RU2787622C1 - Thermal power plant with a regeneration system and method of its operation - Google Patents
Thermal power plant with a regeneration system and method of its operation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2787622C1 RU2787622C1 RU2022120000A RU2022120000A RU2787622C1 RU 2787622 C1 RU2787622 C1 RU 2787622C1 RU 2022120000 A RU2022120000 A RU 2022120000A RU 2022120000 A RU2022120000 A RU 2022120000A RU 2787622 C1 RU2787622 C1 RU 2787622C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steam
- working fluid
- absorber
- enters
- thermal power
- Prior art date
Links
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 title claims abstract description 11
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 67
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims abstract description 50
- 230000001172 regenerating Effects 0.000 claims abstract description 25
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 claims description 31
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 claims description 30
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 238000009835 boiling Methods 0.000 abstract description 5
- 238000009833 condensation Methods 0.000 abstract description 4
- 230000005494 condensation Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 2
- 241001120493 Arene Species 0.000 description 1
- XKMLYUALXHKNFT-UUOKFMHZSA-N Guanosine-5'-triphosphate Chemical compound C1=2NC(N)=NC(=O)C=2N=CN1[C@@H]1O[C@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OP(O)(O)=O)[C@@H](O)[C@H]1O XKMLYUALXHKNFT-UUOKFMHZSA-N 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- -1 fluorine- and chlorine Chemical compound 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000011068 load Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 150000003961 organosilicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 238000003303 reheating Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000011555 saturated liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в схемах тепловых электрических станций, в том числе в малой распределенной энергетике. The invention relates to thermal power engineering and can be used in circuits of thermal power plants, including small distributed power generation.
Известны тепловые электрические станции, в которых тепловая энергия (получаемая чаще всего в результате сжигания органического топлива) передается рабочему телу и преобразуется в работу с целью выработки электрической энергии (конденсационные электрические станции) либо тепловой и электрической энергии (теплоэлектроцентрали). Тепловые электрические станции, использующие подобный принцип, работают по термодинамическому циклу Ренкина [Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции: Учебник для теплоэнерг. спец. вузов. - М.-Л.: Энергия, 1967. - 26 с.]. Принципиальная схема тепловой электрической станции, работающей по циклу Ренкина, включает паровую турбину, соединенную с электрогенератором и конденсатором, конденсатор соединен последовательно с питательным насосом и котлоагрегатом.Thermal power plants are known in which thermal energy (obtained most often as a result of burning fossil fuels) is transferred to the working fluid and converted into work in order to generate electrical energy (condensing power plants) or thermal and electrical energy (thermal power plants). Thermal power plants using a similar principle operate according to the Rankine thermodynamic cycle [Ryzhkin V.Ya. Thermal power stations: Textbook for thermal power. specialist. universities. - M.-L.: Energy, 1967. - 26 p.]. A schematic diagram of a thermal power plant operating on the Rankine cycle includes a steam turbine connected to an electric generator and a condenser, the condenser is connected in series with a feed pump and a boiler unit.
Данные электростанции широко применяются в энергетике для выработки электрической и тепловой энергии, однако имеют ряд недостатков:These power plants are widely used in the energy sector to generate electrical and thermal energy, but they have a number of disadvantages:
– большие тепловые потери (около 40-60% от всей теплоты, полученной в котлоагрегате в результате сжигания топлива), большая часть из которых наблюдается в конденсаторе паровой турбины, где отработавший после турбины пар охлаждается холодной водой;- large heat losses (about 40-60% of the total heat received in the boiler as a result of fuel combustion), most of which are observed in the steam turbine condenser, where the steam exhausted after the turbine is cooled by cold water;
– значительные выбросы вредных веществ в атмосферу, вызванные перерасходом топлива вследствие значительных тепловых потерь;– significant emissions of harmful substances into the atmosphere caused by excessive fuel consumption due to significant heat losses;
– значительное потребление воды из природных источников для охлаждения конденсатора, тепловое загрязнение гидросферы;- significant consumption of water from natural sources for cooling the condenser, thermal pollution of the hydrosphere;
– существенное снижение энергетической эффективности при уменьшении начальных и повышении конечных параметров пара, что ограничивает применение в малой энергетике.- a significant decrease in energy efficiency with a decrease in the initial and increase in the final steam parameters, which limits the use in small-scale power generation.
