RU2552481C1

RU2552481C1 - Способ работы тепловой электрической станции

Info

Publication number: RU2552481C1
Application number: RU2013158751/06A
Authority: RU
Inventors: Айрат Маратович Гафуров
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2015-06-10

Abstract

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на тепловых электрических станциях для утилизации сбросной низкопотенциальной теплоты в конденсаторах паровых турбин в зимний период времени. Раскрыт способ работы тепловой электрической станции, по которому используют тепловой двигатель (5) с замкнутым контуром циркуляции, который работает по органическому циклу Ренкина. В тепловом двигателе (5) в качестве охлаждающей жидкости используют низкокипящее рабочее тело, циркулирующее в замкнутом контуре. Рабочее тело расширяют в турбодетандере (6) теплового двигателя (5), конденсируют в теплообменнике-конденсаторе (8) и сжимают в конденсатном насосе (9). Отработавший пар поступает из паровой турбины (1) в паровое пространство конденсатора (2) паровой турбины, конденсируется на поверхности конденсаторных трубок. Конденсат с помощью конденсатного насоса (3) конденсатора (2) паровой турбины направляют в систему регенерации. При помощи указанного теплового двигателя (5) осуществляют утилизацию сбросной низкопотенциальной тепловой энергии отработавшего в турбине (1) пара. При этом тепловой двигатель (5) используют при конденсации отработавшего в турбине (1) пара. Низкокипящее рабочее тело, после его сжатия в конденсатном насосе (9) теплового двигателя (5), нагревают и испаряют в конденсаторе (2) паровой турбины, используя скрытую теплоту парообразования, которую отводят при помощи низкокипящего рабочего тела, циркулирующего в замкнутом контуре, в турбодетандер (6) теплового двигателя. Расширение низкокипящего рабочего тела осуществляют до температуры насыщения с влажностью, не превышающей 12%. Изобретение

Description

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на тепловых электрических станциях (ТЭС) для утилизации сбросной низкопотенциальной теплоты в конденсаторах паровых турбин ТЭС в зимний период времени.

Аналогом является способ работы тепловой электрической станции, по которому весь поток обратной сетевой воды, возвращаемый от потребителей, последовательно нагревают паром отборов турбины в нижнем и в верхнем сетевых подогревателях, а затем направляют потребителям, охлаждение отработавшего пара производят циркуляционной водой, которую используют в качестве источника низкопотенциальной теплоты для испарителя теплонасосной установки, при этом весь поток сетевой воды после нижнего сетевого подогревателя дополнительно подогревают в конденсаторе теплонасосной установки (патент RU №2269656, МПК F01K 17/02, 10.02.2006).

Прототипом является способ работы тепловой электрической станции, содержащей подающий и обратный трубопроводы сетевой воды, паровую турбину с отопительными отборами пара и конденсатором, к которому подключены напорный и сливной трубопроводы циркуляционной воды, сетевые подогреватели, включенные по нагреваемой среде между подающим и обратным трубопроводами сетевой воды и подключенные по греющей среде к отопительным отборам, теплонасосную установку, испаритель которой подключен по греющей среде к сливному трубопроводу циркуляционной воды, при этом конденсатор теплонасосной установки по нагреваемой среде включен в подающий трубопровод сетевой воды после сетевых подогревателей (патент RU №2268372, МПК F01K 17/02, 20.01.2006).

В известном способе сетевую воду, поступающую от потребителей по обратному трубопроводу сетевой воды, с помощью сетевого насоса подают в сетевые подогреватели, где нагревают паром отопительных отборов турбины. Отработавший в турбине пар охлаждают в конденсаторе, для чего подают в него по напорному трубопроводу и отводят по сливному трубопроводу циркуляционную воду. Нагретую в сетевых подогревателях сетевую воду перед подачей потребителям дополнительно нагревают в конденсаторе теплонасосной установки, в качестве низкопотенциального источника теплоты в испарителе теплонасосной установки используют циркуляционную воду из сливного трубопровода.

Таким образом, в известном способе работы тепловой электрической станции отработавший пар поступает из паровой турбины в паровое пространство конденсатора, конденсируется на поверхности конденсаторных трубок, внутри которых протекает охлаждающая жидкость, при этом конденсат с помощью конденсатного насоса конденсатора паровой турбины направляют в систему регенерации, причем при конденсации пара осуществляют утилизацию сбросной низкопотенциальной тепловой энергии отработавшего в турбине пара при помощи охлаждающей жидкости.

