RU2291307C2 - Способ преобразования тепловой энергии в механическую работу - Google Patents
Способ преобразования тепловой энергии в механическую работу Download PDFInfo
- Publication number
- RU2291307C2 RU2291307C2 RU2004137749/06A RU2004137749A RU2291307C2 RU 2291307 C2 RU2291307 C2 RU 2291307C2 RU 2004137749/06 A RU2004137749/06 A RU 2004137749/06A RU 2004137749 A RU2004137749 A RU 2004137749A RU 2291307 C2 RU2291307 C2 RU 2291307C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- steam
- condenser
- fluorocarbons
- work
- Prior art date
Links
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к энергетике, а конкретно к преобразованию тепловой энергии в механическую работу при помощи паровой машины. Изобретение может быть использовано на атомных и тепловых электростанциях, а также на транспорте. Способ преобразования тепловой энергии в механическую работу включает испарение рабочего тела в парогенераторе, расширение его в паровой машине с совершением работы, конденсацию отработанного пара в конденсаторе, при этом в качестве рабочего тела в этом термодинамическом цикле используют смесь предельных фторуглеродов CnF2n+2 с примесью непредельных фторуглеродов, но с ограничением температуры начала пиролиза, которая должна быть выше температуры пара в парогенераторе, и ограничением температуры конденсации, которая должна быть выше температуры пара в конденсаторе при соответствующем разрежении. Технический результат от совокупности влияния признаков, предлагаемых в изобретении, заключается в увеличении коэффициента полезного действия.
Description
Изобретение относится к энергетике, а конкретно к преобразованию тепловой энергии в механическую работу при помощи паровой машины. Изобретение может быть использовано на атомных и тепловых электростанциях, а также на транспорте.
Известен способ преобразования тепловой энергии, заключающийся в том, что рабочим телом в контуре парогенератор-турбина служит углекислый газ, который нагревается в теплообменнике до температуры 700-800°С, поступает на газотурбинную установку, а после нее компрессором возвращается в теплообменник (В.М.Новиков. Жидкосолевые ядерные энергетические установки. Перспективы и проблемы. М., 1980 г.). Основной недостаток этого способа состоит в том, что большая доля энергии турбины (около 60%) затрачивается на работу компрессора.
Известен способ преобразования тепловой энергии, в котором в качестве рабочего тела используется водяной пар (Л.С.Стерман и др. Тепловые и атомные электростанции. М.: Энергоиздат, 1982 г.). В современных ТЭС водяной пар на выходе из парогенератора с давлением до 25 МПа температурой около 650°C поступает в цилиндр высокого давления турбины, после него нагревается вновь до 650°С в перегревателе и поступает в цилиндр низкого давления. Отработанный пар конденсируется в конденсаторе. Конденсат подогревается в подогревателях низкого и высокого давления и насосами закачивается в парогенератор. Основной недостаток этого способа состоит в том, что большая часть полученного в парогенераторе тепла (более 50%) сбрасывается через конденсатор в атмосферу, так как теплота испарения воды очень большая r=2,256·106 Дж/кг.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному является (авт.св. СССР №362939, F 01 К 25/00, 1977 г. Рабочее тело термодинамического цикла для силовой энергоустановки), по которому предлагается использование в качестве рабочего тела смеси 70-80% октафторциклобутана С4F8 (температура кипения -5°С) и 30-20% углекислоты СО2 (температура кипения - 56,6°С). Эта смесь действительно хорошо подходит для утилизации низкопотенциального тепла.
Основной недостаток этого изобретения - это невозможность использования указанной смеси для тепловых и атомных электростанций, где температура конденсации определяется температурой воды, поступающей из градирни в конденсатор, которая летом достигает 35°С, что значительно выше температуры конденсации вышеуказанной смеси.
Технический результат от совокупности влияния признаков, предлагаемых в изобретении, заключается в увеличении коэффициента полезного действия.
Указанный технический результат в способе преобразования тепловой энергии в механическую работу, включающем испарение рабочего тела в парогенераторе, расширение его в паровой машине с совершением работы, конденсацию отработанного пара в конденсаторе, достигается тем, что в качестве рабочего тела в этом термодинамическом цикле используют смесь предельных фторуглеродов CnF2n+2 с примесью непредельных фторуглеродов, но с ограничением температуры начала пиролиза, которая должна быть выше температуры пара в парогенераторе, и ограничением температуры конденсации, которая должна быть выше температуры пара в конденсаторе при соответствующем разрежении.
