RU144946U1

RU144946U1 - HEAT ELECTRIC STATION

Info

Publication number: RU144946U1
Application number: RU2014113119/06U
Authority: RU
Inventors: Айрат Маратович Гафуров
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2014-04-03
Publication date: 2014-09-10

Abstract

1. Тепловая электрическая станция, включающая последовательно соединенные паровую турбину, конденсатор паровой турбины и конденсатный насос конденсатора паровой турбины, а также основной электрогенератор, соединенный с паровой турбиной, которая соединена по греющей среде с верхним и нижним сетевыми подогревателями, включенными по нагреваемой среде между подающим и обратным трубопроводами сетевой воды, и теплообменник-испаритель, включенный по нагреваемой среде в обратный трубопровод сетевой воды перед нижним сетевым подогревателем, 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 теплообменника-испарителя, выход которого 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 via a heating medium to the upper and lower network heaters connected via a heated medium between the supply and by return pipelines of the network water, and a heat exchanger-evaporator, connected via a heated medium to the return pipeline of network water in front of the lower network heater, characterized in that a heat engine with a closed circulation loop operating according to the organic Rankine cycle is introduced into it, while the closed loop of the heat engine circulation is made in the form of a loop with a low boiling fluid containing in series a turbo expander with an electric generator, a condenser of water and air cooling, condensate a pump, the outlet of the condensate pump being connected via a heated medium to the input of a heat exchanger-evaporator, the output of which is connected via a heated medium to an input turboexpander, forming a closed cooling circuit. 2. The thermal power plant according to claim 1, characterized in that liquefied carbon dioxide CO is used as a low-boiling working fluid.

Description

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована на тепловых электрических станциях (ТЭС) при утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды для дополнительной выработки электрической энергии.The utility model relates to the field of energy and can be used at thermal power plants (TPPs) for utilization of excess low-grade heat of return network water for additional generation of electric energy.

Прототипом является тепловая электрическая станция, содержащая теплофикационную турбину с отопительными отборами пара, подающий и обратный трубопроводы теплосети, сетевые подогреватели, включенные по нагреваемой среде между подающим и обратным трубопроводами теплосети и подключенные по греющей среде к отопительным отборам, теплонасосную установку с испарителем, включенным в обратный трубопровод теплосети, и конденсатором, при этом конденсатор теплонасосной установки включен в подающий трубопровод теплосети после сетевых подогревателей (патент RU №2269014, МПК F01K 17/02, 27.01.2006).The prototype is a thermal power plant containing a cogeneration turbine with heating steam extraction, supply and return pipelines of the heating network, network heaters connected via a heated medium between the supply and return pipelines of the heating network and connected via heating medium to the heating selection, heat pump installation with an evaporator included in the return the heating pipeline, and a condenser, while the condenser of the heat pump installation is included in the supply pipe of the heating network after heating ateliers (patent RU No. 2269014, IPC F01K 17/02, 01/27/2006).

Основным недостатком прототипа является то, что утилизацию избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды осуществляют в целях выработки дополнительной тепловой энергии, а не для дополнительной выработки электрической энергии.The main disadvantage of the prototype is that the disposal of excess low potential heat return network water is carried out in order to generate additional thermal energy, and not for additional generation of electrical energy.

Кроме этого, недостатком прототипа является относительно низкий коэффициент полезного действия ТЭС по выработке электрической энергии, обусловленный затратами электрической мощности на привод теплонасосной установки.In addition, the disadvantage of the prototype is the relatively low efficiency of thermal power plants for the generation of electric energy, due to the cost of electric power to drive the heat pump installation.

Задачей полезной модели является повышение коэффициента полезного действия ТЭС за счет утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды для дополнительной выработки электрической энергии.The objective of the utility model is to increase the efficiency of TPPs by utilizing the excess low-grade heat of the return network water for additional generation of electric energy.

