RU140801U1

RU140801U1 - HEAT ELECTRIC STATION

Info

Publication number: RU140801U1
Application number: RU2013154226/06U
Authority: RU
Inventors: Айрат Маратович Гафуров
Priority date: 2013-12-05
Filing date: 2013-12-05
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, 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 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 конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара, выход конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара соединен по нагреваемой среде 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 эле1. Thermal power plant, including a series-connected steam turbine, a steam turbine condenser and a condensate pump of a steam turbine condenser, as well as a main electric generator connected to a steam turbine, characterized in that an organic cycle closed loop heat engine is introduced into it Rankine, and a condensing unit containing a series-connected steam turbine with production steam extraction, having an electric generator, a steam turbine condenser steam production and a condenser pump of a steam turbine condenser with production steam extraction, while the closed circulation circuit of the heat engine is made in the form of a circuit with a low boiling fluid containing a turboexpander with an electric generator, a heat exchanger-recuperator, a water cooling condenser and a condensate pump, and the output the condensate pump is connected through a heated medium to the inlet of a heat exchanger-recuperator, which is connected through a heated medium to the input of a condenser of a steam turbine, the output of which is connected via a heated medium to the input of a steam turbine condenser with production steam extraction, the output of a condenser of a steam turbine and production steam extraction is connected via a heated medium to the input of a turboexpander, the output of which is connected via a heating medium to a heat exchanger-recuperator, the output of a heat exchanger-recuperator is connected via a heating environment 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 ele

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 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 and for utilization of high-grade heat of production steam.

Прототипом является тепловая электрическая станция, содержащая подающий и обратный трубопроводы сетевой воды, паровую турбину с отопительными отборами пара и конденсатором, к которому подключены напорный и сливной трубопроводы циркуляционной воды, сетевые подогреватели, включенные по нагреваемой среде между подающим и обратным трубопроводами сетевой воды и подключенные по греющей среде к отопительным отборам, теплонасосную установку, испаритель которой подключен по греющей среде к сливному трубопроводу циркуляционной воды, при этом конденсатор теплонасосной установки по нагреваемой среде включен в подающий трубопровод сетевой воды после сетевых подогревателей (патент RU №2268372, МПК F01K 17/02, 20.01.2006).The prototype is a thermal power plant containing a supply and return piping of network water, a steam turbine with heating steam extraction and a condenser, to which pressure and drain pipelines of circulation water are connected, network heaters connected through a heated medium between the supply and return pipelines of network water and connected through heating medium to heating taps, a heat pump installation, the evaporator of which is connected via heating medium to a drainage pipe of circulating water, while m the condenser of the heat pump installation for the heated medium is included in the supply pipe of the network water after the network heaters (patent RU No. 2268372, IPC F01K 17/02, 01/20/2006).

Основным недостатком прототипа является относительно низкий коэффициент полезного действия ТЭС по выработке электрической энергии из-за отсутствия полной утилизации сбросной скрытой теплоты парообразования в конденсаторе паровой турбины для дополнительной выработки электроэнергии, обусловленную наличием вторичного контура (теплонасосной установки). Кроме этого, недостатком является низкий ресурс и надежность работы конденсатора паровой турбины из-за использования технической (циркуляционной) воды, которая загрязняет конденсатор паровой турбины. Из-за повышенных тепловых выбросов циркуляционной воды в водоем-охладитель нарушается его экосистема.The main disadvantage of the prototype is the relatively low efficiency of TPPs for generating electric energy due to the lack of complete utilization of the latent heat of vaporization in the steam turbine condenser for additional power generation due to the presence of a secondary circuit (heat pump installation). In addition, the disadvantage is the low resource and reliability of the condenser of the steam turbine due to the use of technical (circulating) water, which pollutes the condenser of the steam turbine. Due to the increased thermal emissions of the 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 для дополнительной выработки электрической энергии, повышение ресурса и надежности работы конденсатора паровой турбины и снижение тепловых выбросов в окружающую среду.The objective of the utility model is to increase the efficiency of TPPs due to the full use of low-grade waste heat for additional generation of electric energy, increase the resource and reliability of the steam turbine condenser, and reduce thermal emissions into the environment.

