RU146399U1

RU146399U1 - HEAT ELECTRIC STATION

Info

Publication number: RU146399U1
Application number: RU2014118387/06U
Authority: RU
Inventors: Айрат Маратович Гафуров
Priority date: 2014-05-06
Filing date: 2014-05-06
Publication date: 2014-10-10

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, которые между собой соединены по нагреваемой среде, а также систему маслоснабжения подшипников паровой турбины, содержащую последовательно соединенные по греющей среде сливной трубопровод, маслобак, маслонасос и маслоохладитель, выход которого по нагреваемой среде соединен с напорным трубопроводом, отличающаяся тем, что в нее введен тепловой двигатель с замкнутым контуром циркуляции, работающий по органическому циклу Ренкина, при этом замкнутый контур циркуляции теплового двигателя выполнен в виде контура с низкокипящим рабочим телом, содержащим последовательно соединенные турбодетандер с электрогенератором, конденсатор водяного и воздушного охлаждения, конденсатный насос, причем выход конденсатного насоса соединен по нагреваемой среде с входом маслоохладителя, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом нижнего сетевого подогревателя, а выход верхнего сетевого подогревателя соединен по нагреваемой среде с входом турбодетандера, образуя замкнутый контур охлаждения.2. Тепловая электрическая станция по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный углекислый газ CO.1. Thermal power station, including a series-connected steam turbine, a steam turbine condenser and a condensate pump of a steam turbine condenser, a main electric generator connected to a steam turbine, which is connected through a heating medium to the upper and lower network heaters, which are interconnected via a heated medium, and also 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 via a heated medium to a pressure pipe, characterized in that a closed-loop heat engine operating on 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 serially connected a turboexpander with an electric generator, a condenser of water and air cooling, a condensate pump, the output of the condensate pump being connected via a heated medium to the oil inlet a detector, the output of 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 a 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 низкопотенциальной теплоты системы маслоснабжения подшипников паровой турбины и 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 the oil supply system of bearings of a steam turbine and the utilization of low-grade heat from steam of heating taps 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, 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 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, 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 низкопотенциальной теплоты пара отопительных отборов из паровой турбины 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 low-grade heat of steam from heating steam from a steam turbine and utilizing low-grade heat from the oil supply system of bearings of a 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, основной электрогенератор, соединенный с паровой турбиной, которая соединена по греющей среде с верхним и нижним сетевыми подогревателями, которые между собой соединены по нагреваемой среде, а также систему маслоснабжения подшипников паровой турбины, содержащую последовательно соединенные по греющей среде сливной трубопровод, маслобак, маслонасос и маслоохладитель, выход которого по нагреваемой среде соединен с напорным трубопроводом, согласно настоящей полезной модели, введен тепловой двигатель с замкнутым контуром циркуляции, работающий по органическому циклу Ренкина, при этом замкнутый контур циркуляции теплового двигателя выполнен в виде контура с низкокипящим рабочим телом, содержащим последовательно соединенные турбодетандер с электрогенератором, конденсатор водяного и воздушного охлаждения, конденсатный насос, причем выход конденсатного насоса соединен по нагреваемой среде с входом маслоохладителя, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом нижнего сетевого подогревателя, а выход верхнего сетевого подогревателя 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, which is connected via heating medium to the upper and lower network heaters, which are interconnected connected to the heated medium, as well as the oil supply system for bearings of the steam turbine, containing a drain pipe connected in series through the heating medium water, an oil tank, an oil pump and an oil cooler, the outlet of which is connected to a pressure pipe through a heated medium, according to this utility model, a closed-circuit heat engine is introduced that operates on the Rankine organic cycle, while the closed loop of the heat engine is designed as a low-boiling circuit a working fluid containing a turboexpander with an electric generator in series, a water and air cooling condenser, a condensate pump, and the condensate outlet the wasp is connected via a heated medium to the inlet of the oil cooler, the output of 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 via a heated medium to the input 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 низкопотенциальной теплоты пара отопительных отборов из паровой турбины для дополнительной выработки электрической энергии, которые осуществляют путем последовательного нагрева, соответственно, в маслоохладителе и сетевых подогревателях 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 low potential heat of the steam from the heating steam extraction from the steam turbine to additionally generate electric energy, which is carried out by sequential heating, respectively, in the oil cooler and network heaters of the low-boiling working fluid (liquefied carbon dioxide CO ₂ ) closed-loop heat engine to the Rankine cycle.

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

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

1one - паровая турбина, - 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 - система маслоснабжения подшипников паровой турбины,12 - oil supply system for bearings of a steam turbine,

13 - сливной трубопровод,13 - drain pipe

14 - маслобак,14 - oil tank

15 - маслонасос,15 - oil pump,

16 - маслоохладитель,16 - oil cooler

17 - напорный трубопровод.17 - 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, которые между собой соединены по нагреваемой среде, а также систему 12 маслоснабжения подшипников паровой турбины 1, содержащую последовательно соединенные по греющей среде сливной трубопровод 13, маслобак 14, маслонасос 15 и маслоохладитель 16, выход которого по нагреваемой среде соединен с напорным трубопроводом 17.The thermal power plant includes a series-connected steam turbine 1, a steam turbine condenser 2 and a condenser pump 3 of a steam turbine condenser, a main electric generator 4 connected to a steam turbine 1, which is connected via heating medium to the upper 10 and lower 11 network heaters, which are interconnected on a heated medium, as well as a system 12 of oil supply for bearings of a steam turbine 1, comprising a drain pipe 13, an oil tank 14, an oil pump 15 and oil, connected in series through a heating medium cooler 16, the output of which is connected via a heated medium to a pressure pipe 17.