Технический результат достигается тем, что в тепловую электрическую станцию, включающую последовательно соединенные паровую турбину, конденсатор паровой турбины и конденсатный насос конденсатора паровой турбины, а также основной электрогенератор, соединенный с паровой турбиной, которая соединена по греющей среде с верхним и нижним сетевыми подогревателями, включенными по нагреваемой среде между подающим и обратным трубопроводами сетевой воды, и теплообменник-испаритель, включенный по нагреваемой среде в обратный трубопровод сетевой воды перед нижним сетевым подогревателем, 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 теплообменника-испарителя, выход которого 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 including a series-connected steam turbine, a steam turbine condenser and a condensate pump of a steam turbine condenser, as well as a main electric generator connected to a steam turbine, which is connected via heating medium to the upper and lower network heaters included on the heated medium between the supply and return pipelines of the network water, and the heat exchanger-evaporator, included on the heated medium in the return pipeline of water in front of the lower network heater, according to the present utility model, a closed-circuit heat engine has been introduced operating on the organic Rankine cycle, while the closed loop of the heat engine circulation is made in the form of a circuit with a low boiling fluid containing a turboexpander with a generator in series, a condenser water and air cooling, a condensate pump, and the output of the condensate pump is connected via a heated medium to the input of the heat exchanger-evaporator, in the course of which 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 утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды для дополнительной выработки электрической энергии, которую осуществляют путем нагрева в теплообменнике-испарителе низкокипящего рабочего тела (сжиженного углекислого газа CO₂) теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина.Thus, the technical result is achieved by utilizing the excess low-potential heat of the return network water to additionally generate electric energy, which is carried out by heating in a heat exchanger-evaporator a low-boiling working fluid (liquefied carbon dioxide CO ₂ ) of a closed-loop heat engine operating in an organic cycle Rankine.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена предлагаемая тепловая электрическая станция, имеющая тепловой двигатель с водяным и воздушным охлаждением, теплообменник-испаритель.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, which shows the proposed thermal power plant having a heat engine with water and air cooling, a heat exchanger-evaporator.

На чертеже цифрами обозначены:In the drawing, the numbers indicate:

1 - паровая турбина,1 - steam turbine,

2 - конденсатор паровой турбины,2 - condenser of a steam turbine,

3 - конденсатный насос конденсатора паровой турбины,3 - condensate pump condenser of a steam turbine,

4 - основной электрогенератор,4 - the main generator

5 - тепловой двигатель с замкнутым контуром циркуляции,5 - heat engine with a closed circuit,

6 - турбодетандер,6 - turboexpander,

7 - электрогенератор,7 - electric generator,

8 - конденсатор водяного и воздушного охлаждения,8 - condenser water and air cooling,

9 - конденсатный насос,9 - condensate pump,

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

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

12 - подающий трубопровод сетевой воды,12 - supply pipe network water,

13 - обратный трубопровод сетевой воды,13 - return pipe network water,

14 - теплообменник-испаритель.14 - heat exchanger-evaporator.

Тепловая электрическая станция включает последовательно соединенные паровую турбину 1, конденсатор 2 паровой турбины и конденсатный насос 3 конденсатора паровой турбины, а также основной электрогенератор 4, соединенный с паровой турбиной 1, которая соединена по греющей среде с верхним 10 и нижним 11 сетевыми подогревателями, включенными по нагреваемой среде между подающим 12 и обратным 13 трубопроводами сетевой воды, и теплообменник-испаритель 14, включенный по нагреваемой среде в обратный трубопровод 13 сетевой воды перед нижним сетевым подогревателем 11.The thermal power plant includes a series-connected steam turbine 1, a steam turbine condenser 2 and a condenser pump 3 of the steam turbine condenser, as well as a main electric generator 4 connected to the steam turbine 1, which is connected via heating medium to the upper 10 and lower 11 network heaters connected via the heated medium between the supply 12 and the return 13 pipelines of network water, and the heat exchanger-evaporator 14 connected through the heated medium to the return pipeline 13 of the network water in front of the lower network bottom revatelem 11.

