RU140396U1

RU140396U1 - HEAT ELECTRIC STATION

Info

Publication number: RU140396U1
Application number: RU2013153812/06U
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, которая соединена по греющей среде с верхним и нижним сетевыми подогревателями, включенными по нагреваемой среде между подающим и обратным трубопроводами сетевой воды, отличающаяся тем, что в нее введены теплообменник-охладитель, вход которого по нагреваемой среде соединен с обратным трубопроводом сетевой воды, а выход по нагреваемой среде - с нижним сетевым подогревателем, и 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 турбодетандер с электрогенератором, теплообменник-рекуператор, конденсатор водяного охлаждения и конденсатный насос, причем выход конденсатного насоса соединен по нагреваемой среде с входом теплообменника-рекуператора, который соединен по нагреваемой среде с входом конденсатора паровой турбины, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом теплообменника-охладителя, выход теплообменника-охладителя по нагреваемой среде соединен с входом турбодетандера, выход которого соединен по греющей среде с теплообменником-рекуператором, выход теплообменника-рекуператора соединен по греющей среде с конденсатором водяного охлаждения, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом конденсатного насоса, образуя замкнутый контур охлаждения.2. Тепловая электрическая станци1. Thermal power station, 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, which is connected via a heating medium to the upper and lower network heaters connected via a heated medium between the supply and return pipelines of network water, characterized in that a heat exchanger-cooler is introduced into it, the inlet of which is connected via a heated medium to the return pipeline water, and the outlet through the heated medium with a lower network heater, and a closed-circuit heat engine operating on the organic Rankine cycle, while the closed loop of the heat engine circulation is made in the form of a circuit with a low-boiling working fluid containing a turboexpander with an electric generator, a heat exchanger a recuperator, a water cooling condenser and a condensate pump, the output of the condensate pump being connected via a heated medium to the input of the heat exchanger-recuperator, which is connected by heating the medium to be evacuated with the input of the steam turbine condenser, the output of which is connected through the heated medium to the input of the heat exchanger-cooler, the output of the heat exchanger-cooler through the heated medium is connected to the inlet of the turbo-expander, the output of which is connected through the heating medium to the heat exchanger-recuperator, the output of the heat exchanger-recuperator is connected to the heating medium with a water-cooled condenser, the output of which is connected via a heated medium to the inlet of the condensate pump, forming a closed cooling circuit. 2. Thermal Power Station

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 избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды.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 excess low-grade heat of return network water.

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, обусловленную наличием вторичного контура (теплонасосной установки), а также отсутствия утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды, для дополнительной выработки электроэнергии. Кроме этого, недостатком является низкий ресурс и надежность работы конденсатора паровой турбины из-за использования технической (циркуляционной) воды, которая загрязняет конденсатор паровой турбины. Из-за повышенных тепловых выбросов циркуляционной воды в водоем-охладитель нарушается его экосистема.The main disadvantage of the prototype is the relatively low efficiency of thermal power plants for generating electric energy due to the lack of complete utilization of the latent heat of vaporization in the condenser of a steam turbine due to the presence of a secondary circuit (heat pump installation), as well as the lack of utilization of excess low potential heat of return network water, for additional electricity generation. 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 и утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды для дополнительной выработки электрической энергии, повышение ресурса и надежности работы конденсатора паровой турбины и снижение тепловых выбросов в окружающую среду.The objective of the utility model is to increase the efficiency of TPPs due to the full use of waste low-grade heat and utilization of excess low-grade heat of return network water 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, которая соединена по греющей среде с верхним и нижним сетевыми подогревателями, включенными по нагреваемой среде между подающим и обратным трубопроводами сетевой воды, согласно настоящей полезной модели, введены теплообменник-охладитель, вход которого по нагреваемой среде соединен с обратным трубопроводом сетевой воды, а выход по нагреваемой среде - с нижним сетевым подогревателем, и 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 турбодетандер с электрогенератором, теплообменник-рекуператор, конденсатор водяного охлаждения и конденсатный насос, причем выход конденсатного насоса соединен по нагреваемой среде с входом теплообменника-рекуператора, который соединен по нагреваемой среде с входом конденсатора паровой турбины, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом теплообменника-охладителя, выход теплообменника-охладителя по нагреваемой среде соединен с входом турбодетандера, выход которого соединен по греющей среде с теплообменником-рекуператором, выход теплообменника-рекуператора соединен по греющей среде с конденсатором водяного охлаждения, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом конденсатного насоса, образуя замкнутый контур охлаждения. В качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный пропан C₃H₈.The technical result is achieved by the fact that in a thermal power station 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, which is connected via heating medium to the upper and lower network heaters included According to the present utility model, a heat exchanger-cooler is introduced along the heated medium between the supply and return pipelines of the network water, the input of which is through the medium to be heated is connected to the return pipe of the network water, and the outlet through the heated medium is connected to the lower network heater, and the closed-circuit heat engine operating on the organic Rankine cycle, while the closed loop of the heat engine is made in the form of a circuit with a low boiling medium, comprising a turboexpander with an electric generator, a heat exchanger-recuperator, a water-cooled condenser and a condensate pump, the output of the condensate pump being connected via a heated medium to the input t a heat exchanger-heat exchanger, which is connected via a heated medium to the steam turbine condenser inlet, the output of which is connected via a heated medium to the heat exchanger-cooler inlet, the heat exchanger-cooler output is connected to a turbine expander inlet, the output of which is connected through a heating medium to a heat exchanger-recuperator, the output of the heat exchanger-recuperator is connected via a heating medium to a water cooling condenser, the output of which is connected via a heated medium to the inlet of the condensate pump, forming a closed second cooling circuit. As a low-boiling working fluid, liquefied propane C ₃ H _{8 is used} .

