RU140399U1

RU140399U1 - HEAT ELECTRIC STATION

Info

Publication number: RU140399U1
Application number: RU2013153815/06U
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 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 теплообменника-охладителя, а выход теплообменника-охладителя по нагреваемой среде соединен 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 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-loop heat engine operating on the organic Rankine cycle, while the closed loop of the heat engine circulation is made in the form of a loop with a low-boiling working fluid containing a turboexpander with a generator connected in series , a condenser of water and air cooling, a condensate pump, and the output of the condensate pump is 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 heat exchanger-cooler, and the output of a heat exchanger-cooler through a heated medium is connected to an 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.

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 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 теплообменника-охладителя, а выход теплообменника-охладителя по нагреваемой среде соединен 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 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 connected in series, a water and air cooling condenser, a condensate pump, the output of the condensate pump being connected via a heated de steam turbine with an input capacitor, whose output is connected by a heating medium inlet of the cooling heat exchanger, and the outlet of the cooling medium heated by the heat exchanger is connected to the input of a turbo expander to form 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 избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды, которые осуществляют путем последовательного нагрева, соответственно, в конденсаторе паровой турбины и теплообменнике-охладителе, 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 utilization of the excess low potential heat of the return network water, which is carried out by sequential heating, respectively, in the steam turbine condenser and heat exchanger-cooler, low-boiling working fluid (liquefied carbon dioxide gas CO ₂ ) of a closed-circuit 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 и воздушным охлаждением, 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 and air cooling, 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 и воздушного охлаждения,8 - condenser water and air 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.

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. 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 теплообменника-охладителя 14, а выход теплообменника-охладителя 14 по нагреваемой среде соединен с входом турбодетандера 6, образуя замкнутый контур охлаждения.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. The closed circulation circuit of the heat engine 5 is made in the form of a circuit with a low boiling medium containing a turboexpander 6 connected in series with an electric generator 7, a water and air cooling condenser 8, a condensate pump 9, moreover, the output of the condensate pump 9 is connected via 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, and the output of the heat exchanger-cooler 14 through the heated medium is connected to the inlet of the turboexpander 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 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 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 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 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 (292,26 К при давлении 5,61 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 carbon dioxide CO _{2 is} relatively low (292.26 K at a pressure of 5.61 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 return temperature 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 углекислым газом CO₂ происходит перегрев углекислого газа CO₂ до сверхкритической температуры. После теплообменника-охладителя 14 перегретый углекислый газ CO₂, имеющий температуру от 308,15 К до 323,15 К, направляют в турбодетандер 6.In the heat exchanger-cooler 14 in the heat exchange process return water with carbon dioxide CO ₂ is overheating of carbon dioxide CO ₂ to a supercritical temperature. After the heat exchanger-cooler 14, the superheated carbon dioxide CO ₂ having a temperature of from 308.15 K to 323.15 K is sent to a turboexpander 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 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. 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.The use of condenser 8 of water and air cooling allows both sequentially and in parallel to cool and liquefy carbon dioxide CO ₂ . 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 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-loop heat engine operating on the organic Rankine cycle, while the closed loop of the heat engine circulation is made in the form of a loop with a low-boiling working fluid containing a turboexpander with a generator connected in series , a condenser of water and air cooling, a condensate pump, and the output of the condensate pump is 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 heat exchanger-cooler, and the output of a heat exchanger-cooler through a heated medium is connected to an 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 use liquefied carbon dioxide CO ₂ .