RU2285132C1

RU2285132C1 - Thermal power station

Info

Publication number: RU2285132C1
Application number: RU2005111349/06A
Authority: RU
Inventors: Валентин Васильевич Корнеев (RU); Валентин Васильевич Корнеев; ев Николай Максимович Тюн (RU); Николай Максимович Тюняев
Original assignee: Валентин Васильевич Корнеев; Николай Максимович Тюняев
Priority date: 2005-04-18
Filing date: 2005-04-18
Publication date: 2006-10-10

Abstract

FIELD: heat power engineering.

SUBSTANCE: proposed thermal power station contains tubular boiler, steam superheater, turbine with generator, two fans, two pumps, two filters, three compressors, two Dewar flasks, condenser, two evaporators, two conveyors. It employs atmospheric air as energy carrier and cryogenic liquid as working medium and coolant. Boiler and steam superheater are furnished with working medium heating system made in form of air ducts and fans, and pressure line of working medium after feed pump passes through heat exchanger. Air dryer is installed at inlet of energy carrier (atmospheric air) into steam superheater and boiler. Thermal power station includes cold recovery plant, heat exchanger which serves to separate nitrogen from air, two pumps delivering working medium and coolant into corresponding evaporators and vacuum pump maintaining vacuum in pipelines and Dewar flasks. Boiler and steam superheater are hermetically interconnected.

EFFECT: provision of recovery of cold, increased efficiency of energy generation.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к технологии выработки электроэнергии по схеме котел - турбина - генератор энергии, и может быть широко использовано для производства электроэнергии без образования вредных отходов.The invention relates to the field of power engineering, in particular to a technology for generating electricity according to a boiler-turbine-energy generator scheme, and can be widely used to generate electricity without generating harmful waste.

Известны способы получения электроэнергии на тепловых электростанциях, где в качестве рабочего тела в турбине используется водяной пар. Перед подачей пара в турбину его необходимо получить, используя уголь, природный газ или нефтепродукты природного происхождения.Known methods for generating electricity in thermal power plants, where water is used as a working fluid in a turbine. Before steam is fed into the turbine, it must be obtained using coal, natural gas or petroleum products of natural origin.

Известны также способы выработки электроэнергии на гидроэлектростанциях, ветровых энергетических установках, приливных гидроэлектростанциях, солнечных теплоэлектрогенераторах, атомных электростанциях и другие.There are also known methods of generating electricity at hydroelectric power plants, wind power plants, tidal hydroelectric power plants, solar thermal power generators, nuclear power plants and others.

Тепловые, атомные и гидроэлектростанции приносят людям много вреда. Тепловые выбрасывают в атмосферу много пыли и вредных газов. Гидроэлектростанции нарушают водный режим рек, подтопляют леса и земельные угодья, вредно влияют на флору и фауну. Атомные выделяют радиоактивные отходы, захоронение которых представляет неразрешимую проблему. Электростанции морских приливов, ветровые и работающие на солнечной энергии - экологически чистые, но из-за малой мощности не могут решить глобальную проблему энергетики.Thermal, nuclear and hydroelectric power plants do a lot of harm to people. Thermal emit a lot of dust and harmful gases into the atmosphere. Hydroelectric power plants violate the water regime of rivers, flood forests and land, adversely affect flora and fauna. Nuclear plants emit radioactive waste, the disposal of which is an insoluble problem. Tidal power plants, wind and solar powered, are environmentally friendly, but due to low power they cannot solve the global energy problem.

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения (прототипом) является тепловая электростанция по патенту России №2202044, содержащая трубчатый котел 1 (чертеж), вентилятор 2, пароперегреватель 3, транспортеры 4, вентилятор 5, турбину с генератором 6, конденсатор 7, сосуд Дьюара для рабочего тела 8 с испарителем 18, питательный насос 9, теплообменник 10, компрессор 11, сосуд Дьюара для хладагента 12 с испарителем 13, компрессор 14, насос 15, фильтр 16, вентиль 17, компрессор 19 и устройство для осушки воздуха 20 с трубопроводами, выполненными в виде сосудов Дьюара и запорно-регулирующей арматурой.The closest analogue of the claimed invention (prototype) is a thermal power station according to Russian patent No. 2202044, containing a tubular boiler 1 (drawing), fan 2, superheater 3, conveyors 4, fan 5, turbine with generator 6, condenser 7, Dewar vessel for working medium 8 with an evaporator 18, a feed pump 9, a heat exchanger 10, a compressor 11, a dewar vessel for refrigerant 12 with an evaporator 13, a compressor 14, a pump 15, a filter 16, a valve 17, a compressor 19 and a device for drying air 20 with pipelines made in the form of vessels Dewar and for porn regulatory fittings.