Прототипом устройства теплоэлектростанции принимается устройство тепловой электрической станции, описанной в патенте «Теплоэлектростанция и способ ее работы» патент
RU 2759583 C1, F01K 25/08 (2006.01), F25B 15/00 (2006.01). Публикация: 15.11.2021.The prototype of the thermal power plant device is the device of a thermal power plant described in the patent "Thermal power plant and its method of operation" patent
RU 2759583 C1, F01K 25/08 (2006.01), F25B 15/00 (2006.01). Publication: 11/15/2021.
Основными элементами данной электрической станции, работающей по циклу Ренкина с использованием абсорбционного принципа, являются котлоагрегат, паровая турбина, питательный насос, образующие парожидкостный тракт, а также соединённый с паровой турбиной электрогенератор, абсорбер с контуром возврата абсорбента. В котлоагрегат встроен генератор пара, абсорбер соединен с генератором пара через питательный насос, генератор пара через охладитель абсорбента и устройство для снижения давления расширительный клапан соединен с абсорбером.The main elements of this power plant, operating on the Rankine cycle using the absorption principle, are a boiler unit, a steam turbine, a feed pump that form a vapor-liquid path, as well as an electric generator connected to the steam turbine, an absorber with an absorbent return circuit. A steam generator is built into the boiler, the absorber is connected to the steam generator through a feed pump, the steam generator is connected to the absorber through an absorbent cooler and a pressure reducing device, the expansion valve is connected to the absorber.
Недостатками прототипа, описанного в данном патенте, являются:The disadvantages of the prototype described in this patent are:
– использование для охлаждения абсорбента отдельного аппарата (охладителя абсорбента), что повышает металлоемкость электростанции и снижает ее надежность;- the use of a separate apparatus for cooling the absorbent (absorbent cooler), which increases the metal intensity of the power plant and reduces its reliability;
– снижение точности регулирования температуры и давления абсорбции вследствие наличия расширительного вентиля и участка трубопровода между абсорбером и охладителем абсорбента;– decrease in the accuracy of temperature and absorption pressure control due to the presence of an expansion valve and a pipeline section between the absorber and the absorbent cooler;
– высокая вероятность вскипания раствора после процесса дросселирования в расширительном вентиле, что ухудшает протекание процесса абсорбции.– high probability of the solution boiling up after the throttling process in the expansion valve, which impairs the absorption process.
Известна технология работы тепловой электрической станции, работающая по термодинамическому циклу Ренкина [Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции: Учебник для теплоэнерг. спец. вузов. - М.-Л.: Энергия, 1967. - 26 с.], в котором тепловая энергия преобразуется в работу с целью выработки электрической (в некоторых случаях – также тепловой) энергии.Known technology of operation of a thermal power plant operating on the thermodynamic Rankine cycle [Ryzhkin V.Ya. Thermal power stations: Textbook for thermal power. specialist. universities. - M.-L.: Energy, 1967. - 26 p.], in which thermal energy is converted into work in order to generate electrical (in some cases also thermal) energy.
В котлоагрегате в результате сжигания органического топлива тепловая энергия передается поверхностям нагрева, по которым циркулирует рабочее тело (чаще всего – вода). В результате протекания по трубам котлоагрегата рабочее тело воспринимает получаемую теплоту, нагревается и испаряется. Пар рабочего тела направляется в паровую турбину, где энергия расширения пара преобразуется в механическую работу вращения ротора турбины. Механическая работа ротора турбины передается ротору электрогенератора, в обмотках статора которого генерируется электрическая энергия. После расширения в паровой турбине пар направляется в конденсатор, где должен быть сконденсирован. Конденсация пара обеспечивается за счет охлаждения пара холодной водой. Полученный конденсат затем направляется питательным насосом в котлоагрегат для повторного использования. Цикл замыкается. In the boiler unit, as a result of burning fossil fuels, thermal energy is transferred to the heating surfaces, through which the working fluid (most often water) circulates. As a result of flowing through the pipes of the boiler unit, the working fluid perceives the received heat, heats up and evaporates. The steam of the working fluid is sent to the steam turbine, where the energy of steam expansion is converted into mechanical work of rotation of the turbine rotor. The mechanical work of the turbine rotor is transferred to the rotor of the electric generator, in the stator windings of which electrical energy is generated. After expansion in the steam turbine, the steam is sent to the condenser where it must be condensed. Steam condensation is achieved by cooling the steam with cold water. The resulting condensate is then sent by a feed pump to the boiler for reuse. The cycle closes.
