RU18716U1

RU18716U1 - STEAM TURBINE POWER PLANT

Info

Publication number: RU18716U1
Application number: RU99119366/20U
Authority: RU
Inventors: В.В. Кушин; Б.Т. Зарубин; В.Г. Недопекин; С.В. Плотников; В.И. Рогов; В.В. Смирнов
Original assignee: Кушин Виктор Владимирович
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2001-07-10

Abstract

Паротурбинная электростанция, содержащая паровой котел, пароперегреватель с теплообменником, турбину с электрогенератором, конденсатную установку с системой охлаждения, питательный насос, в качестве рабочей жидкости выбран хладоагент с температурой конденсации от -10С до -40С, отличающаяся тем, что в паровом котле размещен теплообменник с циркуляционным насосом для подачи воды из водоема, а пароперегреватель выполнен в виде теплового насоса, содержащего последовательно соединенные компрессор, конденсатор, дроссель и испаритель, теплообменник которого подключен к водоему с помощью дополнительного нагнетательного насоса.A steam turbine power plant containing a steam boiler, a superheater with a heat exchanger, a turbine with an electric generator, a condensate unit with a cooling system, a feed pump, a refrigerant with a condensation temperature from -10 ° C to -40 ° C, characterized in that a heat exchanger with a circulation pump for supplying water from the reservoir, and the superheater is made in the form of a heat pump containing a compressor, condenser, choke and evaporator connected in series, heat exchanger which is connected to the reservoir via an additional pressure pump.

Description

Паротурбинный снособ нолучения электроэнергни и паротурбинная электростанння.Steam-turbine snobs for electric power generation and steam-turbine power stations.

Изобретение относится к области энергетики, в частности, к системам получения электроэнергии, может быть использовано в качестве резервного источника энергии в зимнее время, когда температура воздуха опускается ниже -10...-15°С.The invention relates to the field of energy, in particular, to systems for generating electricity, can be used as a backup source of energy in the winter, when the air temperature drops below -10 ...- 15 ° C.

Паротурбинный способ получения электроэнергии известен: (см. Политехнический словарь, изд. Сов. энциклопедия, М. 1976, с. 346). Известный способ заключается в том, что воду с помощью парового котла превращают в пар и пропускают его через турбину, соединенную с электрогенератором.A steam-turbine method of generating electricity is known: (see Polytechnical Dictionary, ed. Sov. Encyclopedia, M. 1976, p. 346). The known method consists in the fact that using a steam boiler, water is converted into steam and passed through a turbine connected to an electric generator.

Недостатком данного способа является больщой выброс образовавшихся продуктов в атмосферу.The disadvantage of this method is the large release of the resulting products into the atmosphere.

Известен паротурбинный способ превращения теплоты в электроэнергию, при котором рабочую жидкость подают в паровой котел, в топке котла сжигают топливо, доводят жидкость до кипения и полученный пар пропускают через пароперегреватель и подают на турбину, соединенную с электрогенератором, а затем отработанный пар подают в конденсационную установку и превращают его в жидкость, которую возвращают в котел (см. Теплотехника, Учебник для вузов, М. Энергоиздат,1982, с.66, прототип).There is a known steam-turbine method of converting heat into electricity, in which the working fluid is supplied to a steam boiler, fuel is burned in the boiler furnace, the liquid is brought to a boil and the resulting steam is passed through a superheater and fed to a turbine connected to an electric generator, and then the spent steam is fed to a condensing unit and turn it into a liquid that is returned to the boiler (see. Heat engineering, Textbook for high schools, M. Energoizdat, 1982, p.66, prototype).

Недостатком прототипа так же является загрязнение атмосферы отработанными газами из топки котла.The disadvantage of the prototype is also the pollution of the atmosphere with exhaust gases from the boiler furnace.

Данное изобретение устраняет недостатки аналога и прототипа за счет реализации замкнутого цикла и замены горючих веществ, таких как нефть, газ или уголь, на воду.This invention eliminates the disadvantages of the analogue and prototype by implementing a closed loop and replacing combustible substances, such as oil, gas or coal, with water.

подают в паровой котел, превращают ее в пар, полученный пар пропускают через пароперегреватель и подают на турбину, соединенную с электрогенератором, затем отработанный пар подают в конденсатор пара и конденсируют его за счет охлаждения, в качестве рабочей жидкости используют хладоагент, у которого температура конденсации ниже -10°С а испарение рабочей жидкости в паровом котле производят с помощью теплообменника, через который пропускают воду из естественного водоема, а также тем, что в паротурбинной электростанции, содержащей паровой котел, пароперегреватель, турбину с электрогенератором, конденсатор пара с системой охлаждения и насос для подачи конденсата в котел, в паровом котле размещен теплообменник с циркулярным насосом для подачи воды из водоема, пароперегреватель выполнен в виде теплового насоса, а в качестве рабочей жидкости выбран хладогент с температурой конденсации от до -40°С.it is fed into a steam boiler, it is converted into steam, the resulting steam is passed through a superheater and fed to a turbine connected to an electric generator, then the spent steam is fed into a steam condenser and condensed by cooling, a refrigerant with a lower condensation temperature is used as a working fluid -10 ° C and the evaporation of the working fluid in a steam boiler is carried out using a heat exchanger through which water from a natural reservoir is passed, as well as in a steam turbine power plant containing steam bodies, a superheater, a turbine with an electric generator, a steam condenser with a cooling system and a pump for supplying condensate to the boiler, a heat exchanger with a circular pump for supplying water from the reservoir is placed in the steam boiler, the superheater is designed as a heat pump, and the refrigerant with condensation temperature from -40 ° С.

