RU86241U1

RU86241U1 - ELECTRIC POWER INSTALLATION

Info

Publication number: RU86241U1
Application number: RU2009116905/22U
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Трусов; Станислав Александрович Трусов
Original assignee: Станислав Александрович Трусов
Priority date: 2009-05-04
Filing date: 2009-05-04
Publication date: 2009-08-27

Abstract

Установка для получения электрической энергии, содержащая электрогенератор, герметичный пароводяной контур, включающий устройство для нагрева воды, например, паровой котел или емкость с водой, обогреваемой внешним источником тепла, детандер, конденсатор паров воды, сборник конденсата с дроссельным вентилем, а также механический вакуумный насос, соединенный через первый вентиль с выходом детандера и входом конденсатора паров воды, отличающаяся тем, что сборник конденсата снабжен деаэрационной колонкой, соединенной обводным трубопроводом через второй вентиль с механическим вакуумным насосом.Installation for generating electric energy, comprising an electric generator, a tight steam-water circuit, including a device for heating water, for example, a steam boiler or a tank with water heated by an external heat source, an expander, a steam condenser, a condensate collector with a butterfly valve, and a mechanical vacuum pump connected through the first valve with the output of the expander and the input of the condenser of water vapor, characterized in that the condensate collector is equipped with a deaeration column connected by a bypass pipe the house through a second valve with a mechanical vacuum pump.

Description

Установка для получения электрической энергии относится к области теплоэнергетики, предназначена для одновременной выработки тепла и электроэнергии и может быть использована для модернизации существующих котельных в мини-ТЭЦ.The installation for generating electric energy belongs to the field of heat power engineering, is intended for the simultaneous generation of heat and electricity, and can be used to upgrade existing boiler houses in mini-thermal power plants.

Известна электроэнергетическая установка, включающая, электрогенератор с преобразователем тока и злектроаккумулятор, пароводяной контур из парового котла с топочным устройством, паровой турбины, конденсатора паров воды, и сборника конденсата с дроссельным вентилем (Теоретические основы теплотехники. Литвин А.М., 1960, стр.184).A well-known electric power installation, including, an electric generator with a current converter and an electric accumulator, a steam-water circuit from a steam boiler with a combustion device, a steam turbine, a water vapor condenser, and a condensate collector with a butterfly valve (Theoretical principles of heat engineering. Litvin AM, 1960, p. 184).

Недостатком установки является большой расход топлива, обусловленный высокими параметрами пара по давлению и температуре. Жесткие требования безопасности ограничивают область применения установки.The disadvantage of the installation is the high fuel consumption due to the high parameters of the steam in pressure and temperature. Strict safety requirements limit the scope of the installation.

Известна комбинированная система для одновременного производства тепловой и электрической энергии на основе водогрейной котельной установки (патент РФ №2261335, публ. 2005.09.27). Известная система включает водогрейный котел, систему теплоснабжения с сетевым насосом, линию подпиточной воды, проходящей через холодильник двигателя Стирлинга, электрогенератор, установленный на валу двигателя Стирлинга, промежуточный контур подогрева, проходящий через двигатель Стирлинга и состоящий из компрессора и теплообменника, расположенного в дымоходе котельной установки.Known combined system for the simultaneous production of thermal and electric energy based on a hot water boiler plant (RF patent No. 2261335, publ. 2005.09.27). The known system includes a hot water boiler, a heating system with a network pump, a make-up water line passing through the Stirling engine refrigerator, an electric generator mounted on the Stirling engine shaft, an intermediate heating circuit passing through the Stirling engine and consisting of a compressor and a heat exchanger located in the chimney of the boiler installation .

Недостатком системы является высокое давление промежуточного теплоносителя в теплообменниках двигателя Стирлинга, применение дорогостоящих материалов, что усложняет систему, повышает ее стоимость, повышает требования к квалификации персонала, ограничивая тем самым область применения.The disadvantage of the system is the high pressure of the intermediate coolant in the heat exchangers of the Stirling engine, the use of expensive materials, which complicates the system, increases its cost, increases the requirements for personnel qualifications, thereby limiting the scope.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой установке является электроэнергетическая установка (патент РФ №2342600, публ. 2005.12.10). Установка содержит электрогенератор с преобразователем тока и электроаккумулятор, герметичный пароводяной контур, включающий паровой котел с топочным устройством, паровую турбину - детандер, конденсатор паров воды, сборник конденсата с дроссельным вентилем, а также механический вакуумный насос, соединенный через вентиль с выходом детандера и входом конденсатора паров воды. Установка снабжена солнцеприемными панелями с баком-сборником антифриза и жидкостным насосом, а также встроенным теплообменником, размещенным в паровом котле. Установка компактна, автономна по потребляемой энергии, способна работать при низких потенциалах греющих сред (солнечное тепло летом и дополнительно к солнечному теплу топливо в виде дров зимой).The closest in technical essence to the proposed installation is an electric power installation (RF patent No. 2342600, publ. 2005.12.10). The installation contains an electric generator with a current converter and an electric accumulator, a sealed steam-water circuit, including a steam boiler with a combustion device, a steam turbine — an expander, a water vapor condenser, a condensate collector with a throttle valve, and also a mechanical vacuum pump connected through the valve to the expander output and the condenser input water vapor. The unit is equipped with solar panels with an antifreeze collection tank and a liquid pump, as well as an integrated heat exchanger located in a steam boiler. The installation is compact, autonomous in terms of energy consumption, it is able to operate at low potentials of heating media (solar heat in summer and, in addition to solar heat, fuel in the form of firewood in winter).