Для повышения энергетической эффективности могут использоваться промежуточный перегрев пара (за счет повышения параметров пара перед турбиной) или регенеративные отборы пара (за счет повышения средней температуры подвода теплоты в цикле). To increase the energy efficiency, reheating of steam (due to increasing the steam parameters before the turbine) or regenerative steam extractions (due to increasing the average heat supply temperature in the cycle) can be used.
Недостатками технологий работы электростанций, работающих по циклу Ренкина, являются:The disadvantages of operating technologies for power plants operating on the Rankine cycle are:
– большие тепловые потери (около 40-60% от всей теплоты, полученной в котлоагрегате в результате сжигания топлива), большая часть из которых наблюдается в конденсаторе паровой турбины, где отработавший после турбины пар охлаждается холодной водой;- large heat losses (about 40-60% of the total heat received in the boiler as a result of fuel combustion), most of which are observed in the steam turbine condenser, where the steam exhausted after the turbine is cooled by cold water;
– значительные выбросы вредных веществ в атмосферу, вызванные перерасходом топлива вследствие значительных тепловых потерь;– significant emissions of harmful substances into the atmosphere caused by excessive fuel consumption due to significant heat losses;
– значительное потребление воды из природных источников для охлаждения конденсатора, тепловое загрязнение гидросферы;- significant consumption of water from natural sources for cooling the condenser, thermal pollution of the hydrosphere;
– снижение выработки электрической энергии при использовании регенеративных отборов;- reduction in the generation of electrical energy when using regenerative extractions;
– существенное снижение энергетической эффективности при уменьшении начальных и повышении конечных параметров пара, что ограничивает применение в малой энергетике.- a significant decrease in energy efficiency with a decrease in the initial and increase in the final steam parameters, which limits the use in small-scale power generation.
Прототипом по технологии выбран способ работы энергетической системы, описанный в патенте «Теплоэлектростанция и способ ее работы» патент RU 2759583 C1, F01K 25/08 (2006.01), F25B 15/00 (2006.01). Публикация: 15.11.2021.The technology prototype is the method of operation of the energy system described in the patent "Thermal power plant and the method of its operation" patent RU 2759583 C1, F01K 25/08 (2006.01), F25B 15/00 (2006.01). Publication: 11/15/2021.
Отработавший после паровой турбины пар, имеющий еще достаточно высокий потенциал, поступает в абсорбер, в котором находится абсорбент. При взаимодействии двух сред – абсорбента, находящегося в абсорбере и отработанного пара, поступающего из паровой турбины, пар поглощается абсорбером и получившийся раствор - слабый раствор перекачивается питательным насосом в котлоагрегат. В котлоагрегат со встроенным генератором пара подводится топливо в результате сжигания которого образуется теплота, передающаяся генератору пара. В результате подвода теплоты к генератору пара раствор разделяется на рабочее тело и абсорбент. Рабочее тело направляется на дальнейший перегрев пара в котлоагрегате и в паровую турбину для совершения полезной работы и выработки электрической энергии электрогенератором. Абсорбент, имеющий большую температуру испарения, чем рабочее тело, направляется по контуру возврата абсорбента («сильный раствор») через охладитель абсорбента и расширительный клапан в абсорбер. В охладителе абсорбента снижается температура абсорбента, а в расширительном клапане – давление абсорбента. После попадания «сильного раствора» в абсорбер цикл замыкается. The steam exhausted after the steam turbine, which still has a sufficiently high potential, enters the absorber, in which the absorbent is located. When two media interact - the absorbent in the absorber and the exhaust steam coming from the steam turbine, the steam is absorbed by the absorber and the resulting solution - a weak solution is pumped by the feed pump to the boiler unit. Fuel is supplied to the boiler unit with a built-in steam generator as a result of its combustion, heat is generated, which is transferred to the steam generator. As a result of the heat supply to the steam generator, the solution is separated into a working fluid and an absorbent. The working fluid is sent for further superheating of the steam in the boiler unit and to the steam turbine to perform useful work and generate electrical energy by an electric generator. The absorbent, which has a higher evaporation temperature than the working fluid, is sent through the absorbent return circuit (“strong solution”) through the absorbent cooler and expansion valve to the absorber. In the absorbent cooler, the temperature of the absorbent is reduced, and in the expansion valve, the pressure of the absorbent is reduced. After the “strong solution” enters the absorber, the cycle closes.