Отличием предлагаемой тепловой электрической станции является то, что в нее введен тепловой двигатель 5 с замкнутым контуром циркуляции, работающий по органическому циклу Ренкина. 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 теплообменника-испарителя 14, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом турбодетандера 6, образуя замкнутый контур охлаждения.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. 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 heat exchanger-evaporator 14 the output of which is connected via a heated medium to the inlet of the turboexpander 6, forming a closed cooling circuit.

Конденсатор 8 водяного и воздушного охлаждения состоит из конденсатора водяного охлаждения и конденсатора воздушного охлаждения (на чертеже условно не показаны схемы подключения конденсаторов между собой), которые могут как последовательно, так и параллельно охлаждать и сжижать углекислый газ CO₂.The water and air cooling condenser 8 consists of a water cooling condenser and an air cooling condenser (the schematic diagram of the connection of condensers to each other is not shown on the drawing), which can both sequentially and simultaneously cool and liquefy carbon dioxide CO ₂ .

Предлагаемая тепловая электрическая станция работает следующим образом.The proposed thermal power plant operates as follows.

Отработавший пар, поступающий из паровой турбины 1 в паровое пространство конденсатора 2, конденсируется на поверхности конденсаторных трубок. При этом образующийся конденсат с помощью конденсатного насоса 3 конденсатора паровой турбины направляют в систему регенерации. Мощность паровой турбины 1 передается соединенному на одном валу основному электрогенератору 4.The exhaust steam coming from the steam turbine 1 into the steam space of the condenser 2 is condensed on the surface of the condenser tubes. In this case, the condensate formed is sent via a condensate pump 3 of the steam turbine condenser to the regeneration system. The power of the steam turbine 1 is transmitted to the main generator 4 connected to one shaft.

Преобразование избыточной низкопотенциальной тепловой энергии обратной сетевой воды, в механическую и, далее, в электрическую происходит в замкнутом контуре циркуляции теплового двигателя 5, работающего по органическому циклу Ренкина. Весь процесс начинается с сжатия в конденсатном насосе 9 сжиженного углекислого газа CO₂, который направляют на испарение и перегрев в теплообменник-испаритель 14, куда поступает обратная сетевая вода из обратного трубопровода 13. При этом температура обратной сетевой воды может варьироваться в интервале от 313,15 К до 343,15 К.The conversion of excess low-potential thermal energy from reverse network water into mechanical and, further, into electric energy takes place in a closed circuit of the circulation of a 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 evaporation and overheating to the heat exchanger-evaporator 14, where the return network water from the return pipe 13 enters. In this case, the temperature of the return network water can vary in the range from 313, 15 K to 343.15 K.

Температура кипения сжиженного углекислого газа CO₂ сравнительна низка (при критической температуре 304,13 К и давлении 7,3773 МПа), поэтому в теплообменнике-испарителе 14, в процессе теплообмена обратной сетевой воды с сжиженным углекислым газом CO₂, происходит испарение сжиженного углекислого газа CO₂ и его перегрев до температуры в интервале от 308,15 К до 333,15 К. После теплообменника-испарителя 14 перегретый углекислый газ CO₂ направляют в турбодетандер 6.The boiling point of liquefied carbon dioxide CO _{2 is} relatively low (at a critical temperature of 304.13 K and a pressure of 7.3773 MPa), therefore, in the heat exchanger-evaporator 14, during the heat exchange of the return network water with liquefied carbon dioxide CO ₂ , the liquefied carbon dioxide evaporates CO ₂ and its overheating to a temperature in the range from 308.15 K to 333.15 K. After the heat exchanger-evaporator 14, the superheated carbon dioxide CO _{2 is} sent to a turboexpander 6.

