RU145708U1

RU145708U1 - HEAT ELECTRIC STATION

Info

Publication number: RU145708U1
Application number: RU2014115095/06U
Authority: RU
Inventors: Айрат Маратович Гафуров
Priority date: 2014-04-15
Filing date: 2014-04-15
Publication date: 2014-09-27

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 введены 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, а также 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, содержащего последовательно соединенные турбодетандер с электрогенератором, конденсатор водяного и воздушного охлаждения, конденсатный насос, причем выход конденсатного насоса соединен по нагреваемой среде с входом маслоохладителя, а выход маслоохладителя по нагреваемой среде соединен с входом конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара, выход конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара соединен по нагреваемой среде с входом турбодетандера, образуя замкнутый контур охлаждения.2. Тепловая электрическая станция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве низкоки�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 condensing unit is introduced into it a ka comprising a steam turbine with production steam extraction connected in series, having an electric generator, a steam turbine condenser with production steam extraction and a condenser pump of a steam turbine condenser with production steam extraction, as well as a closed-loop heat engine operating on the organic Rankine cycle, wherein 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 with a generator, a water and air cooling condenser, a condensate pump, the condensate pump output being connected via a heated medium to the oil cooler inlet, and the oil cooler output being connected through a heated medium to the steam turbine condenser inlet with production steam extraction, the output of the steam turbine condenser with production steam extraction a heated medium with an inlet of a turboexpander, forming a closed cooling circuit. 2. Thermal power plant according to claim 1, characterized in that as low

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 высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора для дополнительной выработки электрической энергии.The utility model relates to the field of energy and can be used at thermal power plants (TPPs) for the utilization of low-grade heat from the oil supply system of steam turbine bearings and the utilization of high-grade heat from production steam 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 относительно низкий коэффициент полезного действия ТЭС по выработке электрической энергии из-за 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 thermal power plants for generating electric energy due to the lack of utilization of low-grade heat of the oil supply system of steam turbine bearings for additional power generation.

Задачей полезной модели является повышение коэффициента полезного действия ТЭС за счет 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 low-grade heat of the oil supply system of the steam turbine bearings 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, 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, введены 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, а также 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 маслоохладителя, а выход маслоохладителя по нагреваемой среде соединен с входом конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара, выход конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара соединен по нагреваемой среде с входом турбодетандера, образуя замкнутый контур охлаждения.The technical result is achieved by the fact that in a thermal power station comprising a series-connected steam turbine, a steam turbine condenser and a condensate pump of a steam turbine condenser, 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 condensing unit was introduced containing a series-connected steam turbine with production steam extraction, having an electric generator, a steam turbine condenser with production steam extraction and a condenser pump of a steam turbine condenser with production steam extraction, as well as a closed-circuit heat engine operating on 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 working fluid containing m a turboexpander with an electric generator connected in series, a water and air cooling condenser, a condensate pump, the condensate pump output being connected to the oil cooler inlet through a heated medium, and the oil cooler outlet connected to a steam turbine condenser inlet with production steam extraction through a heated medium, the output of the steam turbine condenser with production steam is connected through a heated medium to the inlet of the turboexpander, 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 высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора из паровой турбины с производственным отбором пара для дополнительной выработки электрической энергии, которые осуществляют путем последовательного нагрева, соответственно, в маслоохладителе и конденсаторе паровой турбины с производственным отбором пара, 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 high potential heat of the production steam from the steam turbine with production steam extraction for additional generation of electric energy, which is carried out by sequential heating, respectively, in the oil cooler and condenser of the steam turbine with production selection of steam, low-boiling working fluid (liquefied carbon dioxide CO ₂ ) closed-circuit 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, и конденсационную установку.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, 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 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

16 - конденсационная установка,16 - condensation installation,

17 - паровая турбина с производственным отбором пара,17 - steam turbine with production steam extraction,

18 - электрогенератор паровой турбины с производственным отбором пара,18 - electric generator of a steam turbine with production steam extraction,

19 - конденсатор паровой турбины с производственным отбором пара,19 is a condenser of a steam turbine with production steam extraction,

20 - конденсатный насос конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара.20 - condensate pump of a condenser of a steam turbine with production steam extraction.

Тепловая электрическая станция включает последовательно соединенные паровую турбину 1, конденсатор 2 паровой турбины и конденсатный насос 3 конденсатора паровой турбины, основной электрогенератор 4, соединенный с паровой турбиной 1, а также систему 10 маслоснабжения подшипников паровой турбины 1, 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 supply system 10 for the bearings of the steam turbine 1, containing a drain pipe connected in series through a heating medium 11, oil tank 12, oil pump 13 and oil cooler 14, the outlet of which is connected via a heated medium to a pressure pipe 15.

Отличием предлагаемой тепловой электрической станции является то, что в нее введены конденсационная установка 16 и тепловой двигатель 5 с замкнутым контуром циркуляции, работающий по органическому циклу Ренкина.The difference of the proposed thermal power plant is that a condensing unit 16 and a heat engine 5 with a closed circulation loop, operating on the organic Rankine cycle, are introduced into it.