Таким образом, технический результат достигается за счет полной утилизации сбросной низкопотенциальной теплоты (скрытой теплоты парообразования) и утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды, которые осуществляют путем последовательного нагрева, соответственно, в конденсаторе паровой турбины и теплообменнике-охладителе, низкокипящего рабочего тела (сжиженного пропана C₃H₈) 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-grade heat (latent heat of vaporization) and the utilization of excess low-grade heat of return network water, which is carried out by sequential heating, respectively, in the condenser of the steam turbine and heat exchanger-cooler, low-boiling working fluid (liquefied propane C ₃ H ₈ ) closed-loop heat engine operating on the organic Rankine cycle.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена предлагаемая тепловая электрическая станция, имеющая тепловой двигатель с водяным охлаждением, теплообменником-рекуператором, и теплообменник-охладитель.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, which shows the proposed thermal power plant having a heat engine with water cooling, a heat exchanger-recuperator, and a heat exchanger-cooler.

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 охлаждения,8 - condenser water cooling

9 - конденсатный насос,9 - condensate pump,

10 - верхний сетевой подогреватель,10 - upper network heater,

11 - нижний сетевой подогреватель,11 - lower network heater,

12 - подающий трубопровод сетевой воды,12 - supply pipe network water,

13 - обратный трубопровод сетевой воды,13 - return pipe network water,

14 - теплообменник-охладитель,14 - heat exchanger-cooler,

15 - теплообменник-рекуператор.15 - heat exchanger-recuperator.

Тепловая электрическая станция включает последовательно соединенные паровую турбину 1, конденсатор 2 паровой турбины и конденсатный насос 3 конденсатора паровой турбины, а также основной электрогенератор 4, соединенный с паровой турбиной 1, которая соединена по греющей среде с верхним 10 и нижним 11 сетевыми подогревателями, включенными по нагреваемой среде между подающим 12 и обратным 13 трубопроводами сетевой воды.The thermal power plant includes a series-connected steam turbine 1, a steam turbine condenser 2 and a condenser pump 3 of the steam turbine condenser, as well as a main electric generator 4 connected to the steam turbine 1, which is connected via heating medium to the upper 10 and lower 11 network heaters connected via heated medium between the supply 12 and return 13 pipelines of network water.

