RU145794U1

RU145794U1 - HEAT ELECTRIC STATION

Info

Publication number: RU145794U1
Application number: RU2014116124/06U
Authority: RU
Inventors: Айрат Маратович Гафуров
Priority date: 2014-04-22
Filing date: 2014-04-22
Publication date: 2014-09-27

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, которые между собой соединены по нагреваемой среде, 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 турбодетандер с электрогенератором, теплообменник-рекуператор, конденсатор водяного и воздушного охлаждения, конденсатный насос, причем выход конденсатного насоса соединен по нагреваемой среде с входом теплообменника-рекуператора, который соединен по нагреваемой среде с входом нижнего сетевого подогревателя, а выход верхнего сетевого подогревателя соединен по нагреваемой среде с входом турбодетандера, выход которого соединен по греющей среде с теплообменником-рекуператором, выход теплообменника-рекуператора соединен по греющей среде с конденсатором водяного и воздушного охлаждения, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом конденсатного насоса, образуя замкнутый контур охлаждения.2. Тепловая электрическая станция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный пропан СН.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 through a heating medium to the upper and lower network heaters, which are interconnected by a heated environment, characterized in that it introduced a heat engine with a closed circulation loop, operating on the organic Rankine cycle, while the closed loop heat circulation the fishing engine is made in the form of a circuit with a low-boiling working fluid containing a turboexpander with an electric generator, a heat exchanger-recuperator, a condenser of 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-recuperator, which is connected through a heated medium to the input of the lower network heater, and the output of the upper network heater is connected via a heated medium to the inlet of a turboexpander, the output of which is connected via a heating medium to heat exchanger-recuperator, the output of the heat exchanger-recuperator is connected via a heating medium to a water and air cooling condenser, the output of which is connected through a heated medium to the inlet of the condensate pump, forming a closed cooling circuit. 2. Thermal power station under item 1, characterized in that as a low-boiling working fluid using liquefied propane CH.

Description

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована на тепловых электрических станциях (ТЭС) при утилизации низкопотенциальной теплоты пара отопительных отборов из паровой турбины 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 steam from heating steam from a steam turbine 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 низкопотенциальной теплоты пара отопительных отборов из паровой турбины осуществляют в целях выработки дополнительной тепловой энергии, а не для дополнительной выработки электрической энергии.The main disadvantage of the prototype is that the utilization of low-grade heat of the steam from the heating taps from the steam turbine is carried out in order to generate additional thermal energy, and not for additional generation of electric 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 низкопотенциальной теплоты пара отопительных отборов из 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 steam from the heating taps from the steam turbine 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, а также основной электрогенератор, соединенный с паровой турбиной, которая соединена по греющей среде с верхним и нижним сетевыми подогревателями, которые между собой соединены по нагреваемой среде, 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 турбодетандер с электрогенератором, теплообменник-рекуператор, конденсатор водяного и воздушного охлаждения, конденсатный насос, причем выход конденсатного насоса соединен по нагреваемой среде с входом теплообменника-рекуператора, который соединен по нагреваемой среде с входом нижнего сетевого подогревателя, а выход верхнего сетевого подогревателя соединен по нагреваемой среде с входом турбодетандера, выход которого соединен по греющей среде с теплообменником-рекуператором, выход теплообменника-рекуператора соединен по греющей среде с конденсатором водяного и воздушного охлаждения, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом конденсатного насоса, образуя замкнутый контур охлаждения.The technical result is achieved by the fact that in a thermal power station comprising 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, which interconnected by a heated medium, according to this utility model, a closed-circuit heat engine has been introduced, operating on an organic qi in this case, the closed loop of the circulation of the heat engine is made in the form of a circuit with a low boiling fluid containing a turboexpander with an electric generator, a heat exchanger-recuperator, a water and air cooling condenser, a condensate pump, and the output of the condensate pump is connected via a heated medium to the input of the heat exchanger-recuperator which is connected via a heated medium to the input of the lower network heater, and the output of the upper network heater is connected by a heated medium to the input of the turbo-expander RA, the output of which is connected through a heating medium to a heat exchanger-recuperator, the output of a heat exchanger-recuperator is connected through a heating medium to a water and air-cooled condenser, the output of which is connected through a heated medium to the inlet of a condensate pump, forming a closed cooling circuit.

В качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный пропан C₃H₈.As a low-boiling working fluid, liquefied propane C ₃ H _{8 is used} .