Процесс настроен таким образом, что в турбодетандере 6 не происходит конденсации углекислого газа CO₂ в ходе срабатывания теплоперепада. Мощность турбодетандера 6 передается соединенному на одном валу электрогенератору 7. На выходе из турбодетандера 6 углекислый газ CO₂ имеет температуру около 288 К с влажностью не превышающей 12%.The process is configured in such a way that carbon dioxide CO ₂ does not condense in the turboexpander 6 during the operation of the heat transfer. The power of the turboexpander 6 is transferred to an electric generator 7 connected to one shaft. At the outlet of the turboexpander 6, carbon dioxide CO ₂ has a temperature of about 288 K with a humidity not exceeding 12%.

Далее его температуру снижают и сжижают в конденсаторе 8 водяного и воздушного охлаждения, охлаждаемого технической водой окружающей среды в температурном диапазоне от 278,15 К до 283,15 К и воздухом окружающей среды в температурном диапазоне от 223,15 К до 283,15 К.Further, its temperature is reduced and liquefied in a condenser 8 of water and air cooling, cooled by ambient technical water in the temperature range from 278.15 K to 283.15 K and ambient air in the temperature range from 223.15 K to 283.15 K.

После конденсатора 8 водяного и воздушного охлаждения в сжиженном состоянии углекислый газ CO₂ направляют для сжатия в конденсатный насос 9 теплового двигателя 5.After the condenser 8 of water and air cooling in a liquefied state, carbon dioxide CO _{2 is} sent for compression to the condensate pump 9 of the heat engine 5.

Далее органический цикл Ренкина на основе низкокипящего рабочего тела повторяется.Further, the organic Rankine cycle based on a low-boiling working fluid is repeated.

Применение конденсатора 8 водяного и воздушного охлаждения позволяет как последовательно, так и параллельно охлаждать и сжижать углекислый газ CO₂. При последовательном охлаждении температуру углекислого газа CO₂ снижают вначале в конденсаторе водяного охлаждения, а затем его сжижают в конденсаторе воздушного охлаждения. При параллельном охлаждении углекислый газ CO₂ разделяют на два потока: первый поток охлаждается и сжижается в конденсаторе водяного охлаждения, а второй поток в конденсаторе воздушного охлаждения, и в процессе смешения двух выходных потоков возможно регулирование температуры сжиженного углекислого газа CO₂.The use of condenser 8 of water and air cooling allows both sequentially and in parallel to cool and liquefy carbon dioxide CO ₂ . With sequential cooling, the temperature of carbon dioxide CO _{2 is} first reduced in a water-cooled condenser, and then it is liquefied in an air-cooled condenser. In parallel cooling, carbon dioxide CO _{2 is} divided into two streams: the first stream is cooled and liquefied in a water-cooled condenser, and the second stream in an air-cooled condenser, and during the mixing of the two output streams, it is possible to control the temperature of the liquefied carbon dioxide CO ₂ .

Применение воздуха в качестве теплоотводящей среды конденсатора 8 позволяет резко сократить расходы воды и улучшить экологический баланс естественных водоемов.The use of air as a heat sink medium of the condenser 8 can drastically reduce water consumption and improve the ecological balance of natural reservoirs.

Claims

1. Thermal power station, including a series-connected steam turbine, a steam turbine condenser and a condensate pump of a steam turbine condenser, as well as a main electric generator connected to a steam turbine, which is connected via a heating medium to the upper and lower network heaters connected via a heated medium between the supply and by return pipelines of the network water, and a heat exchanger-evaporator, connected via a heated medium to the return pipeline of network water in front of the lower network heater, characterized in that a heat engine with a closed circulation loop operating according to the organic Rankine cycle is introduced into it, while the closed loop of the heat engine circulation is made in the form of a loop with a low boiling fluid containing in series a turbo expander with an electric generator, a condenser of water and air cooling, condensate a pump, the outlet of the condensate pump being connected via a heated medium to the input of a heat exchanger-evaporator, the output of which is connected via a heated medium to an input 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 .