WO2019013669A1 - Method for increasing energy conversion efficiency of thermal power plant and device for carrying out said method - Google Patents

Method for increasing energy conversion efficiency of thermal power plant and device for carrying out said method Download PDF

Info

Publication number
WO2019013669A1
WO2019013669A1 PCT/RU2018/000031 RU2018000031W WO2019013669A1 WO 2019013669 A1 WO2019013669 A1 WO 2019013669A1 RU 2018000031 W RU2018000031 W RU 2018000031W WO 2019013669 A1 WO2019013669 A1 WO 2019013669A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
steam
pressure
turbine
power plant
cycle
Prior art date
Application number
PCT/RU2018/000031
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Владимир Алексеевич ФЕДОТОВ
Original Assignee
Владимир Алексеевич ФЕДОТОВ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Алексеевич ФЕДОТОВ filed Critical Владимир Алексеевич ФЕДОТОВ
Priority to DE112018003573.5T priority Critical patent/DE112018003573T5/en
Publication of WO2019013669A1 publication Critical patent/WO2019013669A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • F01K7/22Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type the turbines having inter-stage steam heating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K19/00Regenerating or otherwise treating steam exhausted from steam engine plant
    • F01K19/02Regenerating by compression
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00General layout or general methods of operation of complete plants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/006Accumulators and steam compressors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K9/00Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines

Definitions

  • the invention relates to the field of power engineering and can be used in thermal, nuclear and combined gas turbine power plants.
  • Water with a feed pump (hereinafter PN) (101) under pressure P1 (113) and temperature T1 (114), is supplied to the steam boiler (hereinafter PC) (102).
  • the pressure in the power plants of Russia at the entrance to the steam boiler is usually 3.4 MPa, 8.8 MPa, 12.75 MPa, 23.5 MPa or, respectively, 35 kg / cm2, 90 kg / cm2, 130 kg / cm2, 240 kg / cm2. These values are standard.
  • the steam boiler PC the water is heated (heat Q 1 is supplied) and evaporates (heat is supplied (Q 2), saturated water vapor is sent to the PP superheater (103), where the steam overheats to temperature T 2 ⁇ 545 ° C (heat Q 3 is supplied).
  • Superheated steam is sent to the turbine, high-pressure cylinder of the HPC (104), exhaust steam, at a temperature above the saturation temperature, with a reduced pressure is sent to the intermediate superheater PP1 (105).
  • the steam is heated to a temperature of ⁇ 545 ° C (heat Q 4 ) and directed etsya to the next stage of the turbine, the cylinder medium pressure
  • the exhaust steam in the CCD (106) at a temperature above the saturation temperature with an even lower pressure is sent to the intermediate superheater PP2 (107).
  • low pressure cylinders of low-pressure cylinder (108).
  • Low pressure cylinders are usually from 2 to 6, depending on the capacity of the plants.
  • the steam worked in the turbine at ⁇ 2 (109) from 1.7 kPa to 4.2 kPa, the temperature of the technical specification (PO) from 15 ° C to 30 ° C at this pressure and temperature has a specific volume Vn from 77.97 m3 / kg to 32 93 m3 / kg. and the heat of condensation g from 2465 kJ / kg to 2430 kJ / kg (further these values will be needed for calculations), is sent to the condenser K (111), where it is completely condensed when passing into the liquid phase giving back g (heat of condensation g from 2465 kJ / kg up to 2430 kJ / kg, heat -Q6) cooling water.
  • Per 1 kg of steam accounts for 50 to 80 kg of cooling water, which heat the atmosphere. Up to 45% of the heat supplied in the cycle is permanently lost in the condenser.
  • Condensate pump KN (1 12) pumps out water from the condenser, which is sent to the feed pump PN, which raises the pressure to P1 (3.4 MPa, 8.8 MPa, 12.75 MPa, 23.5 MPa, the higher the pressure, the above the boiling point of water), while T1 () is almost equal to the TK, the cycle repeats.