Технический результат достигается тем, что в тепловую электрическую станцию, включающую последовательно соединенные паровую турбину, конденсатор паровой турбины и конденсатный насос конденсатора паровой турбины, а также основной электрогенератор, соединенный с паровой турбиной, согласно настоящей полезной модели, 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 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 конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара, выход конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара соединен по нагреваемой среде 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.The technical result is achieved by the fact that in a thermal power station, including a series-connected steam turbine, a condenser of a steam turbine and a condensate pump of a condenser of a steam turbine, as well as a main electric generator connected to a steam turbine, according to the present utility model, a closed-loop heat engine is introduced, working on the organic Rankine cycle, and a condensing unit containing a series-connected steam turbine with production steam extraction, having an electric generator, a steam turbine condenser with production steam extraction and a condensate pump of a steam turbine condenser with production steam extraction, the closed circuit of the heat engine circulating in the form of a circuit with a low boiling fluid containing a turboexpander with an electric generator, a heat exchanger-recuperator, a water cooling condenser and a condensate pump, the output of the condensate pump being connected via a heated medium to the inlet of a heat exchanger-recuperator, which is connected by heating the medium to be extracted with the input of the steam turbine condenser, the output of which is connected via a heated medium to the input of the steam turbine condenser with production steam extraction, the output of the condenser of the steam turbine with production steam extraction is connected via the heated medium to the input of the turbine expander, the output of which is connected to the heat exchanger-recuperator through the heating medium , 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 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) и утилизации высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора из паровой турбины с производственным отбором пара, которые осуществляют путем последовательного нагрева, соответственно, в конденсаторе паровой турбины 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 potential heat (latent heat of vaporization) and the utilization of high potential heat of production steam from a steam turbine with production steam extraction, which are carried out by sequential heating, respectively, in the condenser of the steam turbine and the condenser of the steam turbine with productive steam extraction, low boiling working fluid (liquefied propane c ₃ H ₈₎ of the heat engine with closed-loop circus yatsii working on organic Rankine cycle.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена предлагаемая тепловая электрическая станция, имеющая тепловой двигатель с водяным охлаждением и теплообменником-рекуператором, и конденсационную установку.The essence of the utility model is illustrated in the drawing, which shows the proposed thermal power plant having a heat engine with water cooling and a heat exchanger-recuperator, 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 водяного охлаждения,8 - condenser water cooling

9 - конденсатный насос,9 - condensate pump,

10 - конденсационная установка,10 - condensation installation,

11 - паровая турбина с производственным отбором пара,11 - steam turbine with production steam extraction,

12 - электрогенератор паровой турбины с производственным отбором пара,12 - electric generator of a steam turbine with production steam extraction,

13 - конденсатор паровой турбины с производственным отбором пара,13 is a condenser of a steam turbine with production steam extraction,

14 - конденсатный насос конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара,14 - condensate pump of a condenser of a steam turbine with production steam extraction,

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.The thermal power station includes a steam turbine 1 connected in series, a steam turbine condenser 2 and a steam turbine condenser pump 3, as well as a main electric generator 4 connected to the steam turbine 1.

Отличием предлагаемой тепловой электрической станции является то, что в нее введены тепловой двигатель 5 с замкнутым контуром циркуляции, работающий по органическому циклу Ренкина, и конденсационная установка 10. Конденсационная установка 10 содержит последовательно соединенные паровую турбину 11 с производственным отбором пара, имеющую электрогенератор 12, конденсатор 13 паровой турбины с производственным отбором пара и конденсатный насос 14 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 10. The condensing unit 10 contains a steam turbine 11 connected in series with a production steam extraction having an electric generator 12, a condenser 13 steam turbines with production steam extraction and condensate pump 14 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 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 конденсатора 13 паровой турбины с производственным отбором пара, выход конденсатора 13 паровой турбины с производственным отбором пара соединен по нагреваемой среде 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.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 via a heated medium to the input of a condenser 2 of a steam turbine, the output of which is connected by a heated medium to the input of a condenser 13 of a steam turbine with production steam extraction a, the output of the condenser 13 of a steam turbine with production steam extraction is connected via a heated medium to the input of a turboexpander 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 along the heated medium with the inlet of the condensate pump 9, 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, и высокопотенциальной тепловой энергии пара производственного отбора из паровой турбины 11, 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 в конденсатор 2 паровой турбины, куда поступает отработавший в турбине 1 пар.The conversion of waste low-potential heat energy spent in the steam turbine 1 steam and high-potential heat energy of production steam from the steam turbine 11 into mechanical and, further, into electric energy takes place in a closed loop 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 to a condenser 2 of a steam turbine, where 1 steam spent in the turbine enters.