Отличием предлагаемой тепловой электрической станции является то, что в нее введены теплообменник-охладитель 14 и тепловой двигатель 5 с замкнутым контуром циркуляции, работающий по органическому циклу Ренкина. Вход теплообменника-охладителя 14 по нагреваемой среде соединен с обратным трубопроводом 13 сетевой воды. Выход теплообменника-охладителя 14 по нагреваемой среде соединен с нижним сетевым подогревателем 11.The difference of the proposed thermal power plant is that it introduced a heat exchanger-cooler 14 and a heat engine 5 with a closed loop, operating on the organic Rankine cycle. The input of the heat exchanger-cooler 14 through a heated medium is connected to the return pipe 13 of the network water. The output of the heat exchanger-cooler 14 through the heated medium is connected to the lower network heater 11.

Замкнутый контур циркуляции теплового двигателя 5 выполнен в виде контура с низкокипящим рабочим телом, содержащим турбодетандер 6 с электрогенератором 7, теплообменник-рекуператор 15, конденсатор 8 водяного охлаждения и конденсатный насос 9, причем выход конденсатного насоса 9 соединен по нагреваемой среде с входом теплообменника-рекуператора 15, который соединен по нагреваемой среде с входом конденсатора 2 паровой турбины, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом теплообменника-охладителя 14, выход теплообменника-охладителя 14 по нагреваемой среде соединен с входом турбодетандера 6, выход которого соединен по греющей среде с теплообменником-рекуператором 15, выход теплообменника-рекуператора 15 соединен по греющей среде с конденсатором 8 водяного охлаждения, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом конденсатного насоса 9, образуя замкнутый контур охлаждения. В качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный пропан C₃H₈.The closed circuit of the circulation of the heat engine 5 is made in the form of a circuit with a low-boiling working fluid containing a turboexpander 6 with an electric generator 7, a heat exchanger-recuperator 15, a water cooling condenser 8 and a condensate pump 9, and the output of the condensate pump 9 is connected via a heated medium to the input of the heat exchanger-recuperator 15, which is connected through a heated medium to the input of a condenser 2 of a steam turbine, the output of which is connected through a heated medium to the input of a heat exchanger-cooler 14, the output of the heat exchanger-cooler 14 is connected via a heated medium to an inlet of a turbo expander 6, the output of which is connected via a heating medium to a heat exchanger-recuperator 15, the output of a heat exchanger-recuperator 15 is connected via a heating medium to a water-cooled condenser 8, the output of which is connected via a heated medium to the inlet of a condensate pump 9, forming closed loop cooling. As a low-boiling working fluid, liquefied propane C ₃ H _{8 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 пропан C₃H₈). 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 propane C ₃ H ₈ ). 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 избыточной низкопотенциальной тепловой энергии обратной сетевой воды, 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 пропана C₃H₈, который направляют на подогрев в теплообменник-рекуператор 15, а затем 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 spent in the turbine 1 steam and excess low-potential thermal energy of reverse network water into mechanical and, further, into electric energy occurs in a closed circuit of the heat engine 5 operating on the organic Rankine cycle. The whole process begins with compression in a condensate pump 9 of liquefied propane C ₃ H ₈ , which is sent for heating to a heat exchanger-recuperator 15, and then sent for heating and evaporation to a condenser 2 of a steam turbine, where 1 steam spent in the turbine enters.

Температура кипения сжиженного пропана C₃H₈ сравнительна низка (293 К при давлении 0,833 МПа), поэтому в конденсаторе 2 паровой турбины он быстро испаряется и переходит в газообразное состояние, далее его направляют на перегрев в теплообменник-охладитель 14. Температура обратной сетевой воды может варьироваться в интервале от 313,15 К до 343,15 К.The boiling point of liquefied propane C ₃ H _{8 is} relatively low (293 K at a pressure of 0.833 MPa), therefore, it quickly evaporates in the condenser 2 of the steam turbine and goes into a gaseous state, then it is sent for overheating to the heat exchanger-cooler 14. The temperature of the return network water can vary in the range from 313.15 K to 343.15 K.

В теплообменнике-охладителе 14 в процессе теплообмена обратной сетевой воды с газообразным пропаном C₃H₈ происходит перегрев газообразного пропана C₃H₈ до температуры в интервале от 308,15 К до 323,15 К. После теплообменника-охладителя 14 перегретый газообразный пропан C₃H₈ направляют в турбодетандер 6.In the heat exchanger-cooler 14 during the heat exchange of the return network water with gaseous propane C ₃ H ₈ , the gaseous propane C ₃ H ₈ overheats to a temperature in the range from 308.15 K to 323.15 K. After the heat exchanger-cooler 14 the superheated gaseous propane C ₃ H ₈ sent to the expander 6.