Недостатком известной установки являются резкие изменения мощности и напряжения в электрической сети, вызывающие сбои в работе электрооборудования и автоматики. Это связано со сложностью достижения полной герметичности участков пароводяного контура, работающих при разряжении. Вызванные этим притоки в пароводяной контур атмосферного воздуха уменьшают разность давлений на входе-выходе турбины - детандера. При этом падает частота вращения вала турбины-детандера, уменьшается мощность вырабатываемой электроэнергии. Для достижения необходимого разряжения в пароводяном контуре повторно включают механический вакуумный насос. При этом вместе с воздухом в атмосферу выбрасываются пары воды, и происходит резкое осушение участка трубопровода за детандером, что вызывает скачкообразное кратковременное увеличение числа оборотов вала турбины, и соответственно, резкие изменения мощности и напряжения в электрической сети.A disadvantage of the known installation is a sharp change in power and voltage in the electrical network, causing malfunctions in the operation of electrical equipment and automation. This is due to the difficulty of achieving complete tightness of the sections of the steam-water circuit operating during discharge. The inflows caused by this into the steam-water circuit of atmospheric air reduce the pressure difference at the inlet-outlet of the turbine - expander. In this case, the rotational speed of the expander turbine shaft decreases, and the power of the generated electricity decreases. To achieve the required vacuum in the steam-water circuit, a mechanical vacuum pump is re-activated. In this case, water vapor is released into the atmosphere together with air, and a sharp drainage of the pipeline section behind the expander occurs, which causes an abrupt, short-term increase in the number of revolutions of the turbine shaft, and, accordingly, sharp changes in power and voltage in the electric network.

Целью полезной модели является обеспечения плавного изменения частоты вращения вала детандера и, соответственно, электрогенератора при выходе на исходный рабочий режим, что повышает надежность работы установки.The purpose of the utility model is to ensure a smooth change in the rotational speed of the expander shaft and, accordingly, of the electric generator upon reaching the initial operating mode, which increases the reliability of the installation.

Поставленная цель достигается тем, что в установке для получения электрической энергии, содержащей электрогенератор, герметичный пароводяной контур, включающий устройство для нагрева воды, например паровой котел или емкость с водой, обогреваемой внешним источником тепла, детандер, конденсатор паров воды, сборник конденсата с дроссельным вентилем, а также механический вакуумный насос, соединенный через первый вентиль с выходом детандера и входом конденсатора паров воды, сборник конденсата снабжен деаэрационной колонкой соединенной обводным трубопроводом через второй вентиль с механическим вакуумным насосом.This goal is achieved by the fact that in the installation for producing electric energy containing an electric generator, a tight steam-water circuit including a device for heating water, for example, a steam boiler or a tank with water heated by an external heat source, an expander, a condenser of water vapor, a condensate collector with a butterfly valve as well as a mechanical vacuum pump connected through the first valve with the output of the expander and the input of the condenser of water vapor, the condensate collector is equipped with a deaeration column connected about water pipe through a second valve with a mechanical vacuum pump.

Наличие у сборника конденсата деаэрационной колонки, соединенной обводным трубопроводом через второй вентиль с механическим вакуумным насосом, позволяет откачивать воздух из пароводяного контура через деаэрационную колонку. При этом из системы удаляется в первую очередь воздух, растворенный в воде, что предотвращает резкое осушение участка трубопровода за детандером и обеспечивает плавный выход системы на исходный рабочий режим без резких изменений числа оборотов вала детандера и электрогенератора, скачков напряжения и частоты тока в электросети.The presence of a deaeration column in the condensate collector, connected by a bypass through a second valve to a mechanical vacuum pump, allows air to be pumped out of the steam-water circuit through the deaeration column. At the same time, air dissolved in water is primarily removed from the system, which prevents a sharp drainage of the pipeline section behind the expander and ensures a smooth exit of the system to the initial operating mode without sudden changes in the number of revolutions of the expander shaft and the electric generator, voltage surges and current frequency in the mains.

Схема установки для получения электрической энергии представлена на рисунке.The installation diagram for generating electrical energy is presented in the figure.