Конденсационная установка 16 содержит последовательно соединенные паровую турбину 17 с производственным отбором пара, имеющую электрогенератор 18, конденсатор 19 паровой турбины с производственным отбором пара и конденсатный насос 20 конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара.The condensing unit 16 comprises a steam production turbine 17 connected in series with a steam production steam having an electric generator 18, a steam turbine condenser 19 with a steam production steam and a condensate pump 20 of a steam turbine condenser with a steam production steam.

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 маслоохладителя 14, а выход маслоохладителя 14 по нагреваемой среде соединен с входом конденсатора 19 паровой турбины с производственным отбором пара, выход конденсатора 19 паровой турбины с производственным отбором пара 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 oil cooler 14, and the output of the oil cooler 14 through a heated medium is connected to the input of the condenser 19 of the steam turbine with production sampling, the output of the condenser 19 of the steam turbine with production sampling Ara 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 низкопотенциальной тепловой энергии системы 10 маслоснабжения подшипников паровой турбины 1 и высокопотенциальной тепловой энергии пара производственного отбора из паровой турбины 17, в механическую и, далее, в электрическую происходит в замкнутом контуре циркуляции теплового двигателя 5, работающего по органическому циклу Ренкина.The conversion of low-potential thermal energy of the oil supply system 10 of the bearings of the steam turbine 1 and high-potential thermal energy of production steam from the steam turbine 17 into mechanical and, further, into electric energy takes place in a closed circuit 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 14, куда поступает нагретое масло системы 10 маслоснабжения подшипников паровой турбины 1 с температурой в интервале от 313,15 К до 348,15 К.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 14, where the heated oil of the oil supply system 10 of the steam turbine bearings 1 enters with a temperature in the range from 313.15 K to 348.15 K.

В процессе теплообмена нагретого масла с сжиженным углекислым газом CO₂ в маслоохладителе 14, происходит нагрев сжиженного углекислого газа CO₂ до критической температуры 304,13 К при сверхкритическом давлении от 7,4 МПа до 25 МПа, и далее его направляют на испарение и перегрев в конденсатор 19 паровой турбины с производственным отбором пара, куда поступает пар производственного отбора из паровой турбины 17 при температуре около 573 К.In the process of heat exchange of heated oil with liquefied carbon dioxide CO ₂ in oil cooler 14, liquefied carbon dioxide CO ₂ is heated to a critical temperature of 304.13 K at a supercritical pressure of 7.4 MPa to 25 MPa, and then it is sent to evaporation and overheating in condenser 19 of a steam turbine with production steam extraction, to which production steam from the steam turbine 17 is supplied at a temperature of about 573 K.

Пар, поступающий из производственного отбора паровой турбины 17 в паровое пространство конденсатора 19, конденсируется на поверхности конденсаторных трубок, внутри которых протекает охлаждающая жидкость (сжиженный углекислый газ CO₂). Мощность паровой турбины 17 передается соединенному на одном валу основному электрогенератору 18.The steam coming from the production selection of the steam turbine 17 into the vapor space of the condenser 19 is condensed on the surface of the condenser tubes, inside which coolant flows (liquefied carbon dioxide CO ₂ ). The power of the steam turbine 17 is transmitted to the main electric generator 18 connected to one shaft.

Конденсация пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования, которая отводится при помощи охлаждающей жидкости. Образующийся конденсат с помощью конденсатного насоса 20 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 resulting condensate is sent via a condensate pump 20 of a steam turbine condenser with production steam extraction to a regeneration system.

В процессе конденсации пара производственного отбора в конденсаторе 19 паровой турбины, происходит испарение сжиженного углекислого газа CO₂ и дальнейший его перегрев до сверхкритической температуры от 304,13 К до 390 К при сверхкритическом давлении от 7,4 МПа до 25 МПа, который направляют в турбодетандер 6.In the process of condensation of production production steam in the condenser 19 of the steam turbine, the liquefied carbon dioxide CO ₂ evaporates and then overheats to a supercritical temperature of 304.13 K to 390 K at a supercritical pressure of 7.4 MPa to 25 MPa, which is sent to a turbine 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 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, при снижении температуры углекислого газа CO₂, происходит его сжижение 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, with a decrease in the temperature of carbon dioxide CO ₂ , it is 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.

Использование конденсационной установки 16 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 16 makes it possible to increase the initial parameters of the low-boiling working fluid of a heat engine with a closed circulation loop to supercritical parameters, which leads to an increase in heat drop on the turbine expander 6 and, as a result, an increase in the efficiency of TPPs for generating electric energy.

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 condensing unit is introduced into it a ka comprising a steam turbine with production steam extraction connected in series, having an electric generator, a steam turbine condenser with production steam extraction and a condenser pump of a steam turbine condenser with production steam extraction, as well as a closed-loop heat engine operating on the organic Rankine cycle, wherein 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 with a generator, a water and air cooling condenser, a condensate pump, the condensate pump output being connected via a heated medium to the oil cooler inlet, and the oil cooler output being connected through a heated medium to the steam turbine condenser inlet with production steam extraction, the output of the steam turbine condenser with production steam extraction is connected via a heated medium with an inlet of a turboexpander, forming a closed cooling circuit.

2. Thermal power station according to claim 1, characterized in that as a low-boiling working fluid use liquefied carbon dioxide CO ₂ .