Процесс настроен таким образом, что в турбодетандере 6 не происходит конденсации газообразного пропана C₃H₈ в ходе срабатывания теплоперепада. Мощность турбодетандера 6 передается соединенному на одном валу электрогенератору 7. На выходе из турбодетандера 6 газообразный пропан C₃H₈, имеющий температуру перегретого газа, направляют в теплообменник-рекуператор 15 для снижения температуры.The process is configured in such a way that condensation of gaseous propane C ₃ H ₈ does not occur in the operation of the heat transfer in the turbine expander 6. The power of the turboexpander 6 is transmitted to an electric generator 7 connected to one shaft. At the outlet of the turboexpander 6, gaseous propane C ₃ H ₈ having a temperature of superheated gas is sent to a heat exchanger-recuperator 15 to reduce the temperature.

В теплообменнике-рекуператоре 15 в процессе отвода теплоты на нагрев сжиженного пропана C₃H₈ снижается нагрузка на конденсатор 8 и затраты мощности на привод циркуляционных насосов.In the heat exchanger-recuperator 15 in the process of heat removal for heating liquefied propane C ₃ H _{8 the} load on the condenser 8 and the power consumption for the drive of the circulation pumps are reduced.

Далее его температуру снижают и сжижают в конденсаторе 8 водяного охлаждения, охлаждаемого технической водой окружающей среды в температурном диапазоне от 278,15 К до 283,15 К.Next, its temperature is reduced and liquefied in a condenser 8 of water cooling, cooled by industrial ambient water in the temperature range from 278.15 K to 283.15 K.

После конденсатора 8 водяного охлаждения в сжиженном состоянии пропан C₃H₈ сжимают в конденсатном насосе 9 и направляют на подогрев в теплообменник-рекуператор 15, а затем на подогрев и испарение в конденсатор 2 паровой турбины.After the condenser 8 of water cooling in a liquefied state, propane C ₃ H _{8 is} compressed in the condensate pump 9 and sent for heating to the heat exchanger-recuperator 15, and then for heating and evaporation in the condenser 2 of the steam turbine.

Конденсатор 8 водяного охлаждения обладает большей эффективностью теплопередачи по сравнению с воздушным охлаждением и не требует больших площадей теплообменной поверхности. При этом затраты мощности на привод циркуляционных насосов конденсатора 8 водяного охлаждения меньше, чем на привод вентиляторов конденсатора воздушного охлаждения.The condenser 8 water cooling has a higher heat transfer efficiency compared to air cooling and does not require large areas of the heat exchange surface. In this case, the power consumption for the drive of the circulation pumps of the water-cooled condenser 8 is less than for the drive of the fans of the air-cooled condenser.

Claims

1. Thermal power station, 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, which is connected via a heating medium to the upper and lower network heaters connected via a heated medium between the supply and return pipelines of network water, characterized in that a heat exchanger-cooler is introduced into it, the inlet of which is connected via a heated medium to the return pipeline water, and the outlet through the heated medium with a lower network heater, and a closed-circuit heat engine operating on the organic Rankine cycle, while the closed loop of the heat engine circulation is made in the form of a circuit with a low-boiling working fluid containing a turboexpander with an electric generator, a heat exchanger a recuperator, a water cooling condenser and a condensate pump, the output of the condensate pump being connected via a heated medium to the input of the heat exchanger-recuperator, which is connected by heating the medium to be cooled with the condenser inlet of the steam turbine, the output of which is connected through the heated medium to the inlet of the heat exchanger-cooler, the output of the heat exchanger-cooler in the heated medium is connected to the inlet of the turbine expander, the output of which is connected through the heating medium to the heat exchanger-recuperator, the output of the heat exchanger-recuperator is connected to the heating medium with a water-cooled condenser, the output of which is connected via a heated medium to the inlet of the condensate pump, forming a closed cooling circuit.

2. Thermal power station under item 1, characterized in that as a low-boiling working fluid use liquefied propane C ₃ H ₈ .