В процессе конденсации отработавшего в турбине 1 пара, происходит нагрев сжиженного пропана C₃H₈ в пределах критической температуры в интервале от 300 К до 369,89 К при сверхкритическом давлении от 4,2512 МПа до 8 МПа, и далее его направляют на подогрев и испарение в конденсатор 13 паровой турбины с производственным отбором пара, куда поступает пар производственного отбора из паровой турбины 11 при температуре около 573 К.In the process of condensation of 1 steam spent in the turbine, liquefied propane C ₃ H ₈ is heated within the critical temperature range from 300 K to 369.89 K at supercritical pressure from 4.2512 MPa to 8 MPa, and then it is sent for heating and evaporation into the condenser 13 of the steam turbine with production steam extraction, where the production steam from the steam turbine 11 is supplied at a temperature of about 573 K.

Пар, поступающий из производственного отбора паровой турбины 11 в паровое пространство конденсатора 13, конденсируется на поверхности конденсаторных трубок, внутри которых протекает охлаждающая жидкость (сжиженный пропан C₃H₈). Мощность паровой турбины 11 передается соединенному на одном валу основному электрогенератору 12.The steam coming from the production selection of the steam turbine 11 into the steam space of the condenser 13 condenses on the surface of the condenser tubes, inside which coolant flows (liquefied propane C ₃ H ₈ ). The power of the steam turbine 11 is transmitted to the main generator 12 connected to one shaft.

Конденсация пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования, которая отводится при помощи охлаждающей жидкости. Образующийся конденсат с помощью конденсатного насоса 14 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 14 of a steam turbine condenser with production steam extraction is sent to a regeneration system.

В процессе конденсации пара производственного отбора в конденсаторе 13 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 8 МПа, который направляют в турбодетандер 6.In the process of condensing production steam in the condenser 13 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 8 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, 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 в конденсатор 2 паровой турбины.After the condenser 8 of water cooling in a liquefied state, propane C ₃ H _{8 is} compressed in a condensate pump 9 and sent for heating to a heat exchanger-recuperator 15, and then for heating to a condenser 2 of a steam turbine.

Использование конденсационной установки 10 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 10 makes it possible to increase the initial parameters of the low-boiling working fluid of a heat engine with a closed circulation circuit to supercritical parameters, which leads to an increase in heat transfer on the turbine expander 6 and, as a result, an increase in the efficiency of TPPs for generating electric energy.

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 plant, including a series-connected steam turbine, a steam turbine condenser and a condensate pump of a steam turbine condenser, as well as a main electric generator connected to a steam turbine, characterized in that an organic cycle closed loop heat engine is introduced into it Rankine, and a condensing unit containing a series-connected steam turbine with production steam extraction, having an electric generator, a steam turbine condenser steam production and a condenser pump of a steam turbine condenser with production steam extraction, while the closed circulation circuit of the heat engine is made in the form of a circuit with a low boiling fluid containing a turboexpander with an electric generator, a heat exchanger-recuperator, a water cooling condenser and a condensate pump, and the output the condensate pump is connected through a heated medium to the inlet of a heat exchanger-recuperator, which is connected through a heated medium to the input of a condenser of a steam turbine, the output of which is connected via a heated medium to the input of a steam turbine condenser with production steam extraction, the output of a condenser of a steam turbine and production steam extraction is connected via a heated medium to the input of a turboexpander, the output of which is connected via a heating medium to a heat exchanger-recuperator, the output of a heat exchanger-recuperator is connected via a 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 according to claim 1, characterized in that as a low-boiling working fluid use liquefied propane C ₃ H ₈ .