Недостатком этой электростанции являются большие выбросы холодного газа в атмосферу. Это обстоятельство вызовет постоянное выпадение атмосферных осадков как вблизи электростанции, так и на значительном расстоянии от нее.The disadvantage of this power plant is the large emissions of cold gas into the atmosphere. This circumstance will cause constant precipitation both near the power plant and at a considerable distance from it.

Второй недостаток заключается в том, что имеется очень малая разница между начальной (минус 212°С) и конечной (минус 192°С) температурами хладагента, которая затрудняет работу электростанции.The second disadvantage is that there is a very small difference between the initial (minus 212 ° C) and final (minus 192 ° C) refrigerant temperatures, which complicates the operation of the power plant.

Третьим недостатком является отсутствие контроля вакуума в сосудах и трубопроводах Дьюара и поддержание их в рабочем состоянии.The third disadvantage is the lack of control of the vacuum in the vessels and pipelines of the Dewar and maintaining them in working condition.

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы исключить выброс холодного газа в атмосферу, увеличить разницу температур хладагента на входе в конденсатор и выходе из него и осуществить поддержание вакуума в сосудах и трубопроводах Дьюара.The objective of the present invention is to eliminate the emission of cold gas into the atmosphere, to increase the temperature difference of the refrigerant at the inlet and outlet of the condenser and to maintain the vacuum in the vessels and pipelines of the Dewar.

Новый технический результат достигается тем, что в тепловой электростанции, содержащей трубчатый котел (чертеж), пароперегреватель, турбину с генератором, два вентилятора, два насоса, два фильтра, три компрессора, два сосуда Дьюара, конденсатор, два испарителя, два транспортера, в качестве энергоносителя в которой применен атмосферный воздух, а в качестве рабочего тела и хладагента - криогенная жидкость, котел и пароперегреватель снабжены системой нагрева рабочего тела, выполненной в виде воздуховодов и вентиляторов, а напорная линия рабочего тела за питательным насосом проходит через теплообменник, на входе воздуха в котел и пароперегреватель установлено устройство для осушки воздуха, котел и пароперегреватель соединены между собой герметично, а энергоноситель (холодный воздух) из котла и хладагент (холодный воздух) из конденсатора поступает в установку утилизации холода.A new technical result is achieved in that in a thermal power plant containing a tubular boiler (drawing), a superheater, a turbine with a generator, two fans, two pumps, two filters, three compressors, two Dewar vessels, a condenser, two evaporators, two conveyors, as energy carrier in which atmospheric air is used, and as a working fluid and refrigerant - cryogenic liquid, the boiler and superheater are equipped with a working fluid heating system made in the form of air ducts and fans, and the pressure line of which the body behind the feed pump passes through the heat exchanger, a device for air drying is installed at the air inlet to the boiler and the superheater, the boiler and the superheater are tightly interconnected, and the energy carrier (cold air) from the boiler and the refrigerant (cold air) from the condenser enter the recycling unit the cold.

Новый технический результат достигается также и тем, что отработанный хладагент периодически поступает в котел.A new technical result is also achieved by the fact that the spent refrigerant periodically enters the boiler.

Далее новый технический результат достигается тем, что для отделения рабочего тела (азота) из воздуха установлены теплообменник и два насоса, которые подают рабочее тело и хладагент в испарители сосудов Дьюара.Further, a new technical result is achieved in that a heat exchanger and two pumps are installed to separate the working fluid (nitrogen) from the air, which supply the working fluid and refrigerant to the Dewar vessel evaporators.

Новый технический результат достигается еще и тем, что к сосуду Дьюара для хладагента подключен вакуум-насос, который поддерживает вакуум в трубопроводах и сосудах Дьюара.A new technical result is also achieved by the fact that a vacuum pump is connected to the Dewar vessel for the refrigerant, which maintains the vacuum in the Dewar pipelines and vessels.

Предлагаемая тепловая электростанция состоит из трубчатого котла 1 (чертеж), вентилятора 2, пароперегревателя 3, транспортера 4, турбины с генератором 6, конденсатора 7, сосуда Дьюара для рабочего тела 8 с испарителем 18, четырех насосов 9, 15, 23, 25, двух теплообменников 10 и 24, трех компрессоров 11, 14, 19, сосуда Дьюара для хладагента 12 с испарителем 13, двух фильтров 16, вентиля 17, устройства для осушки воздуха 20, установки для утилизации холода 21 и вакуум-насоса 22.The proposed thermal power plant consists of a tubular boiler 1 (drawing), fan 2, superheater 3, conveyor 4, turbine with generator 6, condenser 7, Dewar vessel for working medium 8 with evaporator 18, four pumps 9, 15, 23, 25, two heat exchangers 10 and 24, three compressors 11, 14, 19, a dewar vessel for refrigerant 12 with an evaporator 13, two filters 16, a valve 17, a device for drying air 20, a unit for utilization of cold 21 and a vacuum pump 22.

