RU140802U1

RU140802U1 - HEAT ELECTRIC STATION

Info

Publication number: RU140802U1
Application number: RU2013153852/06U
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, основной электрогенератор, соединенный с паровой турбиной, а также систему маслоснабжения подшипников паровой турбины, содержащую последовательно соединенные по греющей среде сливной трубопровод, маслобак, маслонасос и маслоохладитель, выход которого по нагреваемой среде соединен с напорным трубопроводом, 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 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 маслоохладителя, выход маслоохладителя 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, a main electric generator connected to a steam turbine, and a steam turbine bearing oil supply system containing a drain pipe, an oil tank, an oil pump, connected in series through a heating medium and an oil cooler, the outlet of which is connected via a heated medium to a pressure pipe, characterized in that a heat engine with a lock is inserted into it a closed circulation circuit operating on the organic Rankine cycle, the closed circulation circuit of the heat engine being made in the form of a circuit with a low boiling fluid containing a turboexpander with an electric generator in series, a water and air cooling condenser, a condensate pump, and the output of the condensate pump is connected via a heated medium with the inlet of the condenser of the steam turbine, the output of which is connected via a heated medium to the inlet of the oil cooler, the output of the oil cooler is connected by heating medium with turbine expander inlet, 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 системы маслоснабжения подшипников 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 utilization of low-grade heat of the oil supply system of steam turbine bearings.

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, конденсатор теплонасосной установки по нагреваемой среде включен в подающий трубопровод сетевой воды после сетевых подогревателей, а также систему маслоснабжения подшипников паровой турбины, содержащую последовательно соединенные по греющей среде сливной трубопровод, маслобак, маслонасос и маслоохладитель, выход которого по нагреваемой среде соединен с напорным трубопроводом (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, heat pump installation, the evaporator of which is connected via heating medium to a drainage pipe of circulating water, The heat pump installation ator is connected to the heating water supply pipe after the network heaters, as well as to the steam turbine bearing oil supply system, which contains a drain pipe, an oil tank, an oil pump and an oil cooler connected in series through the heating medium, the outlet of which is connected to the pressure pipe through the heated medium (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), а также отсутствия утилизации низкопотенциальной теплоты системы маслоснабжения подшипников паровой турбины, для дополнительной выработки электроэнергии.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), as well as the lack of utilization of low-grade heat of the oil supply system steam turbine bearings for additional power generation.

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.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 системы маслоснабжения подшипников 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 waste low-grade heat and utilization of low-grade heat from the oil supply system of steam turbine bearings for additional generation of electric energy, increase the service 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, основной электрогенератор, соединенный с паровой турбиной, а также систему маслоснабжения подшипников паровой турбины, содержащую последовательно соединенные по греющей среде сливной трубопровод, маслобак, маслонасос и маслоохладитель, выход которого по нагреваемой среде соединен с напорным трубопроводом, 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 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 маслоохладителя, выход маслоохладителя 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, a main electric generator connected to a steam turbine, and also an oil supply system for bearings of a steam turbine containing a drain oil connected in series through a heating medium pipeline, oil tank, oil pump and oil cooler, the outlet of which is connected via a heated medium to a pressure pipe, according to the present of a useful model, a heat engine with a closed circulation loop, operating according to the organic Rankine cycle, was introduced, while the closed loop of the heat engine circulation is made in the form of a loop with a low boiling fluid containing a turboexpander with an electric generator in series, a water and air cooling condenser, a condensate pump, moreover, the output of the condensate pump is connected via a heated medium to the inlet of a steam turbine condenser, the output of which is connected through a heated medium to an oil inlet cooler, the oil cooler outlet is connected by a heating medium entering the turboexpander, thus 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 системы маслоснабжения подшипников паровой турбины, которые осуществляют путем последовательного нагрева, соответственно, в конденсаторе паровой турбины и маслоохладителе, 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 the oil supply system of steam turbine bearings, which are carried out by sequential heating, respectively, in a steam turbine condenser and oil cooler, a low-boiling working fluid (liquefied carbon dioxide CO ₂ ) a closed-loop heat engine operating on the organic Rankine cycle.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена предлагаемая тепловая электрическая станция, имеющая тепловой двигатель с водяным и воздушным охлаждением.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.