  • P1 3.4 MPa, 8.8 MPa, 12.75 MPa, 23.5 MPa, the higher the pressure, the above the boiling point of water
  • T1 () is almost equal to the TK, the cycle repeats.
  • the real scheme is more complicated, only the main equipment is described.
  • is the working pressure of water created by the feed pump (PN) at the inlet to the steam boiler (PC 3.4 MPa, 8.8 MPa, 12.75 MPa, 23.5 MPa).
  • PN feed pump
  • PC feed pump
  • the work that can be obtained in a cycle is proportional to the area of the figure bounded by lines 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 7 - 8 - 9 - 10 - 1.
  • the disadvantage of this method is the large energy consumption for increasing the pressure of unsaturated steam.
  • Patent US 6357235 03/19/2002 proposes to use pre-compressed atmospheric air to increase the pressure of unsaturated steam without transferring to the liquid phase with subsequent overheating and direct steam to the turbine.
  • V 1 32.93 m3 / kg Specific volume of steam at t 30 ° C
  • A P1 * (V2-V1) Work that needs to be done to compress steam in any way.
  • the aim of the proposed technical solution is a significant increase in the efficiency of the cycle of electricity production at thermal, nuclear and combined gas turbine power plants working on the cycles of Carnot, Rankine, by significantly reducing the irretrievably lost heat in the condenser, changing part of the existing cycles to the proposed new cycle.
  • This goal is achieved through a fundamentally different way to solve the technical problem of reducing heat loss in the condenser and a significant increase in the efficiency of the heat cycle.
  • a condenser in which to increase the pressure above the saturation pressure and smoothly stop the circulation of cooling water through the condenser.
  • the parameters of exhaust steam at the turbine outlet will be at P2 from 1.7 kPa to 4.2 kPa, the temperature of the technical specification from 15 ° C to 30 ° C and the heat of condensation g from 2465 kJ / kg to 2430 kD / kg.
  • the pressure boosting device can be external, driven by its own electric motor, mounted on the inlet of the condenser, and integrated with the last stages of the turbine.
  • this device can be envisaged in the design, it is desirable to use an ionizer.
  • One option would be a device operating on the fan principle.
  • the configuration of the blades can be very diverse, the configuration will be optimal, made on the basis of the continuity of the steam flow, as well as turbine blades. It is proposed during the scheduled preventive maintenance of the turbine to replace the blades on the last crown of the turbine of all low-pressure cylinders on the fan blade, the required configuration and, accordingly, the nozzle. Corresponding parts must be prepared in advance.
  • P22 denote the pressure in front of the fan (see the block diagram)
  • P2 is the pressure in the condenser.
  • a working fan will have little effect on the condensation process, since the main vacuum will be created by cooling water and P2 ⁇ P22.
  • the condensation process will be self-regulating. If condensation increases, pressure P2 decreases, the process slows down, which leads to an increase in pressure, the process will resume.
  • Indicator of the internal energy of water is the temperature, which in the proposed cycle (denoted by T32 (115), see the block diagram of the described cycle of Fig. 1.) at the entrance to the steam boiler PC will be significantly higher than T32 T1 ⁇ TZ, which will be shown below.
  • T32 115
  • T1 ⁇ TZ T32 T1 ⁇ TZ
  • the process occurs at a constant temperature t from 15 oC
  • the efficiency of the proposed cycle will be ⁇ 42.5% (45% - 2.5%) higher than the classical cycle.
  • the irretrievable losses A from -133 kJ / kg to -138 kJ / kg are significantly less, which will be approximately from -2.4% to -2.6% of irretrievable losses, since the process proceeds at a very low pressure in the condenser , practically in a vacuum that was previously created in the classic cycle.
  • the proposed cycle increases the power plant efficiency by 42.5%.