Сущность способа заключается в том, что в зимних условиях, когда температура атмосферного воздуха опускается ниже -10...-15°С, использование в качестве рабочей жидкости хладоагента с температурой кипения в диапазоне от до - 40°С, удается весь паротурбинный цикл превращения тепла в работу построить на естественном перепаде температуры. Между холодным воздухом (ниже 10...) и теплой водой (температура воды в глубине водоемов даже в самые сильные морозы имеет температуру не ниже +4°С). Переход хладоагента из жидкого состояния в пар происходит за счет теплоты, которую он отбирает у воды, в результате чего вода охлаждается. Переход хладоагента в жидкое состояние в конденсаторе пара происходит за счет отдачи тепла атмосферному воздуху, при этом воздух нагревается. Иных воздействий, кроме охлажденияThe essence of the method lies in the fact that in winter conditions, when the temperature of the atmospheric air drops below -10 ...- 15 ° C, the use of a refrigerant with a boiling point in the range from -40 ° C as a working fluid, the entire steam-turbine conversion cycle is possible heat to work to build on a natural temperature difference. Between cold air (below 10 ...) and warm water (the temperature of the water in the depths of the reservoirs, even in the most severe frosts, has a temperature of at least + 4 ° C). The transition of the refrigerant from a liquid state to steam occurs due to the heat that it takes from the water, as a result of which the water is cooled. The transition of the refrigerant to a liquid state in the steam condenser occurs due to the transfer of heat to the atmospheric air, while the air is heated. Other effects besides cooling

водоема и нагрева атмосферного воздуха, на окружающую среду превращения тепла в электроэнергию по данному способу нет.reservoir and heating of atmospheric air, on the environment there is no conversion of heat into electricity by this method.

Данное изобретение найдет широкое применение в ряде регионов России не только как резервный источник электроэнергии, но и как основной, т.к. Россия является одной из самых холодных стран мира. На фиг. 1 в качестве иллюстрации приведена карта распределения температуры в различных регионах России (см. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. Справочник, М., Энергоиздат, 1983,с.315).This invention will find wide application in a number of regions of Russia, not only as a backup source of electricity, but also as the main one, because Russia is one of the coldest countries in the world. In FIG. 1 as an illustration, a map of the temperature distribution in various regions of Russia is presented (see Industrial Heat Power Engineering and Heat Engineering. Handbook, M., Energoizdat, 1983, p. 315).

Техническим результатом изобретения является полное устранение загрязнения атмосферы и повышение экономичности при получении электроэнергии.The technical result of the invention is the complete elimination of air pollution and increased efficiency in the production of electricity.

Разработана газотурбинная электростанция, которая может быть использована как резервная для зимних условий, как стационарная в холодных регионах, так и передвижная.A gas-turbine power plant has been developed, which can be used as a backup for winter conditions, both stationary in cold regions and mobile.

В качестве хладогента могут быть использованы озонобезопасные фреоны R-22, R-134, R-142 с температурой конденсации от -10 Сдо-40.As a refrigerant, ozone-safe freons R-22, R-134, R-142 with a condensation temperature from -10 Sdo-40 can be used.

Сущность изобретения поясняется на фиг.2, где приведена блок-схема паросиловой электростанции, предназначенной для работы в условиях умеренных морозов (-20...-25°С).The invention is illustrated in figure 2, which shows a block diagram of a steam power plant designed to operate in moderate frost (-20 ...- 25 ° C).

Электростанция содержит паровой котел 1 с теплообменником 2, циркуляционный насос 3 для подачи в теплообменник воды из водоема, пароперегреватель 4 с теплообменником, который соединен с тепловым насосом 5, турбину 6, соединенную с электрогенератором 7, конденсаторную установку 8 с воздуходувкой 9 для охлаждения ее окружающим воздухом, и питательный насос 10 для подачи сконденсированной жидкости в паровой котел. Тепловой насос 5The power plant contains a steam boiler 1 with a heat exchanger 2, a circulation pump 3 for supplying water from a reservoir to a heat exchanger, a superheater 4 with a heat exchanger that is connected to a heat pump 5, a turbine 6 connected to an electric generator 7, a condenser unit 8 with a blower 9 for cooling it surrounding air, and a feed pump 10 for supplying condensed liquid to the steam boiler. Heat pump 5

содержит испаритель 11, циркуляционный насос 12 для подачи в испаритель воды из водоема, например, из того же, из которого питается теплообменник парового котла, компрессор 13, конденсатор 14 и дроссель 15.contains an evaporator 11, a circulation pump 12 for supplying water to the evaporator from a reservoir, for example, from the same from which the heat exchanger of the steam boiler, compressor 13, condenser 14 and inductor 15 are fed.

Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:

Жидкий фреон подается в паровой котел 1, в теплообменник 2 подается вода из водоема с температурой от +4V до + 10V с помощью циркуляционного насоса 3. Войдя в контакт с теплообменником, жидкий фреон превращается в пар, давление в котле возрастает до давления насыщающих паров (2-5 атм.). Далее пар поступает в пароперегреватель 4 и дополнительно нагревается на 15-20°С с помощью теплового насоса 5. Полученный перегретый пар поступает в турбину 6, которая вращает электрогенератор 7 и производит полезную работу. Отработанный пар подается в конденсаторную установку 8, в которз ю с помощью воздуходувки 9 подается холодный атмосферный воздух. Из конденсаторной установки жидкий фреон с помощью питательного насоса 10 возвращается в паровой котел 1, и цикл преобразования теплоты в работу замыкается.The liquid freon is supplied to the steam boiler 1, water from the reservoir with a temperature of + 4V to + 10V is supplied to the heat exchanger 2 by means of the circulation pump 3. Having come into contact with the heat exchanger, the liquid freon turns into steam, the pressure in the boiler increases to the saturation vapor pressure ( 2-5 atm.). Next, the steam enters the superheater 4 and is additionally heated to 15-20 ° C using the heat pump 5. The resulting superheated steam enters the turbine 6, which rotates the generator 7 and does useful work. The exhaust steam is supplied to the condenser unit 8, in which cold atmospheric air is supplied using the blower 9. Using the feed pump 10, the liquid freon from the condenser installation is returned to the steam boiler 1, and the cycle of converting heat to work is closed.

Тепловой насос работает следующим образом. В испаритель 11 с помощью циркулярного насоса 12 поступает вода из естественного водоема. За счет охлаждения этой воды в испарителе 11 происходит кипение хладоагента, пары которого поступают в компрессор 13, где происходит их сжатие с повышением температуры. Сжатые пары хладоагента затем конденсируются в конденсаторе 14, отдавая тепло воды пароперегревателю 4. Термодинамический цикл завершается дросселированием охлажденного хладоагента в дросселе 15 с последующим его возвратом в испаритель 11.The heat pump operates as follows. In the evaporator 11 using a circular pump 12 enters water from a natural reservoir. Due to the cooling of this water in the evaporator 11, the refrigerant boils, the vapor of which enters the compressor 13, where they are compressed with increasing temperature. The compressed refrigerant vapor is then condensed in the condenser 14, giving off the heat of water to the superheater 4. The thermodynamic cycle is completed by throttling the cooled refrigerant in the choke 15 and then returning it to the evaporator 11.

При умеренных морозах на каждый килограмм испаренного фреона можно получить 20-25 кДж полезной работы. Полезная работа будет резко расти с понижением температуры окружающего воздуха.In moderate frosts, for every kilogram of evaporated freon you can get 20-25 kJ of useful work. Useful work will increase sharply with lower ambient temperatures.

Такая электростанция имеет следующие характеристики блоков:Such a power plant has the following characteristics of the blocks:

-паровой котел с давлением 5 атм и объёмом 1 м имеет теплообменник с каналами для протекания воды общей поверхностью 20 м и расходом воды 30 л/мин.-a steam boiler with a pressure of 5 atm and a volume of 1 m has a heat exchanger with channels for water flow with a total surface of 20 m and a water flow rate of 30 l / min.

-конденсационная установка с объемом 5 м снабжена теплообменником площадью 50 м с расходом воздуха 100 л/мин.condensing unit with a volume of 5 m is equipped with a heat exchanger with an area of 50 m with an air flow of 100 l / min.

-тепловой насос имеет расход воды в испарителе 5 л/мин. При перегреве пара на 20°С необходимая мощность компрессора теплового насоса составит около 5 кВт. Полезная мощность, которую будет вырабатывать электростанция составит 30-35 кВт. Без перегрева пара мощность электростанции упадет вдвое.- the heat pump has a water flow rate of 5 l / min in the evaporator. If the steam overheats at 20 ° C, the required power of the heat pump compressor will be about 5 kW. The net power that the power plant will generate is 30-35 kW. Without steam overheating, the power of the power plant will drop by half.

Claims

A steam turbine power plant containing a steam boiler, a superheater with a heat exchanger, a turbine with an electric generator, a condensate unit with a cooling system, a feed pump, a coolant with a condensation temperature from -10 ^o C to -40 ^o C, characterized in that in a steam the boiler has a heat exchanger with a circulation pump for supplying water from a reservoir, and the superheater is made in the form of a heat pump containing a compressor, a condenser, a choke and an evaporator connected in series, oobmennik which is connected to the reservoir via an additional pressure pump.