Сущность изобретения заключается в том, что применение в термодинамическом цикле в качестве рабочего тела смеси предельных и непредельных фторуглеродов позволяет значительно уменьшить сброс тепла в конденсатор, так как теплота испарения как предельных, так и непредельных фторуглеродов в 25-28 раз меньше теплоты испарения воды. При существующем методе получения фторуглеродов фторирующими агентами (фтором и фторидами кобальта, марганца, серебра) в выбранной фракции нефти, кроме предельных углеводородов, могут быть и непредельные от СnНn до CnH2n. При избытке фтора, замещающего водород, они превращаются в основном в предельные фторуглероды CnF2n+2, но все же с примесью непредельных фторуглеродов и непрореагировавших углеводородов. (В.Д.Штейнгарц. "Фторуглероды". 1992 г., Химия). При анализе теплофизических и химических характеристик этой смеси установлено, что очистка от остатков углеводородов не трудоемка, а очистку от непредельных фторуглеродов, что наиболее трудоемко, можно не производить, так как их основная тепловая характеристика - теплота испарения примерно совпадает с теплотой испарения соответствующих предельных фторуглеродов. Это позволяет использовать в качестве рабочего тела смесь предельных фторуглеродов с примесью непредельных фторуглеродов с вышеуказанными ограничениями по температуре пиролиза и по температуре конденсации.
Для этого полученную смесь выдерживают определенное технологией время при температуре tn начала пиролиза, а затем конденсируют при температуре выше температуры пара в конденсаторе. Фторуглероды, температура начала пиролиза которых ниже температуры tn, распадаются на легкие и тяжелые фракции. При конденсации легкие фракции при соответствующем разрежении сбрасываются в виде газа, а тяжелые фракции конденсируются и используются как составная часть рабочего тела. Предельные и непредельные фторуглероды химически и радиационно стойки, негорючи и коррозионно безопасны.
На современных электростанциях температура пара в парогенераторе tmax=650°C, a температура в конденсаторе в летнее время около t=35°C, следовательно, температурные границы смеси фторуглеродов выбирают следующие:
температура кипения tкип>35°C, температура начала пиролиза tпир>650°C.
В эти границы укладываются предельные фторугдероды от С6F14 с tкип>50°С и tпир>800°С до С10F22 с tкип=150°С и tпир=680°С.
Для оценочного расчета КПД можно взять тепловые параметры среднего из смеси фторуглеродов C8F18:
- температура кипения 103°С,
- удельная средняя теплоемкость Ср=1644 Дж/кг °С,
- теплота испарения r=7,992·104 Дж/кг.
Термический КПД цикла η=L/Q, где Q - количество тепла, подведенного к 1 кг рабочего тела, L - энергия 1 кг рабочего тела, превращенная в теоретическую работу в термодинамическом цикле.
При температуре пара в парогенераторе t1=650°C и температуре пара в конденсаторе t2=35°C
Q=Cp(t1-t2)+r=1644(650-35)+79920=1090980 Дж/кг
L=Q-r=1090980-79920=1011060 Дж/кг
КПД электростанции ηc=η·ηт·ηэ·ηтеп·ηпр·ηсн.
КПД турбины ηт=0,8-0,9.
КПД, учитывающий электрические, тепловые и прочие потери ηэ·ηтеп·ηпр=0,9
КПД, учитывающий собственные нужды ηс.н.=0,97
ηс=η·ηт·ηэ·ηтеп·ηпр·ηсн=0,9267(0,8-0,9)-0,9·0,97=0,647-0,728.
(Л.С.Стерман. Тепловые и атомные электростанции. М.: Энергоиздат, 1982 г.).
Использование предложенного способа в большой энергетике связано с большими капитальными затратами на замену турбин и на производство фторуглеродов. Поэтому более реальным будет применение этого способа при изготовлении новых небольших электростанций, тепловозов и кораблей.
В этом случае можно разработать типовые турбогенераторы. Высокий коэффициент полезного действия электростанции обеспечит снижение почти в два раза топливной составляющей в себестоимости электроэнергии.
Преимущество предложенного способа состоит в следующем:
1. Использование в качестве рабочего тела в термодинамическом цикле смеси предельных и непредельных фторуглеродов обеспечивает повышение коэффициента полезного действия до 64-72%.