  • the estimated cycle reduces fuel consumption by almost 2 times, therefore, the same amount will be less emissions of combustion products and heating of the atmosphere, which will positively affect the environment and climate. At nuclear power plants will be almost 2 times less radioactive waste.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

Proposed is a method for increasing the energy conversion efficiency of a thermal power plant that provides for directing steam into a condenser after said steam has been fully processed in all turbine cylinders and subsequently converting the steam to a liquid phase by increasing the pressure of the steam to be higher than saturation pressure through the use of a fan, stopping the circulation of cooling water, and preserving the condensation heat of the steam in the cycle. Described is a sequence of actions for converting a power plant to a recommended mode of operation. The method is implemented by equipping the last ring on a turbine shaft of all low-pressure cylinders with blades of a fan having the requisite configuration and a nozzle, driven by its own electric engine, and disposed on the inlet pipe of the condenser or integrated into the last turbine stage. The use of the invention allows for increasing the energy conversion efficiency of a power plant by 42.5% and decreasing the amount of harmful emissions released into the environment.

Description

Способ повышения КПД тепловой электростанции  The way to increase the efficiency of a thermal power plant
и устройство для его осуществления  and device for its implementation
Область техники Technical field
Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в тепловых, атомных и комбинированных газотурбинных электростанциях. The invention relates to the field of power engineering and can be used in thermal, nuclear and combined gas turbine power plants.
Предшествующий уровень техники Prior art
Классический цикл выработки электроэнергии на тепловых электростанциях осуществляется по следующей схеме.  The classic cycle of electricity generation at thermal power plants is carried out as follows.
Вода, питательным насосом (далее ПН) (101) под давлением Р1 (113) и температурой Т1 (114), подается в паровой котел (далее ПК) (102). Давление в энергетических установках России на входе в паровой котел обычно составляет 3,4 Мпа, 8,8 Мпа, 12,75 Мпа, 23,5 Мпа или соответственно 35 кг/см2, 90 кг/см2, 130 кг/см2, 240 кг/см2. Данные величины являются стандартными. В паровом котле ПК вода нагревается (подводится тепло Q 1) и испаряется (подводится тепло (Q 2), насыщенный водяной пар направляется в пароперегреватель ПП (103), где пар перегревается до температуры Т 2 ~ 545 оС (подводится тепло Q 3). Перегретый пар направляется в турбину, цилиндр высокого давления ЦВД (104), отработавший пар, при температуре выше температуры насыщения, при уменьшенном давлении направляется в промежуточный пароперегреватель ПП1 (105). В промежуточном пароперегревателе пар нагревается до температуры ~ 545 оС (подводится тепло Q 4) и направляется на следующую ступень турбины, цилиндр среднего давления ЦСД. Отработанный пар в ЦСД (106) при температуре выше температуры насыщения при еще более низком давлении направляется в промежуточный пароперегреватель ПП2 (107). В ПГТ2 пар снова перегревается до температуры - 540 оС (подводится тепло Q5) и направляется на следующие ступени турбины, цилиндры низкого давления ЦНД (108). Цилиндров низкого давления обычно бывает от 2 до 6, в зависимости от мощности установок. Water, with a feed pump (hereinafter PN) (101) under pressure P1 (113) and temperature T1 (114), is supplied to the steam boiler (hereinafter PC) (102). The pressure in the power plants of Russia at the entrance to the steam boiler is usually 3.4 MPa, 8.8 MPa, 12.75 MPa, 23.5 MPa or, respectively, 35 kg / cm2, 90 kg / cm2, 130 kg / cm2, 240 kg / cm2. These values are standard. In the steam boiler PC, the water is heated (heat Q 1 is supplied) and evaporates (heat is supplied (Q 2), saturated water vapor is sent to the PP superheater (103), where the steam overheats to temperature T 2 ~ 545 ° C (heat Q 3 is supplied). Superheated steam is sent to the turbine, high-pressure cylinder of the HPC (104), exhaust steam, at a temperature above the saturation temperature, with a reduced pressure is sent to the intermediate superheater PP1 (105). In the intermediate superheater, the steam is heated to a temperature of ~ 545 ° C (heat Q 4 ) and directed etsya to the next stage of the turbine, the cylinder medium pressure The exhaust steam in the CCD (106) at a temperature above the saturation temperature with an even lower pressure is sent to the intermediate superheater PP2 (107). In PGT2, steam again overheats to a temperature of - 540 ° C (heat Q5 is supplied) and is sent to the next stages of the turbine, low pressure cylinders of low-pressure cylinder (108). Low pressure cylinders are usually from 2 to 6, depending on the capacity of the plants.