Недостатками прототипа, описанного в данном патенте, являются:The disadvantages of the prototype described in this patent are:
– использование для охлаждения абсорбента отдельного аппарата (охладителя абсорбента), что повышает металлоемкость и снижает надежность работы;- the use of a separate apparatus for cooling the absorbent (absorbent cooler), which increases the metal consumption and reduces the reliability of operation;
– снижение точности регулирования температуры и давления абсорбции вследствие наличия расширительного вентиля и участка трубопровода между абсорбером и охладителем абсорбента;– decrease in the accuracy of temperature and absorption pressure control due to the presence of an expansion valve and a pipeline section between the absorber and the absorbent cooler;
– высокая вероятность вскипания раствора после дросселирования в расширительном вентиле, что ухудшает протекание процесса абсорбции. – high probability of the solution boiling up after throttling in the expansion valve, which impairs the absorption process.
Значительная часть крупных тепловых электрических станций работает по циклу Ренкина на водяном паре. Несмотря на ряд преимуществ, которые характерны для теплосиловых установок, ставшие причиной их широкого применения в мире, для них характерен ряд существенных недостатков, которые на сегодняшний день остаются всё ещё нерешенными. Наиболее характерные негативные стороны применения цикла Ренкина – большая потребность в техническом водоснабжении для охлаждения конденсаторов, металлоемкость агрегатов, значительное негативное влияние на атмосферу и гидросферу, большие расходы топлива. В то же время, первопричиной большинства недостатков можно считать низкую энергетическую эффективность – даже крупные современные ТЭС имеют экономичность на уровне 35-40%. Таким образом около половины всей тепловой энергии, полученной в котлоагрегате в результате сжигания органического топлива. просто теряется. Именно низкая эффективность обуславливает высокий расход топлива и, как следствие, существенную нагрузку на окружающую среду вследствие большого количества вредных выбросов в атмосферу, а также значительное влияние на гидросферу. При снижении параметров пара снижается и эффективность установки. По этой причине паротурбинные установки малой мощности не набрали широкого распространения. A significant part of large thermal power plants operate on the Rankine cycle on water vapor. Despite a number of advantages that are characteristic of thermal power plants, which have become the reason for their widespread use in the world, they are characterized by a number of significant drawbacks that still remain unresolved today. The most characteristic negative aspects of the use of the Rankine cycle are a large need for technical water supply for cooling condensers, metal consumption of units, a significant negative impact on the atmosphere and hydrosphere, and high fuel consumption. At the same time, the root cause of most of the shortcomings can be considered low energy efficiency - even large modern thermal power plants have an efficiency of 35-40%. Thus, about half of all thermal energy received in the boiler unit as a result of fossil fuel combustion. is simply lost. It is low efficiency that causes high fuel consumption and, as a result, a significant burden on the environment due to a large amount of harmful emissions into the atmosphere, as well as a significant impact on the hydrosphere. With a decrease in steam parameters, the efficiency of the installation also decreases. For this reason, low-power steam turbine plants have not gained wide distribution.
Решение, представленное в прототипе, изложенном в патенте RU №2759583 C1, позволяет снизить тепловые потери на ТЭС, сократить расход топлива и выбросы в окружающую среду. Тем не менее, прототип имеет ряд недостатков, которые могут сказываться на энергетической эффективности и эксплуатационных характеристиках станции.The solution presented in the prototype described in the patent RU No. 2759583 C1 allows to reduce heat losses at thermal power plants, reduce fuel consumption and emissions into the environment. However, the prototype has a number of disadvantages that may affect the energy efficiency and performance of the station.
Перед разработчиками стояла задача в повышении энергетической эффективности путем модернизации теплоэнергетического цикла. The developers were faced with the task of increasing energy efficiency by modernizing the heat and power cycle.
Технический результат заключается в повышении энергетической эффективности тепловых электрических станций путем замены конденсации пара на его абсорбцию с применением системы регенерации теплоты растворов в цикле. The technical result consists in increasing the energy efficiency of thermal power plants by replacing steam condensation with its absorption using a solution heat recovery system in a cycle.