Отличием предлагаемой тепловой электрической станции является то, что в нее введен тепловой двигатель 5 с замкнутым контуром циркуляции, работающий по органическому циклу Ренкина.The difference of the proposed thermal power plant is that it introduced a heat engine 5 with a closed loop, operating on the organic Rankine cycle.

Замкнутый контур циркуляции теплового двигателя 5 выполнен в виде контура с низкокипящим рабочим телом, содержащим последовательно соединенные турбодетандер 6 с электрогенератором 7, конденсатор 8 водяного и воздушного охлаждения, конденсатный насос 9, причем выход конденсатного насоса 9 соединен по нагреваемой среде с входом маслоохладителя 16, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом нижнего сетевого подогревателя 11, а выход верхнего сетевого подогревателя 10 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 16, the output which is connected through a heated medium to the input of the lower network heater 11, and the output of the upper network heater 10 is connected through a heated medium to the input of the turbo expander 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 12 маслоснабжения подшипников паровой турбины 1 и 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 of the oil supply system 12 of the bearings of the steam turbine 1 and low-grade thermal energy of the steam from the heating taps from the steam turbine 1 into mechanical and, further, into electrical energy occurs in a closed circuit of the heat engine 5 operating on the organic Rankine cycle.

Весь процесс начинается с сжатия в конденсатном насосе 9 сжиженного углекислого газа CO₂, который направляют на нагрев в маслоохладитель 16, куда поступает нагретое масло системы 12 маслоснабжения подшипников паровой турбины 1. При этом температура нагретого масла в маслоохладителе 16 может варьироваться в интервале от 318,15 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 16, where the heated oil of the oil supply system 12 of the steam turbine bearings 1 enters. In this case, the temperature of the heated oil in the oil cooler 16 can vary from 318, 15 K to 348.15 K.

В процессе теплообмена нагретого масла с сжиженным углекислым газом CO₂ в маслоохладителе 16, 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 нагрев и испарение в нижний сетевой подогреватель 11, куда поступает пар отопительного отбора из паровой турбины 1 при температуре около 365 К.In the process of heat exchange of a heated oil with liquefied carbon dioxide CO ₂ in an oil cooler 16, 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 for heating and evaporation to the lower network heater 11, where the heating steam from the steam turbine 1 enters at a temperature of about 365 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 углекислый газ CO₂.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 the liquefied carbon dioxide CO ₂ flows.

В процессе конденсации пара отопительного отбора в нижнем сетевом подогревателе 11 паровой турбины 1, происходит нагрев сжиженного углекислого газа CO₂ свыше критической температуры 304,13 К при котором происходит его интенсивное испарение, при сверхкритическом давлении от 7,4 МПа до 25 МПа. После нижнего сетевого подогревателя 11 газообразный углекислый газ CO₂ направляют на перегрев в верхний сетевой подогреватель 10, куда поступает пар отопительного отбора из паровой турбины 1 при температуре около 400 К.In the process of condensation of heating steam in the lower network heater 11 of the steam turbine 1, liquefied carbon dioxide CO ₂ is heated above a critical temperature of 304.13 K at which it evaporates intensively, at supercritical pressure from 7.4 MPa to 25 MPa. After the lower network heater 11, gaseous carbon dioxide CO _{2 is} sent for overheating to the upper network heater 10, where the heating steam from the steam turbine 1 enters at a temperature of about 400 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 углекислый газ CO₂.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 carbon dioxide CO ₂ flows.

В процессе конденсации пара отопительного отбора в верхнем сетевом подогревателе 10 паровой турбины 1, происходит перегрев газообразного углекислого газа CO₂ до сверхкритической температуры от 304,13 К до 390 К при сверхкритическом давлении от 7,4 МПа до 25 МПа, который направляют на расширение в турбодетандер 6.In the process of condensation of heating selection steam in the upper network heater 10 of the steam turbine 1, the gaseous carbon dioxide CO ₂ 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 directed to expand into turbo expander 6.

Процесс настроен таким образом, что в турбодетандере 6 не происходит конденсации углекислого газа CO₂ в ходе срабатывания теплоперепада. Мощность турбодетандера 6 передается соединенному на одном валу электрогенератору 7. На выходе из турбодетандера 6 углекислый газ CO₂ имеет температуру около 288 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.

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, which is connected through a heating medium to the upper and lower network heaters, which are interconnected via a heated medium, and also 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 via a heated medium to a pressure pipe, characterized in that a closed-loop heat engine operating on 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 serially connected a turboexpander with an electric generator, a condenser of water and air cooling, a condensate pump, the output of the condensate pump being connected via a heated medium to the oil inlet a generator, the output of 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 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 .