Промежуточный перегрев пара позволяет увеличить среднюю температуру подвода тепла и процесс расширения пара в турбине заканчивается в области более высокой степени сухости пара, поэтому условия работы проточной части турбины оказываются более легкими. Intermediate superheating of steam allows to increase the average temperature of heat supply and the process of expansion of steam in the turbine ends in the region of a higher degree of dryness of steam, therefore, the operating conditions of the flow part of the turbine are easier.
Применяются цикл Карно без промежуточного перегрева пара, цикл Ренкина с промежуточным перегревом пара. Carnot's cycle without intermediate superheating of steam, Rankine cycle with intermediate superheating of steam are applied.
Отработавший в турбине пар, при Р2 (109) от 1,7 кПа до 4,2 кПа, температуре ТЗ (ПО) от 15 оС до 30 оС при таком давлении и температуре имеет удельный объем Vn от 77,97 мЗ/кг до 32,93 мЗ/кг. и теплоту конденсации г от 2465 кДж/кг до 2430 кДж/кг (в дальнейшем эти значения понадобятся для расчетов), направляется в конденсатор К (111), где полностью конденсируется переходя в жидкую фазу отдавая г (теплоту конденсации г от 2465 кДж/кг до 2430 кДж/кг, тепло -Q6) охлаждающей воде. На 1 кг пара приходится от 50 до 80 кг охлаждающей воды, тепло которой отапливает атмосферу. В конденсаторе безвозвратно теряется до 45 % тепла, подведенного в цикле. The steam worked in the turbine, at Р2 (109) from 1.7 kPa to 4.2 kPa, the temperature of the technical specification (PO) from 15 ° C to 30 ° C at this pressure and temperature has a specific volume Vn from 77.97 m3 / kg to 32 93 m3 / kg. and the heat of condensation g from 2465 kJ / kg to 2430 kJ / kg (further these values will be needed for calculations), is sent to the condenser K (111), where it is completely condensed when passing into the liquid phase giving back g (heat of condensation g from 2465 kJ / kg up to 2430 kJ / kg, heat -Q6) cooling water. Per 1 kg of steam accounts for 50 to 80 kg of cooling water, which heat the atmosphere. Up to 45% of the heat supplied in the cycle is permanently lost in the condenser.
Конденсатный насос КН (1 12) откачивает воду из конденсатора, которая направляется на питательный насос ПН, который поднимает давление до Р1 (3,4 Мпа, 8,8 Мпа, 12,75 Мпа, 23,5 Мпа, чем выше давление, тем выше температура кипения воды), при этом Т1 ()практически равна ТЗ, цикл повторяется. Реальная схема более сложная, описано только основное оборудование. Condensate pump KN (1 12) pumps out water from the condenser, which is sent to the feed pump PN, which raises the pressure to P1 (3.4 MPa, 8.8 MPa, 12.75 MPa, 23.5 MPa, the higher the pressure, the above the boiling point of water), while T1 () is almost equal to the TK, the cycle repeats. The real scheme is more complicated, only the main equipment is described.
Вода практически не сжимаемая жидкость, поэтому затраты энергии на увеличение давления незначительны, оборудование достаточно компактно. Механическая работа, которую необходимо совершить для увеличения давления воды, можно вычислить по формуле: Water is practically non-compressible liquid, so the energy costs of increasing pressure are insignificant, the equipment is quite compact. Mechanical work that must be done to increase the pressure of water can be calculated by the formula:
А = Р * dV где A = P * dV where
А - механическая работа. Р - рабочее давление воды, создаваемое питательным насосом ( ПН ) на входе в паровой котел ( ПК 3,4 Мпа, 8,8 Мпа, 12,75 Мпа, 23,5 Мпа ). dV - изменение объема воды практически = 0, поэтому работа А незначительна. A - mechanical work. Р is the working pressure of water created by the feed pump (PN) at the inlet to the steam boiler (PC 3.4 MPa, 8.8 MPa, 12.75 MPa, 23.5 MPa). dV - the change in the volume of water is practically = 0, so work A is not significant.