Технический результат изобретения в части устройства достигается тем, что теплоэлектростанция с системой регенерации содержит: соединенные последовательно котлоагрегат с паровой турбиной, абсорбером, питательным насосом, а также соединенный с паровой турбиной электрический генератор, в котлоагрегат встроен генератор пара, абсорбер соединен с котлоагрегатом через питательный насос, генератор пара через контур возврата абсорбента и устройство снижения давления соединен с абсорбером, причем котлоагрегат соединен с паровой турбиной паропроводом перегретого пара, абсорбер соединен с паровой турбиной посредством паропровода отработавшего пара, питательный насос соединен с котлоагрегатом через трубопровод и регенеративный теплообменник, котлоагрегат соединен с абсорбером через контур возврата абсорбента, регенеративный теплообменник и устройство снижения давления в виде редукционной установки, в абсорбере расположен контур охлаждения абсорбера.The technical result of the invention in terms of the device is achieved by the fact that a thermal power plant with a regeneration system contains: a boiler unit connected in series with a steam turbine, an absorber, a feed pump, as well as an electric generator connected to the steam turbine, a steam generator is built into the boiler unit, the absorber is connected to the boiler unit through a feed pump , the steam generator is connected to the absorber through the absorbent return circuit and the pressure reducing device, and the boiler unit is connected to the steam turbine by a superheated steam line, the absorber is connected to the steam turbine by means of an exhaust steam line, the feed pump is connected to the boiler unit through a pipeline and a regenerative heat exchanger, the boiler unit is connected to the absorber through the absorbent return circuit, the regenerative heat exchanger and the pressure reducing device in the form of a reduction unit, the absorber cooling circuit is located in the absorber.
Технический результат изобретения в части способа работы достигается тем, что способ работы теплоэлектростанция с системой регенерации, заключающийся в подаче и испарении рабочего тела в котлоагрегате и подаче пара рабочего тела в паровую турбину, с вращением её и с преобразованием энергии расширения пара рабочего тела в механическую, с передачей механической энергии электрическому генератору и генерацией электрической энергии, отработавший пар из паровой турбины поступает в абсорбер, содержащий растворитель рабочего тела, который поглощает пар рабочего тела и образует раствор, с высокой концентрацией рабочего тела, полученный раствор перекачивают питательным насосом в генератор пара, нагревают раствор с разделением на растворитель рабочего тела – слабый раствор и пар рабочего тела, из котлоагрегата пар рабочего тела поступает в паровую турбину, а растворитель рабочего тела поступает по контуру возврата абсорбента через устройство снижения давления в абсорбер, причем пар рабочего тела из котлоагрегата в паровую турбину поступает по паропроводу перегретого пара, отработавший после паровой турбины пар рабочего тела по паропроводу отработавшего пара поступает в абсорбер, содержащий растворитель с примесью рабочего тела, и происходит смешивание рабочего тела и растворителя с примесью рабочего тела, с образованием крепкого раствора с высокой концентрации рабочего тела, который по трубопроводу через питательный насос поступает в регенеративный теплообменник, и нагревается за счет теплоты слабого раствора, имеющего низкую концентрацию рабочего тела, который поступает из генератора пара по контуру возврата абсорбента в редукционную установку, где дросселируется до давления в абсорбере и поступает в него для абсорбции пара рабочего тела, регулирование температуры абсорбции осуществляют подачей теплоносителя. The technical result of the invention in terms of the method of operation is achieved by the fact that the method of operation of a thermal power plant with a regeneration system, which consists in supplying and evaporating the working fluid in the boiler and supplying steam from the working fluid to the steam turbine, with its rotation and with the conversion of the expansion energy of the steam of the working fluid into mechanical, with the transfer of mechanical energy to an electrical generator and the generation of electrical energy, the exhaust steam from the steam turbine enters the absorber containing the solvent of the working fluid, which absorbs the vapor of the working fluid and forms a solution with a high concentration of the working fluid, the resulting solution is pumped by a feed pump to the steam generator, heated solution with separation into the solvent of the working fluid - a weak solution and steam of the working fluid, from the boiler steam of the working fluid enters the steam turbine, and the solvent of the working fluid enters the absorbent return circuit through the pressure reducing device into the absorber, and the working fluid steam body from the boiler unit enters the steam turbine through the superheated steam pipeline, the working fluid steam exhausted after the steam turbine through the exhaust steam pipeline enters the absorber containing the solvent with an admixture of the working fluid, and the working fluid and the solvent are mixed with an admixture of the working fluid, with the formation of a strong solution with a high concentration of the working fluid, which enters the regenerative heat exchanger through the pipeline through the feed pump, and is heated by the heat of a weak solution with a low concentration of the working fluid, which comes from the steam generator through the absorbent return circuit to the pressure reducing unit, where it is throttled to the pressure in the absorber and enters it to absorb the vapor of the working fluid, the absorption temperature is controlled by supplying the coolant.