Таким образом, технический результат достигается за счет утилизации низкопотенциальной теплоты пара отопительных отборов из паровой турбины для дополнительной выработки электрической энергии, которую осуществляют путем нагрева в сетевых подогревателях низкокипящего рабочего тела (сжиженного пропана C₃H₈) теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина.Thus, the technical result is achieved by utilizing the low-grade heat of the steam from the heating taps from the steam turbine to additionally generate electric energy, which is carried out by heating in the network heaters a low-boiling working fluid (liquefied propane C ₃ H ₈ ) of a closed-circuit heat engine operating on organic Rankine cycle.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена предлагаемая тепловая электрическая станция, имеющая тепловой двигатель с водяным и воздушным охлаждением, теплообменником-рекуператором, и сетевые подогреватели.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-recuperator, and network heaters.

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 - теплообменник-рекуператор.12 - heat exchanger-recuperator.

Тепловая электрическая станция включает последовательно соединенные паровую турбину 1, конденсатор 2 паровой турбины и конденсатный насос 3 конденсатора паровой турбины, а также основной электрогенератор 4, соединенный с паровой турбиной 1, которая соединена по греющей среде с верхним 10 и нижним 11 сетевыми подогревателями, которые между собой соединены по нагреваемой среде.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, which are between connected by 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 турбодетандер 6 с электрогенератором 7, теплообменник-рекуператор 12, конденсатор 8 водяного и воздушного охлаждения, конденсатный насос 9, причем выход конденсатного насоса 9 соединен по нагреваемой среде с входом теплообменника-рекуператора 12, который соединен по нагреваемой среде с входом нижнего сетевого подогревателя 11, а выход верхнего сетевого подогревателя 10 соединен по нагреваемой среде с входом турбодетандера 6, выход которого соединен по греющей среде с теплообменником-рекуператором 12, выход теплообменника-рекуператора 12 соединен по греющей среде с конденсатором 8 водяного и воздушного охлаждения, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом конденсатного насоса 9, образуя замкнутый контур охлаждения.The closed circuit of the circulation of the heat engine 5 is made in the form of a circuit with a low boiling fluid containing a turboexpander 6 with an electric generator 7, a heat exchanger-recuperator 12, a condenser 8 of water and air cooling, a condensate pump 9, and the output of the condensate pump 9 is connected via a heated medium to the inlet of the heat exchanger a recuperator 12, which is connected via a heated medium to the input of the lower network heater 11, and the output of the upper network heater 10 is connected, via a heated medium, to the input of the turbo expander 6 One of which is connected via a heating medium to a heat exchanger-recuperator 12, the output of a heat exchanger-recuperator 12 is connected via a heating medium to a water and air cooling condenser 8, the output of which is connected via a heated medium to the inlet of the condensate pump 9, 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 газообразный пропан C₃H₈.The condenser 8 of water and air cooling consists of a water cooling condenser and an air cooling condenser (the diagram does not conditionally show the connection diagrams of the condensers), which can both sequentially and simultaneously cool and liquefy gaseous propane C ₃ H ₈ .

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 пара отопительных отборов из паровой турбины 1, 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 steam from the steam turbine 1 to the mechanical and, further, to the electric one 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 пропана C₃H₈, который в начале направляют на нагрев в теплообменник-рекуператор 12, а затем направляют на нагрев и испарение в нижний сетевой подогреватель 11, куда поступает пар отопительного отбора из паровой турбины 1 при температуре около 380 К.The whole process begins with compression in a condensate pump 9 of liquefied propane C ₃ H ₈ , which is first sent for heating to the heat exchanger-recuperator 12, and then sent for heating and evaporation to the lower network heater 11, where the heating steam from the steam turbine 1 is supplied at a temperature of about 380 K.

Пар, поступающий из отопительного отбора паровой турбины 1 в паровое пространство нижнего сетевого подогревателя 11, конденсируется на поверхности подогреваемых трубок, внутри которых протекает сжиженный пропан C₃H₈.The steam coming from the heating selection of the steam turbine 1 into the steam space of the lower network heater 11 condenses on the surface of the heated tubes, inside which liquefied propane C ₃ H ₈ flows.

В процессе теплообмена перегретого газообразного пропана C₃H₈ с сжиженным пропаном C₃H₈ в теплообменнике-рекуператоре 12, а также в процессе конденсации пара отопительного отбора в нижнем сетевом подогревателе 11 паровой турбины 1, происходит нагрев сжиженного пропана C₃H₈ до критической температуры 369,89 К, с последующим его испарением при сверхкритическом давлении от 4,2512 МПа до 5,7 МПа. После нижнего сетевого подогревателя 11 газообразный пропан C₃H₈направляют на перегрев в верхний сетевой подогреватель 10, куда поступает пар отопительного отбора из паровой турбины 1 при температуре около 410 К.In the process of heat exchange of superheated gaseous propane C ₃ H ₈ with liquefied propane C ₃ H ₈ in the heat exchanger-recuperator 12, as well as in the process of condensation of heating steam in the lower network heater 11 of the steam turbine 1, the liquefied propane C ₃ H ₈ is heated to critical temperature 369.89 K, followed by its evaporation at supercritical pressure from 4.2512 MPa to 5.7 MPa. After the lower network heater 11, gaseous propane C ₃ H _{8 is} sent for overheating to the upper network heater 10, where heating steam is taken from the steam turbine 1 at a temperature of about 410 K.