Замкнутый герметичный пароводяной контур установки содержит последовательно соединенные устройство 1 для нагрева воды, детандер 2, вал которого соединен с валом электрогенератора 3, конденсатор 4 паров воды, сборник конденсата 5 с деаэрационной колонкой 6, дроссельный вентиль 7. Механический вакуумный насос 8 соединен через первый вентиль 9 с выходом 10 детандера 2 и входом 11 конденсатора 4. Деаэрационная колонка 6 соединена через второй вентиль 12 обводным трубопроводом 13 с вакуумным насосом 8.The closed tight steam-water circuit of the installation contains a series-connected device 1 for heating water, an expander 2, the shaft of which is connected to the shaft of the electric generator 3, a condenser 4 of water vapor, a condensate collector 5 with a deaeration column 6, a throttle valve 7. A mechanical vacuum pump 8 is connected through the first valve 9 with the output 10 of the expander 2 and the input 11 of the capacitor 4. The deaeration column 6 is connected through the second valve 12 bypass pipe 13 with a vacuum pump 8.

Установка работает следующим образом. В устройстве 1 для нагрева воды, которым может быть паровой котел, или емкость с водой, обогреваемой внешним источником тепла, или паровой агрегат, встроенный в каналы водогрейного котла, нагревается вода до температуры 50-90°С. Механическим вакуумным насосом 8 через открытый первый вентиль 9 откачивают воздух из герметичного пароводяного контура. Падение давления вызывает кипение воды в устройстве 1 для нагрева воды. В конденсаторе 4 происходит охлаждение паров воды окружающим воздухом (воздушный конденсатор) или проточной водой (водяной конденсатор) и их конденсация. Через сборник конденсата 5 и открытый дроссельный вентиль 7 вода поступает в устройство 1 для нагрева воды.Installation works as follows. In the device 1 for heating water, which may be a steam boiler, or a container with water heated by an external heat source, or a steam unit built into the channels of a boiler, the water is heated to a temperature of 50-90 ° C. Mechanical vacuum pump 8 through the open first valve 9 pump out air from a sealed steam-water circuit. The pressure drop causes boiling water in the device 1 for heating water. In the condenser 4, water vapor is cooled by ambient air (air condenser) or running water (water condenser) and condensed. Through the condensate collector 5 and the open throttle valve 7, water enters the device 1 for heating water.

Конденсация паров воды вызывает движение потока пара от устройства 1 для нагрева воды к конденсатору 4 через детандер 2, вызывая вращение вала детандера, который, в свою очередь, вращает вал электрогенератора 3.Condensation of water vapor causes the flow of steam from the device 1 to heat water to the condenser 4 through the expander 2, causing the rotation of the expander shaft, which, in turn, rotates the shaft of the generator 3.

После выхода установки на рабочий режим первый вентиль 9 закрывают и открытием второго вентиля 12 механический вакуумный насос 8 переключают на магистраль 13, соединяющую его с деаэрационной колонкой 6.After the installation reaches the operating mode, the first valve 9 is closed and by opening the second valve 12, the mechanical vacuum pump 8 is switched to the line 13 connecting it to the deaeration column 6.

Когда из-за подсоса атмосферного воздуха в пароводяной контур уменьшается разница давлений на входе 14 и выходе 10 детандера 2, уменьшается число оборотов вала детандера 4. Для увеличения разряжения на выходе детандера включают механический вакуумный насос 8, который при открытом втором вентиле 12 через магистраль 13 создает разряжение в деаэрационной колонке 6, вызывающее кипение воды, находящейся в ней, и удаление воздуха из воды.When the pressure difference at the inlet 14 and the output 10 of the expander 2 decreases due to the suction of atmospheric air into the steam-water circuit, the number of revolutions of the expander shaft 4 decreases. creates a vacuum in the deaeration column 6, causing the boiling water in it, and the removal of air from the water.

Таким образом, для поддержания разряжения в пароводяном контуре из него удаляют в первую очередь воздух, растворенный в воде, что предотвращает резкий скачок разряжения на участке пароводяного контура между детандером и конденсатором. Это обеспечивает плавный выход системы на исходный рабочий режим без резких изменений числа оборотов вала детандера и, соответственно, электрогенератора, которое может вызвать сбои работы электрооборудования и автоматики.Thus, in order to maintain a vacuum in a steam-water circuit, air dissolved in water is primarily removed from it, which prevents a sharp jump in the vacuum in the section of the steam-water circuit between the expander and the condenser. This ensures a smooth exit of the system to the initial operating mode without sudden changes in the number of revolutions of the expander shaft and, accordingly, of the electric generator, which can cause malfunctions of the electrical equipment and automation.

Claims

Installation for generating electric energy, comprising an electric generator, a tight steam-water circuit, including a device for heating water, for example, a steam boiler or a tank with water heated by an external heat source, an expander, a steam condenser, a condensate collector with a butterfly valve, as well as a mechanical vacuum pump connected through the first valve with the output of the expander and the input of the condenser of water vapor, characterized in that the condensate collector is equipped with a deaeration column connected by a bypass pipe the house through a second valve with a mechanical vacuum pump.