На фиг. 1 представлена схема теплоэлектростанции, иллюстрирующая способ работы электростанции с системой регенерации растворов.In FIG. 1 is a diagram of a thermal power plant illustrating the operation of a power plant with a solution recovery system.
Теплоэлектростанция с системой регенерации содержит: соединенные последовательно котлоагрегат 1, паропровод перегретого пара 2, паровую турбину 3, паропровод отработавшего пара 13, абсорбер 4, трубопровод 5, питательный насос 6 и регенеративный теплообменник 7, а также соединенный с паровой турбиной 3 электрический генератор 8, в абсорбер встроен контур охлаждения абсорбера 9, в котлоагрегат встроен генератор пара 10, абсорбер 4 соединен с котлоагрегатом 1 через трубопровод 5, питательный насос 6 и регенеративный теплообменник 7, генератор пара 8 через контур возврата абсорбента 11, регенеративный теплообменник 7 и устройство для снижения давления редукционную установку 12 соединен с абсорбером 4.A thermal power plant with a regeneration system comprises: a boiler unit 1 connected in series, a
Пример конкретного выполнения способа рассмотрим на примере работы теплоэлектростанции. Принцип работы теплоэлектростанции с системой регенерации заключается в следующем.An example of a specific implementation of the method, consider the example of the operation of a thermal power plant. The principle of operation of a thermal power plant with a regeneration system is as follows.
Отработавший после паровой турбины 3 пар рабочего тела, который может содержать незначительную концентрацию растворителя рабочего тела и имеющий ещё достаточно высокий потенциал, по паропроводу отработавшего пара 13 поступает в абсорбер 4, в котором находится растворитель рабочего тела (который может содержать незначительную концентрацию рабочего тела) (на фиг. не обозначен). При взаимодействии двух сред – растворителя рабочего тела, находящегося в абсорбере и поступающего из паровой турбины пара рабочего тела, последний поглощается растворителем рабочего тела и полученный раствор, имеющий высокую концентрацию рабочего тела - крепкий раствор, перекачивается по трубопроводу 5 питательным насосом 6 в регенеративный теплообменник 7. Температуру абсорбции регулируют за счет подачи необходимого для эффективного протекания процесса абсорбции расхода теплоносителя (на фиг. не обозначен) в контур охлаждения абсорбента 9, встроенный в абсорбер 4. В регенеративном теплообменнике 7 раствор, имеющий высокую концентрацию рабочего тела - крепкий раствор, при прохождении регенеративного теплообменника нагревается за счет теплоты раствора, имеющего низкую концентрацию рабочего тела - слабый раствор, поступающего из генератора пара 10 по контуру возврата абсорбента 11 в редукционную установку 12. После регенеративного теплообменника 7 раствор, имеющий высокую концентрацию рабочего тела - крепкий раствор по трубопроводу 5 направляется в котлоагрегат 1 и генератор пара 10. В котлоагрегат 1 подводится сбросная теплота или сжигается топливо, в результате чего поступивший в генератор пара 10 раствор, имеющий высокую концентрацию рабочего тела - крепкий раствор, нагревается и из него выпаривается рабочее тело. Пар рабочего тела (который может содержать незначительную концентрацию растворителя рабочего тела) направляется в поверхности нагрева котлоагрегата 1, где перегревается и достигает требуемых для работы паровой турбины 3 параметры, предусмотренные мощностью и назначением электрической станции. Далее по паропроводу перегретого пара 2 пар рабочего тела направляется в паровую турбину 3 для вращения последней за счет преобразования энергии расширения пара рабочего тела в механическую энергию вращения ротора электрического генератора и выработку электрической энергии. Оставшийся в генераторе пара 10 раствор, имеющий низкую концентрацию рабочего тела - слабый раствор (на фиг. не обозначен), под действием высокого давления направляется по контуру возврата абсорбента 11 в регенеративный теплообменник 7, где отдает теплоту крепкому раствору. После регенеративного теплообменника 7 раствор, имеющий низкую концентрацию рабочего тела - слабый раствор, направляется в редукционную установку 12, где дросселируется до давления в абсорбере 4 и поступает в него. Цикл замыкается. The working fluid steam exhausted after the steam turbine 3, which may contain a small concentration of the working fluid solvent and still has a sufficiently high potential, enters the absorber 4 through the
Преимуществом предлагаемого изобретения перед прототипом является наличие системы регенерации, которая обеспечивает снижение расхода топлива и вредных выбросов в окружающую среду (при сжигании топлива). Это достигается за счет регенерации теплоты слабого раствора, идущего после генератора пара и передачи этой теплоты крепкому раствору идущему из абсорбера. Регенерация протекает в регенеративном теплообменнике в абсорбционных тепловых насосах, данный теплообменник называют теплообменником растворов – РТО-Р.The advantage of the proposed invention over the prototype is the presence of a regeneration system that reduces fuel consumption and harmful emissions into the environment (when fuel is burned). This is achieved by regenerating the heat of the weak solution coming after the steam generator and transferring this heat to the strong solution coming from the absorber. Regeneration takes place in a regenerative heat exchanger in absorption heat pumps, this heat exchanger is called a solution heat exchanger - RTO-R.
