RU145232U1

RU145232U1 - HEAT ELECTRIC STATION

Info

Publication number: RU145232U1
Application number: RU2014113713/06U
Authority: RU
Inventors: Айрат Маратович Гафуров
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2014-09-10

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, 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, 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 воздушного охлаждения и конденсатный насос, причем выход конденсатного насоса соединен по нагреваемой среде с входом маслоохладителя, выход маслоохладителя 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 plant, 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, which is connected via a heating medium to the upper and lower network heaters, connected via a heated medium between the supply and return pipelines of network water, and a heat exchanger-evaporator, connected via a heated medium in the return pipeline of network water in front of the lower network heater, and an oil supply system for bearings of a steam turbine, comprising a drain pipe, an oil tank, an oil pump and an oil cooler connected in series through a heating medium, the outlet of which is connected to a pressure pipe via a heated medium, characterized in that a closed-circuit heat engine is introduced into it, operating according to the organic Rankine cycle wherein the closed circuit of the circulation of the heat engine is made in the form of a circuit with a low-boiling working fluid containing a turboexpander in series connected to an electric generator, an air-cooled condenser and a condensate pump, wherein the condensate pump output is connected via a heated medium to the inlet of the oil cooler, the oil cooler output is connected through a heated medium to the inlet of the heat exchanger-evaporator, the output of which is connected through the heated medium to the inlet of the turbine expander, 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 низкопотенциальной теплоты системы маслоснабжения подшипников паровой турбины и 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) when utilizing the low-grade heat of the oil supply system of the steam turbine bearings and utilizing the excess low-grade heat of the 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, 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 №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, as well as an oil supply system for bearings of a steam turbine, containing a drain pipe, an oil tank, an oil pump and an oil cooler connected in series through a heating medium, the outlet of which is connected to a pressure pipe via a heated medium (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, а также из-за отсутствия утилизации низкопотенциальной теплоты системы маслоснабжения подшипников паровой турбины для дополнительной выработки электроэнергии.In addition, the disadvantage of the prototype is the relatively low efficiency of TPPs for the generation of electric energy, due to the cost of electric power to drive the heat pump installation, and also due to the lack of utilization of low-grade heat of the oil supply system of the steam turbine bearings for additional power generation.

Задачей полезной модели является повышение коэффициента полезного действия ТЭС за счет утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды и утилизации низкопотенциальной теплоты системы маслоснабжения подшипников паровой турбины для дополнительной выработки электрической энергии.The objective of the utility model is to increase the efficiency of TPPs by utilizing the excess low potential heat of the return network water and utilizing the low potential heat of the oil supply system of the steam turbine bearings to generate additional 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, 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, 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 воздушного охлаждения и конденсатный насос, причем выход конденсатного насоса соединен по нагреваемой среде с входом маслоохладителя, выход маслоохладителя 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, 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 the medium between the supply and return pipelines of the network water, and the heat exchanger-evaporator included in the return pipeline of the network water through the heated medium Before the lower network heater, as well as the oil supply system for bearings of a steam turbine, containing a drain pipe, an oil tank, an oil pump and an oil cooler connected in series through a heating medium, the outlet of which is connected to a pressure pipe via a heated medium, according to this utility model, a closed-loop heat engine is introduced operating on the organic Rankine cycle, while the closed circuit of the circulation of the heat engine is made in the form of a circuit with a low boiling fluid, soda neighing a turboexpander with an electric generator, an air-cooled condenser and a condensate pump, the outlet of the condensate pump is connected via a heated medium to the inlet of the oil cooler, the outlet of the oil cooler is connected through a heated medium to the inlet of the heat exchanger-evaporator, the output of which is connected through the heated medium to the inlet of the turbine expander, forming a closed cooling circuit.

В качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный углекислый газ CO₂.As a low-boiling working fluid, liquefied carbon dioxide CO _{2 is used} .

Таким образом, технический результат достигается за счет утилизации низкопотенциальной теплоты системы маслоснабжения подшипников паровой турбины и утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды для дополнительной выработки электрической энергии, которые осуществляют путем последовательного нагрева, соответственно, в маслоохладителе и 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 low potential heat of the oil supply system of the steam turbine bearings and utilizing the excess low potential heat of the return network water to generate additional electric energy, which is carried out by sequential heating, respectively, in the oil cooler and heat exchanger-evaporator, of a low-boiling working fluid (liquefied carbon dioxide CO ₂ ) closed-loop heat engine operating on an organic Rankine cycle.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена предлагаемая тепловая электрическая станция, имеющая тепловой двигатель с воздушным охлаждением и 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 air cooling and 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 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 - 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,

15 - система маслоснабжения подшипников паровой турбины,15 - oil supply system of bearings of a steam turbine,

16 - сливной трубопровод,16 - drain pipe

17 - маслобак,17 - oil tank

18 - маслонасос,18 - oil pump

19 - маслоохладитель,19 - oil cooler

20 - напорный трубопровод.20 - 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, 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, а также систему 15 маслоснабжения подшипников паровой турбины 1, содержащую последовательно соединенные по греющей среде сливной трубопровод 16, маслобак 17, маслонасос 18 и маслоохладитель 19, выход которого по нагреваемой среде соединен с напорным трубопроводом 20.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, 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 a heated medium in the return pipe 13 of the network water in front of the lower network heater 11 cm, and bearing oil supply system 15 of the steam turbine 1 comprising serially connected by the heating medium discharge pipe 16, the oil tank 17, oil pump 18 and oil cooler 19, the output of the heated medium connected to the pressure line 20.