Пар, поступающий из отопительного отбора паровой турбины 1 в паровое пространство верхнего сетевого подогревателя 10, конденсируется на поверхности подогреваемых трубок, внутри которых протекает газообразный пропан C₃H₈.The steam coming from the heating selection of the steam turbine 1 into the steam space of the upper network heater 10 condenses on the surface of the heated tubes, inside which gaseous propane C ₃ H ₈ flows.

В процессе конденсации пара отопительного отбора в верхнем сетевом подогревателе 10 паровой турбины 1, происходит перегрев газообразного пропана C₃H₈ до сверхкритической температуры от 369,89 К до 400 К при сверхкритическом давлении от 4,2512 МПа до 5,7 МПа, который направляют в турбодетандер 6.In the process of condensation of heating steam in the upper network heater 10 of the steam turbine 1, gaseous propane C ₃ H ₈ overheats to a supercritical temperature of 369.89 K to 400 K at a supercritical pressure of 4.2512 MPa to 5.7 MPa, which is directed to turbo expander 6.

Процесс настроен таким образом, что в турбодетандере 6 не происходит конденсации газообразного пропана C₃H₈ в ходе срабатывания теплоперепада. Мощность турбодетандера 6 передается соединенному на одном валу электрогенератору 7. На выходе из турбодетандера 6 газообразный пропан C₃H₈, имеющий температуру перегретого газа около 288 К, направляют в теплообменник-рекуператор 12 для снижения температуры.The process is configured in such a way that condensation of gaseous propane C ₃ H ₈ does not occur in the operation of the heat transfer in the turbine expander 6. The power of the turboexpander 6 is transmitted to an electric generator 7 connected to one shaft. At the outlet of the turboexpander 6, gaseous propane C ₃ H ₈ having a superheated gas temperature of about 288 K is sent to a heat exchanger-recuperator 12 to reduce the temperature.

В теплообменнике-рекуператоре 12 в процессе отвода теплоты на нагрев сжиженного пропана C₃H₈ снижается нагрузка на конденсатор 8 и затраты мощности на привод циркуляционных насосов и вентиляторов.In the heat exchanger-recuperator 12 in the process of heat removal for heating liquefied propane C ₃ H _{8, the} load on the condenser 8 and the power consumption for driving circulating pumps and fans are reduced.

Далее, при снижении температуры газообразного пропана C₃H₈, 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 gaseous propane C ₃ H ₈ , 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 пропан C₃H₈ направляют для сжатия в конденсатный насос 9 теплового двигателя 5.After the condenser 8 of water and air cooling in a liquefied state, propane C ₃ H _{8 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 газообразный пропан C₃H₈. При последовательном охлаждении температуру газообразного пропана C₃H₈ снижают вначале в конденсаторе водяного охлаждения, а затем его сжижают в конденсаторе воздушного охлаждения. При параллельном охлаждении газообразный пропан C₃H₈ 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 пропана C₃H₈.The use of condenser 8 of water and air cooling allows both sequentially and in parallel to cool and liquefy gaseous propane C ₃ H ₈ . With sequential cooling, the temperature of the propane gas C ₃ H _{8 is} first reduced in a water-cooled condenser, and then it is liquefied in an air-cooled condenser. In parallel cooling, gaseous propane C ₃ H _{8 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 in the process of mixing the two output streams, it is possible to control the temperature of liquefied propane C ₃ H ₈ .

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 through a heating medium to the upper and lower network heaters, which are interconnected by a heated environment, characterized in that it introduced a heat engine with a closed circulation loop, operating on the organic Rankine cycle, while the closed loop heat circulation the fishing engine is made in the form of a circuit with a low-boiling working fluid containing a turboexpander with an electric generator, a heat exchanger-recuperator, a condenser of 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-recuperator, which is connected through a heated medium to the input of the lower network heater, and the output of the upper network heater is connected via a heated medium to the inlet of a turboexpander, the output of which is connected via a heating medium to heat exchanger-recuperator, the output of the heat exchanger-recuperator is connected via a heating medium to a condenser of water and air cooling, the output of which is connected via a heated medium to the inlet of the condensate pump, forming a closed cooling circuit.

2. Thermal power station under item 1, characterized in that as a low-boiling working fluid use liquefied propane C ₃ H ₈ .