Помимо сокращения топлива применение регенеративного теплообменника позволяет повысить эффективность протекания процесса абсорбции. В случае, если регенеративный теплообменник отсутствует, то из генератора выходит слабый раствор с высокой температурой и давлением, который затем дросселируется в редукционной установке до низкого давления. В результате резкого снижения давления при практически неизменной температуре происходит вскипание слабого раствора и его частичное разделение насыщенную жидкость и влажный пар. Выделившийся при дросселировании пар в технике называют flash-газ. При этом в процессе абсорбции может участвовать лишь часть слабого раствора, находящаяся в жидком состоянии. Таким образом, для того, чтобы влажный пар, выделившийся при дросселировании, начал абсорбировать пар рабочего тела после турбины, его сначала нужно сконденсировать. В таком случае расход охлаждающего теплоносителя будет складываться из расхода, требуемого для отвода теплоты абсорбции, и расхода, который обеспечивает конденсацию влажного пара. Это увеличивает расход теплоносителя и снижает эффективность цикла. Поэтому в абсорбционных циклах стараются избегать вскипания слабого раствора перед расширительным устройством и чаще всего это делается путем размещения регенеративного теплообменника перед расширительным устройством. In addition to fuel reduction, the use of a regenerative heat exchanger makes it possible to increase the efficiency of the absorption process. If there is no regenerative heat exchanger, then a weak solution with high temperature and pressure leaves the generator, which is then throttled in the reducing plant to low pressure. As a result of a sharp decrease in pressure at an almost constant temperature, a weak solution boils up and partially separates the saturated liquid and wet vapor. The steam released during throttling is called flash gas in technology. In this case, only a part of the weak solution, which is in the liquid state, can participate in the absorption process. Thus, in order for the wet steam released during throttling to start absorbing the steam of the working fluid after the turbine, it must first be condensed. In this case, the flow rate of the cooling heat carrier will be the sum of the flow rate required to remove the heat of absorption and the flow rate that ensures the condensation of wet steam. This increases the flow of coolant and reduces the efficiency of the cycle. Therefore, in absorption cycles, care is taken to avoid boiling the weak solution upstream of the expansion device, and this is most commonly done by placing a regenerative heat exchanger upstream of the expansion device.
Также вместо охладителя абсорбента применен контур охлаждения, встроенный непосредственно в абсорбер. Это исключает участок трубопровода с расширительным вентилем между охладителем и абсорбером, который имеет определенную инерционность. За счет переноса контура охлаждения непосредственно в абсорбер обеспечивается более точное регулирование температуры и давления абсорбции (к примеру, в условиях переменной тепловой нагрузки).Also, instead of the absorbent cooler, a cooling circuit is used, built directly into the absorber. This eliminates the section of pipeline with an expansion valve between the cooler and the absorber, which has a certain inertia. By moving the refrigeration circuit directly to the absorber, the absorption temperature and pressure can be more precisely controlled (for example, under variable heat load conditions).
За счет применения низкокипящих рабочих веществ возможна выработка электрической и тепловой энергии не только от сжигания топлива, но и за счет утилизации сбросной теплоты предприятий или энергетических установок (ГТУ или ПГУ). Due to the use of low-boiling working substances, it is possible to generate electrical and thermal energy not only from fuel combustion, but also through the utilization of waste heat from enterprises or power plants (GTP or CCGT).