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 воздушного охлаждения и конденсатный насос 9, причем выход конденсатного насоса 9 соединен по нагреваемой среде с входом маслоохладителя 19, выход маслоохладителя 19 соединен по нагреваемой среде с входом теплообменника-испарителя 14, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом турбодетандера 6, образуя замкнутый контур охлаждения.The closed circuit of the circulation of the heat engine 5 is made in the form of a circuit with a low-boiling working fluid containing a turboexpander 6 connected in series with an electric generator 7, 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 input of the oil cooler 19, the output of the oil cooler 19 connected through a heated medium to the input of the heat exchanger-evaporator 14, the output of which is connected through 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.

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 низкопотенциальной тепловой энергии системы 15 маслоснабжения подшипников паровой турбины 1 и 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.The conversion of low-grade thermal energy from the oil supply system of bearings 15 of the steam turbine 1 and the excess low-potential thermal energy of the return network water to mechanical and, further, to electrical energy takes place in a closed loop of the heat engine 5 operating on the organic Rankine cycle.

Весь процесс начинается с сжатия в конденсатном насосе 9 сжиженного углекислого газа CO₂, который направляют на нагрев в маслоохладитель 19, куда поступает нагретое масло системы 15 маслоснабжения подшипников паровой турбины 1 с температурой в интервале от 313,15 K до 343,15 K.The whole process begins with the compression in the condensate pump 9 of liquefied carbon dioxide CO ₂ , which is sent for heating to the oil cooler 19, where the heated oil of the oil supply system 15 of the bearings of the steam turbine 1 enters with a temperature in the range from 313.15 K to 343.15 K.

В процессе теплообмена нагретого масла с сжиженным углекислым газом CO₂ в маслоохладителе 19, происходит нагрев сжиженного углекислого газа CO₂ до критической температуры 304,13 K при сверхкритическом давлении в интервале от 7,3773 МПа до 10,5 МПа, и далее его 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 K до 343,15 K.In the process of heat exchange of heated oil with liquefied carbon dioxide CO ₂ in the oil cooler 19, the liquefied carbon dioxide CO ₂ is heated to a critical temperature of 304.13 K at a supercritical pressure in the range of 7.3773 MPa to 10.5 MPa, and then it is sent to evaporation and overheating in the heat exchanger-evaporator 14, which receives the return network water from the return pipe 13. The temperature of the return network water can vary in the range from 313.15 K to 343.15 K.

В процессе теплообмена обратной сетевой воды с сжиженным углекислым газом CO₂ в теплообменнике-испарителе 14, происходит испарение сжиженного углекислого газа CO₂ и дальнейший его перегрев до сверхкритической температуры в интервале от 304,13 K до 333,15 K при сверхкритическом давлении в интервале от 7,3773 МПа до 10,5 МПа, который направляют в турбодетандер 6.In the process of heat exchange of return network water with liquefied carbon dioxide CO ₂ in the heat exchanger-evaporator 14, the liquefied carbon dioxide CO ₂ evaporates and then overheats to a supercritical temperature in the range from 304.13 K to 333.15 K at a supercritical pressure in the range from 7.3773 MPa to 10.5 MPa, which 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 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, при снижении температуры углекислого газа CO₂, происходит его сжижение в конденсаторе 8 воздушного охлаждения, охлаждаемого воздухом окружающей среды в температурном диапазоне от 223,15 K до 283,15 K.Further, with a decrease in the temperature of carbon dioxide CO ₂ , it is 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 углекислый газ CO₂ направляют для сжатия в конденсатный насос 9 теплового двигателя 5.After the condenser 8 of 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.

Для решения проблемы излишнего потребления пресной воды настоящая полезная модель позволяет осуществить воздушное охлаждение теплового двигателя 5. Применение конденсатора 8 воздушного охлаждения позволяет его эксплуатировать в условиях холодного климата со средней температурой воздуха в наиболее холодный период не ниже 218 K. Конденсатор 8 воздушного охлаждения имеет более длительный срок службы по сравнению с конденсатором водяного охлаждения из-за меньшего загрязнения и коррозии наружной поверхности теплообмена.To solve the problem of excessive fresh water consumption, this useful model allows air cooling of the heat engine 5. The use of air-cooled condenser 8 allows it to be operated in cold climates with an average air temperature in the coldest period not lower than 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 surface of the heat exchange.

Claims

1. Thermal power plant, 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, which is connected via a heating medium to the upper and lower network heaters, connected via a heated medium between the supply and return pipelines of network water, and a heat exchanger-evaporator, connected via a heated medium in the return pipeline of network water in front of the lower network heater, and an oil supply system for bearings of a steam turbine, comprising a drain pipe, an oil tank, an oil pump and an oil cooler connected in series through a heating medium, the outlet of which is connected to a pressure pipe via a heated medium, characterized in that a closed-circuit heat engine is introduced into it, operating according to the organic Rankine cycle wherein the closed circuit of the circulation of the heat engine is made in the form of a circuit with a low-boiling working fluid containing a turboexpander in series connected to an electric generator, an air-cooled condenser and a condensate pump, wherein the condensate pump output is connected via a heated medium to the inlet of the oil cooler, the oil cooler output is connected through a heated medium to the inlet of the heat exchanger-evaporator, the output of which is connected through the heated medium to the inlet of the turbine expander, 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 .