2. Использование неочищенной смеси фторуглеродов значительно снижает стоимость рабочего тела, а значит, и себестоимость электроэнергии.
Claims (1)
- Способ преобразования тепловой энергии в механическую работу, включающий испарение рабочего тела в парогенераторе, расширение его в паровой машине с совершением работы, конденсацию отработанного пара в конденсаторе, отличающийся тем, что в качестве рабочего тела в этом термодинамическом цикле используют смесь предельных фторуглеродов CnF2n+2 с примесью непредельных фторуглеродов, но с ограничением температуры начала пиролиза, которая должна быть выше температуры пара в парогенераторе, и ограничением температуры конденсации, которая должна быть выше температуры пара в конденсаторе при соответствующем разрежении.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KZ2004/0896.1 | 2004-06-25 | ||
KZ20040896 | 2004-06-25 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2291307C2 true RU2291307C2 (ru) | 2007-01-10 |
Family
ID=37761402
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004137749/06A RU2291307C2 (ru) | 2004-06-25 | 2004-12-23 | Способ преобразования тепловой энергии в механическую работу |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2291307C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2571698C2 (ru) * | 2010-06-01 | 2015-12-20 | Ман Трак Унд Бас Аг | Способ и устройство для эксплуатации парового цикла со смазываемым детандером |
-
2004
- 2004-12-23 RU RU2004137749/06A patent/RU2291307C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2571698C2 (ru) * | 2010-06-01 | 2015-12-20 | Ман Трак Унд Бас Аг | Способ и устройство для эксплуатации парового цикла со смазываемым детандером |
US9382816B2 (en) | 2010-06-01 | 2016-07-05 | Man Truck & Bus Ag | Method and apparatus for operating a steam cycle process with a lubricated expander |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8250847B2 (en) | Combined Brayton-Rankine cycle | |
RU2501958C2 (ru) | Способ выработки энергии посредством осуществления термодинамических циклов с водяным паром высокого давления и умеренной температуры | |
CN102451605B (zh) | 二氧化碳回收方法及二氧化碳回收型火力发电系统 | |
CA2190675C (en) | Conversion of waste heat to power | |
CN103195524A (zh) | 用于朗肯循环系统的非共沸工作流体混合物 | |
JP2014514488A (ja) | 有機ランキンサイクル作動流体としてのフッ素化オキシラン及びその使用方法 | |
CN104533623A (zh) | 一种部分氧化注蒸汽正逆燃气轮机联合循环 | |
CN105443177A (zh) | 往复发动机余热回收系统及方法 | |
KR100814940B1 (ko) | 순산소연소기를 구비한 화력발전플랜트 | |
JPH09203304A (ja) | 廃棄物を燃料とする複合発電システム | |
JP3905967B2 (ja) | 発電・給湯システム | |
CN104131849B (zh) | 天然气-氧与煤粉燃烧相结合的联合循环发电系统及方法 | |
RU2291307C2 (ru) | Способ преобразования тепловой энергии в механическую работу | |
DE102011121341A1 (de) | Dampfkraftprozess mit schnellaktivierbarer Leistungsreserve für die Elektroenergieerzeugung im Kreisprozess | |
US3436911A (en) | Apparatus for combined gas-steam-ammonia cycle | |
CN109681325A (zh) | 零碳排放的天然气-超临界co2联合循环发电工艺 | |
RU121300U1 (ru) | Экологически чистое электрогенерирующее устройство с высокотемпературной паровой турбиной и воздушным конденсатором | |
CN109578098A (zh) | 零碳排放的天然气热电联供发电工艺 | |
RU2230921C2 (ru) | Способ работы парогазовой электростанции на комбинированном топливе (твердом с газообразным или жидким) и парогазовая установка для его реализации | |
CN104987280B (zh) | 一种碳捕集和余热发电耦合的煤气化制甲醇系统及方法 | |
RU2561770C2 (ru) | Способ работы парогазовой установки | |
CN203534225U (zh) | 一种余热联合利用发电系统 | |
US20100186409A1 (en) | Rankine cycle with multiple configuration of vortex | |
RU2476690C2 (ru) | Способ работы парогазовой установки | |
RU2560503C1 (ru) | Способ работы тепловой электрической станции |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111224 |