs for generating electric energy due to the lack of complete utilization of the latent heat of vaporization in the steam turbine condenser for additional power generation due to the presence of a secondary circuit (heat pump installation). In addition, the disadvantage is the low resource and reliability of the condenser of the steam turbine due to the use of technical (circulating) water, which pollutes the condenser of the steam turbine. Due to the increased thermal emissions of the circulation water into the cooling pond, its ecosystem is disturbed.

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.The objective of the utility model is to increase the efficiency of TPPs due to the full use of low-grade waste heat for additional generation of electric energy, increase the resource and reliability of the steam turbine condenser, and reduce thermal emissions into the environment.

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 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 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.The technical result is achieved by the fact that in a thermal power station, including a series-connected steam turbine, a condenser of a steam turbine and a condensate pump of a condenser of a steam turbine, as well as a main electric generator connected to a steam turbine, according to the present utility model, a closed-loop heat engine is introduced, working on the organic Rankine cycle, and a condensing unit containing a series-connected steam turbine with production steam extraction, having an electric generator, a steam turbine condenser with production steam extraction and a condensate pump of a steam turbine condenser with production steam extraction, while the closed circuit of the heat engine circulation is made in the form of a circuit with a low boiling fluid containing in series a turboexpander with an electric generator, a water and air cooling condenser, a condensate pump, the output of the condensate pump being connected via a heated medium to the input of the condenser of a steam turbine, the output of which It is connected through a heated medium to the inlet of a condenser of a steam turbine with production steam extraction; the output of a condenser of a steam turbine with production extraction of steam is connected through a heated medium to the input of a turbine expander, forming a closed cooling circuit.

В качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный углекислый газ CO₂.As a low-boiling working fluid, liquefied carbon dioxide CO _{2 is used} .

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.Thus, the technical result is achieved due to the complete utilization of waste low potential heat (latent heat of vaporization) and the utilization of high potential heat of production steam from a steam turbine with production steam extraction, which are carried out by sequential heating, respectively, in the condenser of the steam turbine and the condenser of the steam turbine with production selection of steam, low-boiling working fluid (liquefied carbon dioxide CO ₂ ) closed-loop heat engine m circulation, working on the organic Rankine cycle.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена предлагаемая тепловая электрическая станция, имеющая тепловой двигатель с водяным и воздушным охлаждением, конденсационную установку.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, which shows the proposed thermal power plant having a heat engine with water and air cooling, a condensing unit.

На чертеже цифрами обозначены:In the drawing, the numbers indicate:

1 - паровая турбина,1 - steam turbine,

2 - конденсатор паровой турбины,2 - condenser of a steam turbine,

3 - конденсатный насос конденсатора паровой турбины,3 - condensate pump condenser of a steam turbine,

4 - основной электрогенератор,4 - the main generator

5 - тепловой двигатель с замкнутым контуром циркуляции,5 - heat engine with a closed circuit,

6 - турбодетандер,6 - turboexpander,

7 - электрогенератор,7 - electric generator,

8 - конденсатор водяного и воздушного охлаждения,8 - condenser water and air cooling,

9 - конденсатный насос,9 - condensate pump,

10 - конденсационная установка,10 - condensation installation,

11 - паровая турбина с производственным отбором пара,11 - steam turbine with production steam extraction,

12 - электрогенератор паровой турбины с производственным отбором пара,12 - electric generator of a steam turbine with production steam extraction,

13 - конденсатор паровой турбины с производственным отбором пара,13 is a condenser of a steam turbine with production steam extraction,

14 - конденсатный насос конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара.14 - condensate pump of a condenser of a steam turbine with production steam extraction.

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.The thermal power station includes a steam turbine 1 connected in series, a steam turbine condenser 2 and a steam turbine condenser pump 3, as well as a main electric generator 4 connected to the steam turbine 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.The difference of the proposed thermal power plant is that it introduced a closed-circuit heat engine 5 operating on the organic Rankine cycle and a condensing unit 10. The condensing unit 10 contains a steam turbine 11 connected in series with a production steam extraction having an electric generator 12, a condenser 13 steam turbines with production steam extraction and condensate pump 14 of the condenser of a steam turbine with production steam extraction.

Замкнутый контур циркуляции теплового двигателя 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 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.The closed circuit of the circulation of the heat engine is made in the form of a circuit with a low boiling fluid containing in series a turbo expander 6 with an electric generator 7, a condenser 8 of water and air cooling, a condensate pump 9, and the output of the condensate pump 9 is connected via a heated medium to the input of the condenser 2 of the steam turbine, the output of which is connected via a heated medium to the input of the condenser 13 of the steam turbine with production sampling, the output of the condenser 13 of the steam turbine with production sampling ara coupled for heating medium to the input of the turbo expander 6, forming a closed cooling circuit.

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.The water and air cooling condenser 8 consists of a water cooling condenser and an air cooling condenser (the schematic diagram of the connection of condensers to each other is not shown on the drawing), which can both sequentially and simultaneously cool and liquefy carbon dioxide CO ₂ .

Предлагаемая тепловая электрическая станция работает следующим образом.The proposed thermal power plant operates as follows.