Основным недостатком аналога и прототипа является относительно низкий коэффициент полезного действия ТЭС по выработке электрической энергии из-за отсутствия полной утилизации сбросной скрытой теплоты парообразования в конденсаторе паровой турбины для дополнительной выработки электроэнергии, обусловленной использованием вторичного контура (теплонасосной установки). Кроме этого, недостатком является низкий ресурс и надежность работы конденсатора паровой турбины из-за использования технической (циркуляционной) воды, которая загрязняет конденсатор паровой турбины.

Из-за повышенных тепловых выбросов циркуляционной воды в водоем-охладитель в зимний период времени нарушается его экосистема.

Задачей изобретения является повышение коэффициента полезного действия ТЭС за счет полного использования сбросной низкопотенциальной теплоты для дополнительной выработки электрической энергии, повышение ресурса и надежности работы конденсатора паровой турбины и снижение тепловых выбросов в окружающую среду.

Технический результат достигается тем, что в способе работы тепловой электрической станции, по которому отработавший пар поступает из паровой турбины в паровое пространство конденсатора, конденсируется на поверхности конденсаторных трубок, внутри которых протекает охлаждающая жидкость, при этом конденсат с помощью конденсатного насоса конденсатора паровой турбины направляют в систему регенерации, причем при конденсации пара осуществляют утилизацию сбросной низкопотенциальной тепловой энергии отработавшего в турбине пара при помощи охлаждающей жидкости, согласно настоящему изобретению утилизацию сбросной низкопотенциальной тепловой энергии отработавшего в турбине пара осуществляют при помощи теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина, в котором в качестве охлаждающей жидкости используют низкокипящее рабочее тело, циркулирующее в замкнутом контуре, при этом его сжимают в конденсатном насосе теплового двигателя, нагревают и испаряют в конденсаторе паровой турбины, расширяют в турбодетандере теплового двигателя и конденсируют в теплообменнике-конденсаторе теплового двигателя.

В качестве теплообменника-конденсатора теплового двигателя используют или конденсатор воздушного охлаждения, или конденсатор водяного охлаждения, или конденсатор воздушного и водяного охлаждения.

В качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный углекислый газ CO₂.

Таким образом, технический результат достигается за счет полной утилизации сбросной низкопотенциальной теплоты (скрытой теплоты парообразования), которую осуществляют путем нагрева, в конденсаторе паровой турбины, низкокипящего рабочего тела (сжиженного углекислого газа CO₂) теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, на которой представлена тепловая электрическая станция, имеющая тепловой двигатель с теплообменником-конденсатором.

На фиг.1 цифрами обозначены:

1 - паровая турбина,

2 - конденсатор паровой турбины,

3 - конденсатный насос конденсатора паровой турбины,

4 - основной электрогенератор,

5 - тепловой двигатель с замкнутым контуром циркуляции,

6 - турбодетандер,

7 - электрогенератор,

8 - теплообменник-конденсатор,

9 - конденсатный насос.

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.

В тепловую электрическую станцию введен тепловой двигатель 5 с замкнутым контуром циркуляции, работающий по органическому циклу Ренкина.

Замкнутый контур циркуляции теплового двигателя 5 выполнен в виде контура с низкокипящим рабочим телом, содержащим последовательно соединенные турбодетандер 6 с электрогенератором 7, теплообменник-конденсатор 8 и конденсатный насос 9, причем выход конденсатного насоса 9 соединен по нагреваемой среде с входом конденсатора 2 паровой турбины, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом турбодетандера 6, образуя замкнутый контур охлаждения.

Способ работы тепловой электрической станции осуществляют следующим образом.

Отработавший пар поступает из паровой турбины 1 в паровое пространство конденсатора 2, конденсируется на поверхности конденсаторных трубок, внутри которых протекает охлаждающая жидкость, при этом конденсат с помощью конденсатного насоса 3 конденсатора паровой турбины направляют в систему регенерации, причем при конденсации пара осуществляют утилизацию сбросной низкопотенциальной тепловой энергии отработавшего в турбине 1 пара при помощи охлаждающей жидкости.

Отличием предлагаемого способа является то, что утилизацию сбросной низкопотенциальной тепловой энергии отработавшего в турбине 1 пара осуществляют при помощи теплового двигателя 5 с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина, в котором в качестве охлаждающей жидкости используют низкокипящее рабочее тело, циркулирующее в замкнутом контуре, при этом его сжимают в конденсатном насосе 9 теплового двигателя, нагревают и испаряют в конденсаторе 2 паровой турбины, расширяют в турбодетандере 6 теплового двигателя и конденсируют в теплообменнике-конденсаторе 8 теплового двигателя.