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 - система маслоснабжения подшипников паровой турбины,10 - oil supply system of bearings of a steam turbine,

11 - сливной трубопровод,11 - drain pipe

12 - маслобак,12 - oil tank

13 - маслонасос,13 - oil pump

14 - маслоохладитель,14 - oil cooler

15 - напорный трубопровод.15 - pressure pipe.

Тепловая электрическая станция включает последовательно соединенные паровую турбину 1, конденсатор 2 паровой турбины и конденсатный насос 3 конденсатора паровой турбины, основной электрогенератор 4, соединенный с паровой турбиной 1, а также систему 10 маслоснабжения подшипников паровой турбины, содержащую последовательно соединенные по греющей среде сливной трубопровод 11, маслобак 12, маслонасос 13 и маслоохладитель 14, выход которого по нагреваемой среде соединен с напорным трубопроводом 15.The thermal power plant includes a steam turbine 1 connected in series, a steam turbine condenser 2 and a steam turbine condenser pump 3, a main electric generator 4 connected to the steam turbine 1, and a steam turbine bearing oil supply system 10 comprising a drain pipe 11 connected in series through a heating medium , an oil tank 12, an oil pump 13 and an oil cooler 14, the outlet of which is connected to a pressure pipe 15 via 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 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 маслоохладителя 14, выход маслоохладителя 14 соединен по нагреваемой среде с входом турбодетандера 6, образуя замкнутый контур охлаждения.The closed circulation circuit 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 and air cooling condenser 8, a condensate pump 9, the output of the condensate pump 9 being connected via a heated medium to the input of the steam turbine condenser 2 the output of which is connected via a heated medium to the inlet of the oil cooler 14, the output of the oil cooler 14 is connected through a heated medium to the inlet of the turbo expander 6, forming a closed cooling circuit REPRESENTATIONS.

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 низкопотенциальной тепловой энергии системы маслоснабжения подшипников паровой турбины 1, 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 low-potential thermal energy of the oil supply system of bearings of the steam turbine 1 into mechanical and, further, into electrical 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 K 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 маслоохладитель 14. В маслоохладителе 14 циркулирует масло, нагретое в подшипниках паровой турбины 1, с температурой в интервале от 318,15 K до 348,15 K. В процессе теплообмена масла с углекислым газом CO₂ происходит перегрев углекислого газа CO₂ до температуры в интервале от 308,15 K до 333,15 K. После маслоохладителя 14 перегретый углекислый газ CO₂, направляют в турбодетандер 6.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 to the oil cooler 14 for overheating. The oil cooler 14 circulates oil, heated in the bearings of the steam turbine 1, at a temperature in the range of 318,15 K to 348,15 K. The process oil heat exchange with carbon dioxide CO ₂ occurs carbon dioxide CO ₂ overheated to a temperature ranging from 333 to 308,15 K , 15 K. After oil cooler 14 is overheated th carbon dioxide CO ₂ is fed into the turbo 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 K 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 transmitted 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 K до 283,15 K и воздухом окружающей среды в температурном диапазоне от 223,15 K до 283,15 K.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, a main electric generator connected to a steam turbine, and a steam turbine bearing oil supply system containing a drain pipe, an oil tank, an oil pump, connected in series through a heating medium and an oil cooler, the outlet of which is connected via a heated medium to a pressure pipe, characterized in that a heat engine with a lock is inserted into it a closed circulation circuit operating on the organic Rankine cycle, the closed circulation circuit of the heat engine being made in the form of a circuit with a low boiling fluid containing a turboexpander with an electric generator in series, a water and air cooling condenser, a condensate pump, and the output of the condensate pump is connected via a heated medium with the inlet of the condenser of the steam turbine, the output of which is connected via a heated medium to the inlet of the oil cooler, the output of the oil cooler is connected by heating medium with 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 .