Согласно второму закону термодинамики, всю механическую работу А можно преобразовать в тепловую Q, а тепловую в механическую только с необратимыми потерями, поэтому А и Q тождественные понятия и единица измерения одна Дж, разные виды одной и той же энергии. According to the second law of thermodynamics, all mechanical work A can be transformed into thermal Q, and thermal into mechanical only with irreversible losses, therefore A and Q are identical concepts and unit of measure, one J, different types of the same energy.
Недостатком данного цикла является безвозвратно потерянное тепло, до 45% в конденсаторе К, вместе с охлаждающей водой. График рассматриваемого цикла в Т - S координатах показан на рис.2. The disadvantage of this cycle is irretrievably lost heat, up to 45% in condenser K, along with cooling water. The graph of the considered cycle in T - S coordinates is shown in Fig.2.
1 - 2 Увеличение давления воды питательным насосом ПН до рабочего. (3,4 Мпа, 8,8 Мпа, 12,75 Мпа, 23,5 Мпа). з Расстояние между точками 1 и 2 очень мало из-за не сжимаемости воды, они практически совпадают. 1 - 2 Increase of water pressure with feed pump PN to operating. (3.4 MPa, 8.8 MPa, 12.75 MPa, 23.5 MPa). s The distance between points 1 and 2 is very small due to the non-compressibility of water, they practically coincide.
На диаграмме расстояние между точками специально увеличено, чтобы показать, что такой процесс есть. 2 - 3 Нагрев воды до температуры кипения при рабочем давлении в паровом котле ПК. Подвод тепла Q 1 , температура кипения воды зависит от рабочего давления. In the diagram, the distance between the points is specifically increased to show that there is such a process. 2 - 3 Heating the water to the boiling point at the operating pressure in the steam boiler PC. The heat input Q 1, the boiling point of water depends on the operating pressure.
3 - 4 Испарение воды в ПК, зона насыщенного водяного пара, процесс кипения. Подвод тепла Q2. 34 Точка 34 показывает на диаграмме точку перехода воды в пар без процесса кипения воды, для прямоточных блоков, работающих на за критическом давлении Рк = 22,1145 Мпа. 3 - 4 Evaporation of water in the PC, saturated water vapor zone, boiling process. Heat supply Q2. 34 Point 34 shows in the diagram the point of water transition into steam without the process of boiling water, for direct-flow units operating at a critical pressure Pc = 22.1145 MPa.
4 - 5 Перегрев сухого пара в пароперегревателе ПЛ. 4 - 5 Overheating of dry steam in a superheater of submarines.
Подвод тепла Q3. 34 - 5 Перегрев сухого пара для прямоточных блоков.  Heat supply Q3. 34 - 5 Dry steam overheated for direct flow units.
5 - 6 Работа пара в цилиндре высокого давления турбины ЦВД. 5 - 6 Work of steam in the high-pressure cylinder of a high-pressure turbine turbine.
Уменьшение давления и температуры пара выше температуры насыщения.  Reducing the vapor pressure and temperature above the saturation temperature.
6 - 7 Перегрев сухого пара в ПП1. 6 - 7 Overheating of dry steam in PP1.
Подвод тепла Q4.  Heat supply Q4.
7 - 8 Работа пара в цилиндре среднего давления турбины ЦСД. 7 - 8 The work of steam in the cylinder of medium pressure turbine CCD.
Уменьшение давления и температуры пара выше температуры насыщения.  Reducing the vapor pressure and temperature above the saturation temperature.
8 - 9 Перегрев сухого пара в 11112. 8 - 9 Overheating of dry steam at 11112.
Подвод тепла Q5. 9 - 10 Работа пара в цилиндрах низкого давления турбины ЦНД.Heat supply Q5. 9 - 10 Steam work in low-pressure cylinders of a low-pressure turbine turbine.
Уменьшение давления и температуры пара до температуры насыщения. Reducing the vapor pressure and temperature to saturation temperature.