Предлагаемая электростанция работает следующим образом:The proposed power plant operates as follows:

сосуд Дьюара 8 заполняется криогенной жидкостью, например жидким азотом, которая будет использоваться в качестве рабочего тела. Сосуд Дьюара 12 заполняется криогенной жидкостью, например жидким воздухом, которая будет использоваться в качестве хладагента. После заполнения сосудов Дьюара рабочее тело и хладагент охлаждаются до нужных температур. Рабочее тело охлаждается, например, до минус 209°С, а хладагент - до температуры, к примеру, минус 212°С. Указанные температуры на один градус выше температуры затвердевания азота и воздуха соответственно. Для различных климатических районов, а также в зависимости от времени года температура рабочего тела и хладагента будут меняться.The Dewar vessel 8 is filled with a cryogenic liquid, for example liquid nitrogen, which will be used as a working fluid. The Dewar vessel 12 is filled with a cryogenic liquid, for example liquid air, which will be used as a refrigerant. After filling the Dewar vessels, the working fluid and refrigerant are cooled to the desired temperatures. The working fluid is cooled, for example, to minus 209 ° C, and the refrigerant is cooled to a temperature, for example, minus 212 ° C. The indicated temperatures are one degree higher than the solidification temperatures of nitrogen and air, respectively. For different climatic regions, as well as depending on the time of year, the temperature of the working fluid and refrigerant will vary.

Охлаждение рабочего тела и хладагента осуществляется с помощью компрессоров 19 и 14. Компрессоры создают вакуум в испарителях 18 и 13, рабочее тело и хладагент кипят за счет внутренней энергии, охлаждаясь до заданной температуры. Полученный в результате кипения пар (газ азот) поступает в теплообменник 24. Температура пара (газообразного азота) будет находиться в пределах минус 203-205°С. С помощью насоса 9 рабочее тело с температурой минус 209°С подается в котел через трубное пространство теплообменников 24 и 10, находящийся в межтрубном пространстве теплообменника 24 газ отдает теплоту парообразования рабочему телу, конденсируется и с помощью насоса 23 подается в испарители 13 и 18, а рабочее тело заполняет котел до уровня, контролируемого электронным индикатором уровня (не показан).The cooling of the working fluid and the refrigerant is carried out using compressors 19 and 14. The compressors create a vacuum in the evaporators 18 and 13, the working fluid and the refrigerant are boiled due to internal energy, cooling to a predetermined temperature. The resulting boiling vapor (nitrogen gas) enters the heat exchanger 24. The temperature of the vapor (nitrogen gas) will be in the range of minus 203-205 ° C. Using pump 9, a working fluid with a temperature of minus 209 ° C is supplied to the boiler through the pipe space of heat exchangers 24 and 10, the gas located in the annular space of the heat exchanger 24 gives off the heat of vaporization to the working fluid, condenses, and is pumped to the evaporators 13 and 18, and the working fluid fills the boiler to a level controlled by an electronic level indicator (not shown).