В качестве теплообменника-конденсатора 8 теплового двигателя используют или конденсатор воздушного охлаждения, или конденсатор водяного охлаждения, или конденсатор воздушного и водяного охлаждения.

Пример конкретного выполнения.

Отработавший пар, поступающий из паровой турбины 1 в паровое пространство конденсатора 2, конденсируется на поверхности конденсаторных трубок, внутри которых протекает охлаждающая жидкость (сжиженный углекислый газ CO₂).

Мощность паровой турбины 1 передается соединенному на одном валу основному электрогенератору 4.

Конденсация пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования, которая отводится при помощи охлаждающей жидкости. Образующийся конденсат с помощью конденсатного насоса 3 конденсатора паровой турбины направляют в систему регенерации.

Преобразование сбросной низкопотенциальной тепловой энергии отработавшего в турбине 1 пара в механическую и далее в электрическую происходит в замкнутом контуре циркуляции теплового двигателя 5, работающего по органическому циклу Ренкина.

Таким образом, утилизацию сбросной низкопотенциальной теплоты (скрытой теплоты парообразования) осуществляют путем нагрева, в конденсаторе 2 паровой турбины 1, низкокипящего рабочего тела (сжиженного углекислого газа CO₂) теплового двигателя 5 с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина.

Весь процесс начинается с сжатия в конденсатном насосе 9 сжиженного углекислого газа CO₂, который направляют на нагрев и испарение в конденсатор 2 паровой турбины, куда поступает отработавший в турбине 1 пар.

Температура кипения сжиженного углекислого газа CO₂ сравнительна низка (292,26 К при давлении 5,61 МПа), поэтому в конденсаторе 2 паровой турбины он быстро испаряется и переходит в газообразное состояние, после чего, имея температуру перегретого газа, его направляют в турбодетандер 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 278 К с влажностью, не превышающей 12%.

Далее, при снижении температуры углекислого газа CO₂, происходит его сжижение в теплообменнике-конденсаторе 8, выполненном, например, в виде конденсатора воздушного охлаждения, охлаждаемого низкотемпературным воздухом окружающей среды в температурном диапазоне от 223,15 К до 273,15 К.

После теплообменника-конденсатора 8 в сжиженном состоянии углекислый газ CO₂ направляют для сжатия в конденсатный насос 9 теплового двигателя.

Далее органический цикл Ренкина на основе низкокипящего рабочего тела повторяется.

Использование предлагаемого способа работы тепловой электрической станции позволит по сравнению с прототипом повысить коэффициент полезного действия ТЭС за счет полного использования сбросной низкопотенциальной теплоты для дополнительной выработки электрической энергии, повысить ресурс и надежность работы конденсатора паровой турбины и снизить тепловые выбросы в окружающую среду.

Claims

1. Способ работы тепловой электрической станции, по которому используют тепловой двигатель с замкнутым контуром циркуляции, работающий по органическому циклу Ренкина, в котором в качестве охлаждающей жидкости используют низкокипящее рабочее тело, циркулирующее в замкнутом контуре, при этом его расширяют в турбодетандере теплового двигателя, конденсируют в теплообменнике-конденсаторе теплового двигателя и сжимают в конденсатном насосе теплового двигателя, причем отработавший пар поступает из паровой турбины в паровое пространство конденсатора паровой турбины, конденсируется на поверхности конденсаторных трубок, а конденсат с помощью конденсатного насоса конденсатора паровой турбины направляют в систему регенерации, отличающийся тем, что при помощи указанного теплового двигателя осуществляют утилизацию сбросной низкопотенциальной тепловой энергии отработавшего в турбине пара, при этом тепловой двигатель используют при конденсации отработавшего в турбине пара, причем низкокипящее рабочее тело, после его сжатия в конденсатном насосе теплового двигателя, нагревают и испаряют в конденсаторе паровой турбины, используя скрытую теплоту парообразования, которую отводят при помощи низкокипящего рабочего тела, циркулирующего в замкнутом контуре, в турбодетандер теплового двигателя, а расширение низкокипящего рабочего тела осуществляют до температуры насыщения с влажностью, не превышающей 12%.

2. Способ работы тепловой электрической станции по п. 1, отличающийся тем, что в качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный углекислый газ СO₂, который нагревают в конденсаторе паровой турбины до температуры, при которой он испаряется.

3. Способ работы тепловой электрической станции по п. 1, отличающийся тем, что в качестве теплообменника-конденсатора теплового двигателя используют или конденсатор воздушного охлаждения, или конденсатор водяного охлаждения, или конденсатор воздушного и водяного охлаждения.