RU140403U1

RU140403U1 - HEAT ELECTRIC STATION

Info

Publication number: RU140403U1
Application number: RU2013153840/06U
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, которые между собой соединены по нагреваемой среде, 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 охлаждения и конденсатный насос, причем выход конденсатного насоса соединен по нагреваемой среде с входом конденсатора паровой турбины, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом нижнего сетевого подогревателя, а выход верхнего сетевого подогревателя 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 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 through a heating medium to the upper and lower network heaters, which are interconnected by a heated environment, characterized in that it introduced a heat engine with a closed circulation loop, operating on the organic Rankine cycle, while the closed loop heat circulation The fishing engine is made in the form of a circuit with a low-boiling working fluid containing a turboexpander with an electric generator, a water-cooled condenser and a condensate pump, the output of the condensate pump being connected via a heated medium to the condenser input of a steam turbine, the output of which is connected via a heated medium to the bottom network heater input and the output of the upper network heater 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 низкопотенциальной теплоты пара отопительных отборов из паровой турбины.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 the utilization of low-grade heat of steam from heating taps from a steam turbine.

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 низкопотенциальной теплоты пара отопительных отборов из паровой турбины, 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 low-grade heat of steam from heating taps from a steam turbine , for additional power 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 низкопотенциальной теплоты пара отопительных отборов из паровой турбины 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 and utilization of low-grade heat of steam from heating steam from the steam turbine to generate additional electric energy, increase the life 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, которые между собой соединены по нагреваемой среде, 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 охлаждения и конденсатный насос, причем выход конденсатного насоса соединен по нагреваемой среде с входом конденсатора паровой турбины, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом нижнего сетевого подогревателя, а выход верхнего сетевого подогревателя 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 comprising 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, which interconnected by a heated medium, according to this utility model, a closed-circuit heat engine has been introduced, operating on an organic qi in this case, the closed loop 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 an electric generator in series, a water-cooled condenser and a condensate pump, the output of the condensate pump being connected via a heated medium to the input of the steam turbine condenser, the output of which is connected on the heated medium with the input of the lower network heater, and the output of the upper network heater is connected on the heated medium with the input of the turbo 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 низкопотенциальной теплоты пара отопительных отборов из паровой турбины, которые осуществляют путем последовательного нагрева, соответственно, в конденсаторе паровой турбины и в сетевых подогревателях, 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-grade heat (latent heat of vaporization) and the utilization of low-grade heat of steam from the heating taps from the steam turbine, which are carried out by successive heating, respectively, in the condenser of the steam turbine and in network heaters, of a low-boiling working fluid ( liquefied carbon dioxide CO ₂ ) 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 охлаждением и сетевые подогреватели.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, which presents the proposed thermal power plant having a water-cooled heat engine and network heaters.

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,

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, которые между собой соединены по нагреваемой среде.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, which are between connected by a heated medium.

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 охлаждения и 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 нижнего сетевого подогревателя 11, а выход верхнего сетевого подогревателя 10 соединен по нагреваемой среде с входом турбодетандера 6, образуя замкнутый контур охлаждения.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 connected in series with an electric generator 7, a water cooling condenser 8 and a condensate pump 9, the output of the condensate pump 9 being connected via a heated medium to the input of the condenser 2 of the steam turbine, output which is connected through a heated medium to the input of the lower network heater 11, and the output of the upper network heater 10 is connected through a heated medium to the input of the turbo expander 6, forming closed loop cooling.

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 низкопотенциальной тепловой энергии пара отопительных отборов из паровой турбины 1, в механическую и, далее, в электрическую происходит в замкнутом контуре циркуляции теплового двигателя 5, работающего по органическому циклу Ренкина.The conversion of waste low-potential heat energy spent in the turbine 1 steam and low-potential heat energy from the steam from the heating steam turbine 1, into mechanical and, further, into electric energy occurs in a closed circuit of the heat engine 5 operating on the organic Rankine cycle.

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 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 нижний сетевой подогреватель 11, куда поступает пар отопительного отбора из паровой турбины 1 при температуре около 365 К.In the process of condensation of 1 steam spent in the turbine, 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 lower network heater 11, where heating steam is taken from the steam turbine 1 at a temperature of about 365 K.

Пар, поступающий из отопительного отбора паровой турбины 1 в паровое пространство нижнего сетевого подогревателя 11, конденсируется на поверхности подогреваемых трубок, внутри которых протекает сжиженный углекислый газ CO₂.The steam coming from the heating selection of the steam turbine 1 into the steam space of the lower network heater 11 condenses on the surface of the heated tubes, inside which the liquefied carbon dioxide CO ₂ flows.

В процессе конденсации пара отопительного отбора в нижнем сетевом подогревателе 11 паровой турбины 1, происходит нагрев сжиженного углекислого газа CO₂ свыше критической температуры 304,13 К при котором происходит его интенсивное испарение. После нижнего сетевого подогревателя 11 газообразный углекислый газ CO₂ направляют на перегрев в верхний сетевой подогреватель 10, куда поступает пар отопительного отбора из паровой турбины 1 при температуре около 400 К.In the process of condensation of heating selection steam in the lower network heater 11 of the steam turbine 1, liquefied carbon dioxide CO ₂ is heated above a critical temperature of 304.13 K, at which its intense evaporation occurs. After the lower network heater 11, gaseous carbon dioxide CO _{2 is} sent for overheating to the upper network heater 10, where the heating steam from the steam turbine 1 enters at a temperature of about 400 K.

Пар, поступающий из отопительного отбора паровой турбины 1 в паровое пространство верхнего сетевого подогревателя 10, конденсируется на поверхности подогреваемых трубок, внутри которых протекает газообразный углекислый газ CO₂.The steam coming from the heating selection of the steam turbine 1 into the steam space of the upper network heater 10 condenses on the surface of the heated tubes, inside which gaseous carbon dioxide CO ₂ flows.

В процессе конденсации пара отопительного отбора в верхнем сетевом подогревателе 10 паровой турбины 1, происходит перегрев газообразного углекислого газа CO₂ 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 condensation of the heating selection steam in the upper network heater 10 of the steam turbine 1, the gaseous carbon dioxide CO ₂ 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 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 углекислый газ CO₂ сжимают в конденсатном насосе 9 и направляют на подогрев в конденсатор 2 паровой турбины.After the condenser 8 of water 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.

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 through a heating medium to the upper and lower network heaters, which are interconnected by a heated environment, characterized in that it introduced a heat engine with a closed circulation loop, operating on the organic Rankine cycle, while the closed loop heat circulation The fishing engine is made in the form of a circuit with a low-boiling working fluid containing a turboexpander with an electric generator, a water-cooled condenser and a condensate pump, the output of the condensate pump being connected via a heated medium to the condenser input of a steam turbine, the output of which is connected via a heated medium to the input of the lower network heater and the output of the upper network heater 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 .