Включается в работу вентилятор 2, который продувает внутреннее пространство пароперегревателя 3 и котла 1 атмосферным воздухом. Рабочее тело в котле нагревается, испаряется и пар (газообразный азот) поступает в пароперегреватель. В пароперегревателе рабочее тело нагревается до температуры, близкой к температуре окружающего воздуха, и, достигнув давления, к примеру, 30 МПа поступает на турбину 6. вращает ее и охлаждается. Из турбины рабочее тело поступает в конденсатор 7, куда с противотоком с помощью насоса 15 подается хладагент. Рабочее тело конденсируется и поступает в испаритель 18. Хладагент в конденсаторе нагревается до температуры минус 90-110°С и поступает в котел или в установку утилизации холода. Некоторые коррективы в работу электростанции вносят смена времени суток, а также времен года. Поток холодного рабочего тела остается неизменным, а количество энергоносителя будет меняться в зависимости от температуры окружающей среды. В летний жаркий день количество энергоносителя сокращается, поэтому есть опасение, что в теплообменнике 10 образуется недостаточное количество хладагента. Чтобы увеличить выход хладагента, необходимо подать в котел из конденсатора газообразный хладагент при температуре минус 90-110°С. В котле газообразный хладагент смешивается с энергоносителем из пароперегревателя, охлаждается до минус 190°С и с помощью вентилятора 2 подается в установку утилизации холода 21. Для пополнения хладагента в сосуде Дьюара 12 часть холодного воздуха отбирается компрессором 11 из газохода после вентилятора 2 и направляется в теплообменник 10, где в противотоке с охлажденным до минус 209°С рабочим телом охлаждается, конденсируется и с помощью насоса 25 направляется только в испаритель 13. После охлаждения в испарителе 13 до температуры минус 212°С поступает в сосуд Дьюара 12. В самый холодный зимний день количество энергоносителя увеличивается, поэтому нет необходимости направлять хладагент из конденсатора в котел.Fan 2 is turned on, which blows through the internal space of the superheater 3 and boiler 1 with atmospheric air. The working fluid in the boiler heats up, evaporates and steam (gaseous nitrogen) enters the superheater. In the superheater, the working fluid is heated to a temperature close to the temperature of the ambient air, and, having reached a pressure of, for example, 30 MPa, is supplied to the turbine 6. It rotates and cools. From the turbine, the working fluid enters the condenser 7, where refrigerant is supplied with countercurrent flow using pump 15. The working fluid condenses and enters the evaporator 18. The refrigerant in the condenser is heated to a temperature of minus 90-110 ° С and enters the boiler or the cold recovery unit. Some adjustments to the operation of the power plant are made by changing the time of day, as well as the seasons. The flow of a cold working fluid remains unchanged, and the amount of energy carrier will vary depending on the ambient temperature. On a hot summer day, the amount of energy is reduced, so there is a concern that insufficient refrigerant is formed in the heat exchanger 10. To increase the refrigerant output, it is necessary to supply gaseous refrigerant to the boiler from the condenser at a temperature of minus 90-110 ° С. In the boiler, gaseous refrigerant is mixed with the energy carrier from the superheater, cooled to minus 190 ° С and with the help of fan 2 is supplied to the refrigeration recovery unit 21. To replenish the refrigerant in the Dewar vessel 12, part of the cold air is taken from the duct 11 by the compressor 11 after the fan 2 and sent to the heat exchanger 10, where in countercurrent with a working fluid cooled to minus 209 ° С, it is cooled, condensed and sent only to the evaporator 13 using the pump 25. After cooling in the evaporator 13 to a temperature of minus 212 ° С falls into the Dewar vessel 12. On the coldest winter day the amount of energy increases, so there is no need to direct the refrigerant from the condenser to the boiler.

Становится очевидным, что рабочее тело и хладагент находятся в оборотном состоянии и осуществляют надежную работу электростанции.It becomes obvious that the working fluid and the refrigerant are in a revolving state and carry out reliable operation of the power plant.

Слив хладагента периодически осуществляется через вентиль 17. В процессе работы электростанции устройство для осушки воздуха не сможет полностью удалить влагу из воздуха, поэтому на конструкциях пароперегревателя возможно образование льда. Лед с конструкций пароперегревателя удаляется с помощью ультразвука, попадает на транспортер 4 и удаляется в отвал.The refrigerant is periodically drained through valve 17. During the operation of the power plant, the air dryer cannot completely remove moisture from the air, so ice can form on the superheater structures. Ice from the superheater structures is removed using ultrasound, enters the conveyor 4 and is disposed of in the dump.

Вакуум в системе сосудов и трубопроводов Дьюара поддерживается вакуум-насосом 22.The vacuum in the system of vessels and pipelines of the Dewar is supported by a vacuum pump 22.

Главным преимуществом предлагаемой электростанции является утилизация холода. Значимое преимущество составляет герметичное соединение между собой котла и пароперегревателя. Это преимущество выражается в том, что расширяет температурные возможности хладагента на порядок, т.е. хладагент с температуры минус 212°С может нагреваться до температуры минус 90-100°С.The main advantage of the proposed power plant is the utilization of cold. A significant advantage is the tight connection between the boiler and the superheater. This advantage is expressed in that it extends the temperature capabilities of the refrigerant by an order of magnitude, i.e. the refrigerant from a temperature of minus 212 ° C can be heated to a temperature of minus 90-100 ° C.

Электростанция снабжена контрольно-измерительными приборами и может работать в автоматическом режиме.The power plant is equipped with instrumentation and can operate in automatic mode.

Claims

A thermal power plant containing a tubular boiler, a superheater, a turbine with a generator, two fans, two pumps, two filters, three compressors, two Dewar vessels, a condenser, two evaporators, two conveyors, in which atmospheric air is used as an energy carrier, and as a working medium cryogenic liquid was applied to the body and the refrigerant, the boiler and superheater are equipped with a working fluid heating system made in the form of ducts and fans, and the pressure line of the working fluid behind the feed pump passes through t heat exchanger, at the inlet of the energy carrier (atmospheric air) into the superheater and boiler, an air drying device is installed, characterized in that it includes a cold utilization unit, a heat exchanger that serves to separate nitrogen from the air, two pumps that supply the working fluid and refrigerant to the corresponding evaporators and a vacuum pump that maintains a vacuum in the pipes and vessels of the Dewar, and the boiler and superheater are connected tightly.