RU140800U1

RU140800U1 - HEAT ELECTRIC STATION

Info

Publication number: RU140800U1
Application number: RU2013153831/06U
Authority: RU
Inventors: Айрат Маратович Гафуров
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2014-05-20

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 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 воздушного 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 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 рабоч�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 medium, characterized in that it introduced a heat engine with a closed circulation loop, operating on the organic Rankine cycle, and a condensation installation containing a steam turbine with production steam extraction connected in series with an electric generator, a steam turbine condenser with production steam and a condenser pump of a steam turbine condenser with production steam, the closed circuit of the heat engine circulating in the form of a circuit with a low boiling fluid containing a turbine expander in series with an electric generator, an air-cooled condenser and a condensate pump, the output of the condensate pump being connected about the heated medium with the input of the steam turbine condenser, the output of which is connected via the heated medium to the input of the lower network heater, and the output of the upper network heater is connected with the input of the condenser of the steam turbine with steam production, the output of the condenser of the steam turbine with production steam is connected a heated medium with 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�

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, утилизации низкопотенциальной теплоты пара отопительных отборов из паровой турбины 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, utilization of low-grade heat of steam from heating taps from a steam turbine, and utilization of high-potential heat of steam from production taps.

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, 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 воздушного 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 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 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-loop heat engine operating on an organic circuit has been introduced Clu Rankin, and a condensing unit comprising a steam turbine with production steam extraction connected in series, having an electric generator, a steam turbine condenser with production steam extraction and a condenser 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 low-boiling working fluid containing a turboexpander in series connected to an electric generator, air-cooled condenser and condensate the second pump, the condensate pump output being connected via a heated medium to the steam turbine condenser input, the output of which is connected via a heated medium to the lower network heater input, and the upper network heater output is connected via a heated medium to the condenser input of a steam turbine with steam production, condenser output a steam turbine with production steam extraction is connected through a heated medium to the inlet of the turboexpander, forming a closed cooling circuit.

В качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный пропан C₃H₈.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), утилизации низкопотенциальной теплоты пара отопительных отборов из паровой турбины и утилизации высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора из турбины с производственным отбором пара, которые осуществляют путем последовательного нагрева, соответственно, в конденсаторе паровой турбины, в сетевых подогревателях и конденсаторе паровой турбины с производственным отбором пара, 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), the utilization of low-grade heat of steam from heating taps from a steam turbine, and the utilization of high-grade heat of steam of production taps from a turbine with production tapping of steam, which is carried out by sequential heating, respectively, in a steam turbine condenser, in network heaters and a steam turbine condenser with steam extraction , Low boiling working fluid (liquefied propane C ₃ H ₈₎ of the heat engine with closed-loop circulation operation in the organic Rankine cycle.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена предлагаемая тепловая электрическая станция, имеющая тепловой двигатель с воздушным охлаждением, сетевые подогреватели и конденсационную установку.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, which shows the proposed thermal power plant having an air-cooled heat engine, network heaters and 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 воздушного охлаждения,8 - air-cooled condenser,

9 - конденсатный насос,9 - condensate pump,

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

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

12 - конденсационная установка,12 - condensation installation

13 - паровая турбина с производственным отбором пара,13 - steam turbine with production steam extraction,

14 - электрогенератор паровой турбины с производственным отбором пара,14 - electric generator of a steam turbine with production steam extraction,

15 - конденсатор паровой турбины с производственным отбором пара,15 is a condenser of a steam turbine with production steam extraction,

16 - конденсатный насос конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара.16 - 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, 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 введены тепловой двигатель 5 с замкнутым контуром циркуляции, работающий по органическому циклу Ренкина, и конденсационная установка 12. Конденсационная установка 12 содержит последовательно соединенные паровую турбину 13 с производственным отбором пара, имеющую электрогенератор 14, конденсатор 15 паровой турбины с производственным отбором пара и конденсатный насос 16 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 12. The condensing unit 12 contains a steam turbine 13 connected in series with a production steam extraction having an electric generator 14, a condenser 15 steam turbines with production steam extraction and condensate pump 16 of the condenser of a steam turbine with production steam extraction.

Замкнутый контур циркуляции теплового двигателя 5 выполнен в виде контура с низкокипящим рабочим телом, содержащим последовательно соединенные турбодетандер 6 с электрогенератором 7, конденсатор 8 воздушного 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 конденсатора 15 паровой турбины с производственным отбором пара, выход конденсатора 15 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 5 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, an air-cooled condenser 8 and a condensate pump 9, the output of the condensate pump 9 being connected via a heated medium to the condenser input 2 of the steam turbine, the 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 steam condenser 15 turbines with production steam extraction, the output of the condenser 15 of the steam turbine with production steam extraction is connected via a heated medium to the inlet of the turboexpander 6, forming a closed cooling circuit.

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, а также низкопотенциальной тепловой энергии пара отопительных отборов из паровой турбины 1 и высокопотенциальной тепловой энергии пара производственного отбора из паровой турбины 13, 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 последовательно направляют на подогрев в начале в конденсатор 2 паровой турбины, куда поступает отработавший в турбине 1 пар, а затем в нижний сетевой подогреватель 11, куда поступает пар отопительного отбора из паровой турбины 1 при температуре около 365 К и в верхний сетевой подогреватель 10, куда поступает пар отопительного отбора из паровой турбины 1 при температуре около 400 К.The conversion of waste low-potential thermal energy spent in the turbine 1 steam, as well as low-potential thermal energy of the steam of heating taps from the steam turbine 1 and high-potential thermal energy of the steam of production tapping from the steam turbine 13, into mechanical and, further, into electric energy occurs in a closed loop of heat engine 5, working on the organic Rankine cycle. The whole process begins with the compression in the condensate pump 9 of liquefied propane C ₃ H ₈ , which is subsequently directed for heating at the beginning to the condenser 2 of the steam turbine, where the steam spent in the turbine 1 enters, and then to the lower network heater 11, where the heating selection steam enters from a steam turbine 1 at a temperature of about 365 K and into the upper network heater 10, where heating steam from a steam turbine 1 at a temperature of about 400 K.

