RU140382U1

RU140382U1 - HEAT ELECTRIC STATION

Info

Publication number: RU140382U1
Application number: RU2013153825/06U
Authority: RU
Inventors: Айрат Маратович Гафуров
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
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 введен 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 турбодетандера, образуя замкнутый контур охлаждения.2. Тепловая электрическая станция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный углекислый газ СО.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 Rankin, while the closed circuit of the circulation of the heat engine is made in the form of a circuit with a low-boiling working fluid containing a turboexpander with electric a generator, a condenser of water and air cooling, a condensate pump, the condensate pump output being connected through a heated medium to the steam turbine condenser inlet, the output of which is connected to a turbine expander inlet through a heated medium, 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 в зимний период времени.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 in winter.

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 в зимний период времени 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 circulating water into the cooling pond in the winter, 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, введен 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 турбодетандера, образуя замкнутый контур охлаждения.The technical result is achieved by the fact that a heat engine with a closed circulation circuit is introduced into a thermal power plant including a steam turbine condenser, a steam turbine condenser and a steam turbine condenser pump, as well as a main electric generator connected to a steam turbine, according to the present utility model, operating on the organic Rankine cycle, while the closed circuit of the circulation of the heat engine is made in the form of a circuit with a low boiling fluid, containing they are connected in series with a turboexpander with an electric generator, a water and air cooling condenser, a condensate pump, the condensate pump output being connected through a heated medium to the steam turbine condenser inlet, the output of which is connected to a turbine expander inlet through a heated medium, 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), которую осуществляют путем нагрева, в конденсаторе паровой турбины, 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), which is carried out by heating, in the condenser of a steam turbine, low-boiling working fluid (liquefied carbon dioxide CO ₂ ), a closed-circuit heat engine operating in an organic cycle Rankine.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена предлагаемая тепловая электрическая станция, имеющая тепловой двигатель с водяным и воздушным охлаждением.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.

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.

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 введен тепловой двигатель 5 с замкнутым контуром циркуляции, работающий по органическому циклу Ренкина.The difference of the proposed thermal power plant is that it introduced a heat engine 5 with a closed loop, operating on the organic Rankine cycle.

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 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 зимний период времени. В качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный углекислый газ CO₂.The closed circulation circuit of the heat engine 5 is made in the form of a circuit with a low-boiling working fluid containing a turboexpander 6 connected in series with an electric generator 7, a water and air cooling condenser 8, a condensate pump 9, the output of the condensate pump 9 being connected via a heated medium to the input of the steam turbine condenser 2 the output of which is connected via a heated medium to the inlet of the turboexpander 6, forming a closed cooling circuit. The water and air cooling condenser 8 consists of a water cooling condenser and an air cooling condenser (the diagram does not show the connection diagrams of the condensers among themselves), which can both sequentially and simultaneously cool and liquefy carbon dioxide CO ₂ in the winter. As a low-boiling working fluid, liquefied carbon dioxide CO _{2 is used} .

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 в механическую и, далее, в электрическую происходит в замкнутом контуре циркуляции теплового двигателя 5, работающего по органическому циклу Ренкина. Весь процесс начинается с сжатия в конденсатном насосе 9 сжиженного углекислого газа CO₂, который направляют на подогрев и испарение в конденсатор 2 паровой турбины, куда поступает отработавший в турбине 1 пар.The conversion of waste low-potential thermal energy of the steam 1 spent in the turbine into mechanical and, further, into electrical energy takes place in a closed loop of the heat engine 5 operating according to 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 and evaporation in the condenser 2 of the steam turbine, where the steam spent in the turbine enters 1.

Температура кипения сжиженного углекислого газа CO₂ сравнительна низка (301,2 К при давлении 6,9 МПа), поэтому в конденсаторе 2 паровой турбины он быстро испаряется и переходит в газообразное состояние, после чего, имея температуру перегретого газа, его направляют в турбодетандер 6.The boiling point of liquefied carbon dioxide CO _{2 is} relatively low (301.2 K at a pressure of 6.9 MPa), therefore, it quickly evaporates in the condenser 2 of the steam turbine and goes into a gaseous state, after which, having the temperature of the superheated gas, it 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 290 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 transmitted 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 290 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 при температуре 278,15 К и низкотемпературным воздухом окружающей среды в температурном диапазоне от 223,15 К до 273,15 К.Further, its temperature is reduced and liquefied in a condenser 8 of water and air cooling, cooled by ambient technical water at a temperature of 278.15 K and low-temperature ambient air in the temperature range from 223.15 K to 273.15 K.

После конденсатора 8 водяного и воздушного охлаждения в сжиженном состоянии углекислый газ CO₂ сжимают в конденсатном насосе 9 и направляют на подогрев и испарение 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 a condensate pump 9 and sent for heating and evaporation to the condenser 2 of a steam turbine.

Применение конденсатора 8 водяного и воздушного охлаждения позволяет как последовательно, так и параллельно охлаждать и сжижать углекислый газ CO₂ в зимний период времени. 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 CO₂разделяют 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.The use of condenser 8 of water and air cooling allows both sequentially and in parallel to cool and liquefy carbon dioxide CO ₂ in the winter period of time. 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 Rankin, while the closed circuit of the circulation of the heat engine is made in the form of a circuit with a low-boiling working fluid containing a turboexpander with electric a generator, a condenser of water and air cooling, a condensate pump, the output of the condensate pump being connected through a heated medium to the inlet of a steam turbine condenser, the output of which is connected through a heated medium to the inlet of a 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 ₂ .