Возможна широкая гамма подбора пары «рабочее тело-абсорбент», в том числе могут использоваться как двух-, так и трехкомпонентные смеси. На сегодняшний день известно значительное количество рабочих веществ, применяемых в энергетике, в том числе для генерации (к примеру, в составе органического цикла Ренкина). Веществами, которые могут применяться в предлагаемом техническом решении могут быть вода, диоксид углерода, углеводороды (алканы, арены), аммиак и его производные, растворы солей либо спиртов, кремнийорганические соединения, фтор- и хлорсодержащие вещества (фреоны). За счет изменения рабочих веществ, применяемых в цикле возможно варьирование не только эффективности и условий работы цикла, но и сферы его применения.A wide range of selection of a pair of "working body-absorbent" is possible, including both two- and three-component mixtures can be used. To date, a significant number of working substances are known that are used in the energy sector, including for generation (for example, as part of the organic Rankine cycle). Substances that can be used in the proposed technical solution can be water, carbon dioxide, hydrocarbons (alkanes, arenes), ammonia and its derivatives, solutions of salts or alcohols, organosilicon compounds, fluorine- and chlorine-containing substances (freons). By changing the working substances used in the cycle, it is possible to vary not only the efficiency and operating conditions of the cycle, but also the scope of its application.
Представленный способ работы допускает различные параметры рабочего тела, то есть возможно его использование как в циклах крупных объектах генерации, так и в объектах малой энергетики.The presented method of operation allows various parameters of the working fluid, that is, it can be used both in the cycles of large generation facilities and in small power facilities.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2787622C1 true RU2787622C1 (en) | 2023-01-11 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2529917C2 (en) * | 2007-05-18 | 2014-10-10 | Игорь Исаакович Самхан | Method and device for conversion of heat energy to electricity, heat of increased potential and cold |
| RU2687382C1 (en) * | 2018-09-27 | 2019-05-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Operating method of thermal power plant and device for its implementation |
| RU2731684C1 (en) * | 2019-11-19 | 2020-09-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") | Trigeneration system |
| RU2759583C1 (en) * | 2020-10-19 | 2021-11-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" | Thermal power station and method for operation thereof |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2529917C2 (en) * | 2007-05-18 | 2014-10-10 | Игорь Исаакович Самхан | Method and device for conversion of heat energy to electricity, heat of increased potential and cold |
| RU2687382C1 (en) * | 2018-09-27 | 2019-05-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Operating method of thermal power plant and device for its implementation |
| RU2731684C1 (en) * | 2019-11-19 | 2020-09-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") | Trigeneration system |
| RU2759583C1 (en) * | 2020-10-19 | 2021-11-15 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" | Thermal power station and method for operation thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6065280A (en) | Method of heating gas turbine fuel in a combined cycle power plant using multi-component flow mixtures | |
| KR100628597B1 (en) | Modified bottoming cycle for cooling inlet air to a gas turbine combined cycle plant | |
| JP7173245B2 (en) | power generation system | |
| AU2008349706B2 (en) | Method for operating a thermodynamic circuit, as well as a thermodynamic circuit | |
| CN103161607A (en) | Combined power generating system based on waste-heat utilization of combustion motor | |
| JPH05321612A (en) | Low pressure power generating method and device therefor | |
| CN103075216B (en) | Brayton-cascade steam Rankine combined cycle power generation system | |
| WO2017169594A1 (en) | Gas turbine plant and operation method therefor | |
| CN110593977A (en) | Dual-working-medium Rankine cycle waste heat power generation method and system and generator | |
| US6105369A (en) | Hybrid dual cycle vapor generation | |
| JP3905967B2 (en) | Power generation / hot water system | |
| JP2010038160A (en) | System and method for use in combined or rankine cycle power plant | |
| JP2593197B2 (en) | Thermal energy recovery method and thermal energy recovery device | |
| CN108708835A (en) | A kind of novel solar complementation association circulating power generation system of cooling burning machine inlet air | |
| RU2787622C1 (en) | Thermal power plant with a regeneration system and method of its operation | |
| KR20180046435A (en) | Power generating apparatus | |
| CN103089355B (en) | Steam Rankine-low boiling working fluid Rankine combined cycle generating unit | |
| CN103075213B (en) | Cascade type steam Rankine combined cycle generating device | |
| JP2001248409A (en) | Exhaust heat recovery system | |
| JP2010096414A (en) | Ammonia absorption refrigeration type power generating device | |
| JP2753347B2 (en) | Steam turbine system and energy supply system | |
| CN103089354B (en) | Steam Rankine-ammonia vapor Rankine combined cycle power generation device | |
| JP4509453B2 (en) | Integrated gasification combined cycle power plant with carina bottoming cycle | |
| CN103089352B (en) | Mixed type steam Rankine combined cycle power generation device | |
| RU2759583C1 (en) | Thermal power station and method for operation thereof |