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.The steam coming from the steam turbine 1 into the steam space of the condenser 2 condenses on the surface of the condenser tubes, inside which coolant flows (liquefied carbon dioxide CO ₂ ). The power of the steam turbine 1 is transmitted to the main electric generator 4 connected to one shaft.

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.Steam condensation is accompanied by the release of latent heat of vaporization, which is removed using coolant. The condensate formed by means of a condensate pump 3 of a steam turbine condenser is sent to a regeneration system.

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.The conversion of waste low-potential heat energy spent in the steam turbine 1 steam and high-potential heat energy of production steam from the steam turbine 11 into mechanical and, further, into electric energy takes place in a closed loop of the heat engine 5 operating on the organic Rankine cycle. The whole process begins with the compression in the condensate pump 9 of liquefied carbon dioxide CO ₂ , which is sent for heating to the condenser 2 of the steam turbine, which receives 1 steam spent in the turbine.

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.During the condensation of 1 steam spent in the turbine, the liquefied carbon dioxide CO ₂ is heated to a critical temperature of 304.13 K at a supercritical pressure of 7.4 MPa to 25 MPa, and then it is sent for heating and evaporation to the condenser 13 of the steam turbine with a production the selection of steam, which receives the steam production from the steam turbine 11 at a temperature of about 573 K.

Пар, поступающий из производственных отборов 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.The steam coming from the production taps of the steam turbine 11 into the steam space of the condenser 13 condenses on the surface of the condenser tubes, inside which coolant flows (liquefied carbon dioxide CO ₂ ). The power of the steam turbine 11 is transmitted to the main generator 12 connected to one shaft.

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.Steam condensation is accompanied by the release of latent heat of vaporization, which is removed using coolant. The condensate formed by means of a condensate pump 14 of a steam turbine condenser with production steam extraction is sent to a regeneration system.

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.In the process of condensing production steam in the condenser 13 of the steam turbine, the liquefied carbon dioxide CO ₂ evaporates and then overheats to a supercritical temperature of 304.13 K to 390 K at a supercritical pressure of 7.4 MPa to 25 MPa, which is sent to a turbine expander 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%.The process is configured in such a way that carbon dioxide CO ₂ does not condense in the turboexpander 6 during the operation of the heat transfer. The power of the turboexpander 6 is transferred to an electric generator 7 connected to one shaft. At the outlet of the turboexpander 6, carbon dioxide CO ₂ has a temperature of about 288 K with a humidity not exceeding 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.Further, its temperature is reduced and liquefied in a condenser 8 of water and air cooling, cooled by ambient technical water in the temperature range from 278.15 K to 283.15 K and ambient air in the temperature range from 223.15 K to 283.15 K.

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.After the condenser 8 of water and air cooling in a liquefied state, carbon dioxide CO _{2 is} compressed in the condensate pump 9 and sent for heating to the condenser 2 of the steam turbine.

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.The use of condensation unit 10 makes it possible to increase the initial parameters of the low-boiling working fluid of a heat engine with a closed circulation circuit to supercritical parameters, which leads to an increase in heat transfer on the turbine expander 6 and, as a result, an increase in the efficiency of TPPs for generating electric energy.

Применение конденсатора 8 водяного и воздушного охлаждения позволяет как последовательно, так и параллельно охлаждать и сжижать углекислый газ CO₂.The use of condenser 8 of water and air cooling allows both sequentially and in parallel to cool and liquefy carbon dioxide CO ₂ .

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.With sequential cooling, the temperature of carbon dioxide CO _{2 is} first reduced in a water-cooled condenser, and then it is liquefied in an air-cooled condenser. In parallel cooling, carbon dioxide CO _{2 is} divided into two streams: the first stream is cooled and liquefied in a water-cooled condenser, and the second stream in an air-cooled condenser, and during the mixing of the two output streams, it is possible to control the temperature of the liquefied carbon dioxide CO ₂ .

Применение воздуха в качестве теплоотводящей среды конденсатора 8 позволяет резко сократить расходы воды и улучшить экологический баланс естественных водоемов.The use of air as a heat sink medium of the condenser 8 can drastically reduce water consumption and improve the ecological balance of natural reservoirs.

Claims

1. Thermal power plant, including a series-connected steam turbine, a steam turbine condenser and a condensate pump of a steam turbine condenser, as well as a main electric generator connected to a steam turbine, characterized in that an organic cycle closed loop heat engine is introduced into it Rankine, and a condensing unit containing a series-connected steam turbine with production steam extraction, having an electric generator, a steam turbine condenser They are equipped with production steam extraction and a condenser pump of a steam turbine condenser with production steam extraction, while the closed circulation circuit of the heat engine is made in the form of a circuit with a low-boiling working fluid containing a turboexpander with an electric generator in series, a water and air cooling condenser, and a condensate pump, and the output the condensate pump is connected via a heated medium to the inlet of a steam turbine condenser, the output of which is connected through a heated medium to a condensate inlet of a steam turbine with production steam extraction, the output of the condenser of a steam turbine with production steam extraction is connected via a heated medium to the inlet of the turboexpander, forming a closed cooling circuit.

2. Thermal power station according to claim 1, characterized in that as a low-boiling working fluid use liquefied carbon dioxide CO ₂ .