В процессе конденсации отработавшего в турбине 1 пара в конденсаторе 2 паровой турбины, а также в процессе конденсации пара отопительных отборов в нижнем сетевом подогревателе 11 и в верхнем сетевом подогревателе 10 паровой турбины 1, происходит нагрев сжиженного пропана C₃H₈ до критической температуры 369,89 К при сверхкритическом давлении от 4,2512 МПа до 13 МПа, и далее его направляют на подогрев и испарение в конденсатор 15 паровой турбины с производственным отбором пара, куда поступает пар производственного отбора из паровой турбины 13 при температуре около 573 К.In the process of condensation of the steam spent in the turbine 1 in the condenser 2 of the steam turbine, as well as in the process of condensation of the steam of the heating taps in the lower network heater 11 and in the upper network heater 10 of the steam turbine 1, the liquefied propane C ₃ H ₈ is heated to a critical temperature of 369, 89 K at supercritical pressure from 4.2512 MPa to 13 MPa, and then it is sent for heating and evaporation into the condenser 15 of the steam turbine with production steam extraction, where the production steam from the steam turbine 13 is supplied at ture of about 573 K.

Пар, поступающий из производственного отбора паровой турбины 13 в паровое пространство конденсатора 15, конденсируется на поверхности конденсаторных трубок, внутри которых протекает охлаждающая жидкость (сжиженный пропан C₃H₈). Мощность паровой турбины 13 передается соединенному на одном валу основному электрогенератору 14.The steam coming from the production selection of the steam turbine 13 into the steam space of the condenser 15 condenses on the surface of the condenser tubes, inside which coolant flows (liquefied propane C ₃ H ₈ ). The power of the steam turbine 13 is transmitted to the main electric generator 14 connected to one shaft.

Конденсация пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования, которая отводится при помощи охлаждающей жидкости. Образующийся конденсат с помощью конденсатного насоса 16 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 16 of a steam turbine condenser with production steam extraction is sent to a regeneration system.

В процессе конденсации пара производственного отбора в конденсаторе 15 паровой турбины, происходит испарение сжиженного пропана C₃H₈ и дальнейший его перегрев до сверхкритической температуры от 369,89 К до 420 К при сверхкритическом давлении от 4,2512 МПа до 13 МПа, который направляют в турбодетандер 6.In the process of condensation of production steam in the condenser 15 of the steam turbine, the liquefied propane C ₃ H ₈ evaporates and then overheats to a supercritical temperature of 369.89 K to 420 K at a supercritical pressure of 4.2512 MPa to 13 MPa, which is sent to turbo 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 имеет температуру около 288 К с влажностью не превышающей 12%.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 has a temperature of about 288 K with a humidity not exceeding 12%.

Далее его температуру снижают и сжижают в конденсаторе 8 воздушного охлаждения, охлаждаемого воздухом окружающей среды в температурном диапазоне от 223,15 К до 283,15 К.Further, its temperature is reduced and liquefied in an air-cooled condenser 8 cooled by ambient air in the temperature range from 223.15 K to 283.15 K.

После конденсатора 8 воздушного охлаждения в сжиженном состоянии пропан C₃H₈ сжимают в конденсатном насосе 9 и направляют на подогрев в конденсатор 2 паровой турбины.After the condenser 8 of air cooling in a liquefied state, propane C ₃ H _{8 is} compressed in the condensate pump 9 and sent for heating to the condenser 2 of the steam turbine.

Использование конденсационной установки 12 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 12 makes it possible to increase the initial parameters of the low-boiling working fluid of a heat engine with a closed circulation loop to supercritical parameters, which leads to an increase in heat drop on the turbine expander 6 and, as a result, an increase in the efficiency of TPPs for generating electric energy.

Для решения проблемы излишнего потребления пресной воды настоящая полезная модель позволяет осуществить воздушное охлаждение теплового двигателя 5.To solve the problem of excessive freshwater consumption, this utility model allows air cooling of a heat engine 5.

Применение конденсатора 8 воздушного охлаждения позволяет его эксплуатировать в условиях холодного климата со средней температурой воздуха в наиболее холодный период не ниже 218 К. Конденсатор 8 воздушного охлаждения имеет более длительный срок службы по сравнению с конденсатором водяного охлаждения из-за меньшего загрязнения и коррозии наружной поверхности теплообмена.The use of air-cooled condenser 8 allows it to be operated in cold climates with an average air temperature in the coldest period of at least 218 K. The air-cooled condenser 8 has a longer service life compared to a water-cooled condenser due to less pollution and corrosion of the outer heat exchange surface .

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 medium, characterized in that it introduced a heat engine with a closed circulation loop, operating on the organic Rankine cycle, and a condensation installation containing a steam turbine with production steam extraction connected in series with an electric generator, a steam turbine condenser with production steam and a condenser pump of a steam turbine condenser with production steam, the closed circuit of the heat engine circulating in the form of a circuit with a low boiling fluid containing a turbine expander in series with an electric generator, an air-cooled condenser and a condensate pump, the output of the condensate pump being connected about the heated medium with the input of the steam turbine condenser, the output of which is connected via the heated medium to the input of the lower network heater, and the output of the upper network heater is connected to the input of the condenser of the steam turbine with steam production, the output of the steam turbine condenser with production steam is connected a heated medium with 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 propane C ₃ H ₈ .