10 - 1 Конденсация пара в конденсаторе К охлаждающей водой, переход в жидкую фазу. Отвод тепла - Q6 = г от 2465 кДж/кг до 2430 кДж/кг. Безвозвратные потери тепла с охлаждающей водой, отдающей тепло в атмосферу. 10 - 1 Condensation of steam in the condenser K with cooling water, transition to the liquid phase. Heat removal - Q6 = g from 2465 kJ / kg to 2430 kJ / kg. Irretrievable loss of heat from the cooling water that transfers heat to the atmosphere.
Далее цикл вновь повторяется. Then the cycle repeats again.
Работа, которую можно получить в цикле, пропорциональна площади фигуры, ограниченной линиями 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 7 - 8 - 9 - 10 - 1. The work that can be obtained in a cycle is proportional to the area of the figure bounded by lines 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 7 - 8 - 9 - 10 - 1.
Из патента GB 0002528830 10.02.2016, известен способ повышения давления, отработанного еще не насыщенного пара на выходе из турбины, посредством используемых совместно с компрессором ускорительных форсунок, с последующим перегревом, без перевода пара в жидкую фазу и повторным направлением его в турбину для совершения полезной работы. From patent GB 0002528830 February 10, 2016, a method is known for increasing the pressure of waste steam that is not yet saturated at the outlet of the turbine, using accelerator nozzles used in conjunction with a compressor, with subsequent overheating, without transferring steam to the liquid phase and re-directing it to the turbine to perform useful work.
Недостаток данного способа - большие энергозатраты на увеличение давления не насыщенного пара. The disadvantage of this method is the large energy consumption for increasing the pressure of unsaturated steam.
Патент US 6357235 19.03.2002, предлагает использовать предварительно сжатый атмосферный воздух для увеличения давления не насыщенного пара без перевода в жидкую фазу с последующим перегревом и направлять пар в турбину. Patent US 6357235 03/19/2002, proposes to use pre-compressed atmospheric air to increase the pressure of unsaturated steam without transferring to the liquid phase with subsequent overheating and direct steam to the turbine.
Недостаток данного способа - большие энергозатраты на увеличение давления не насыщенного пара, что будет показано ниже. На T - S диаграмме цикл будет ограничен линиями 4-5-6-4, а сам цикл будет включать: The disadvantage of this method is the large energy consumption for increasing the pressure of unsaturated steam, which will be shown below. On the T - S diagram, the cycle will be limited to 4-5-6-4 lines, and the cycle itself will include:
6-4 Увеличение давления не насыщенного пара. 6-4 Increasing the pressure of unsaturated steam.
4-5 Перегрев пара. 5-6 Работа пара в турбине. 4-5 Steam overheating. 5-6 Steam work in the turbine.
Далее цикл повторяется. Then the cycle repeats.
Площадь фигуры ограниченной линиями 4— 5-6-4 гораздо меньше площади ограниченной линиями 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10-1 (используемых циклов), из чего следует, что получить большую работу невозможно. The area of the figure bounded by lines 4–5–6–4 is much smaller than the area bounded by lines 1–2–4–4–6–7–9–9–10–1 (cycles used), which means that to get a lot of work is impossible.
Работа пропорциональна площади ограниченной линиями цикла. Work is proportional to the area bounded by the cycle lines.
Рассмотрим, какую работу необходимо совершить для сжатия 1 кг пара в соответствии с патентами GB 000252883010.02.2016, US 635723519.03.2002. PI = 3,4 Мпа ( 3400 кПа ) Наименьшее рабочее давление используемое в циклах. Consider what work must be done to compress 1 kg of steam in accordance with the patents GB 000252883010.02.2016, US 635723519.03.2002. PI = 3.4 MPa (3400 kPa) The lowest working pressure used in cycles.
V2 ~ 0,005 мЗ/кг Удельный объем пара при 1545 оС V2 ~ 0.005 m3 / kg Specific volume of steam at 1545 ° C
V 1 = 32,93 мЗ/кг Удельный объем пара при t 30 оС V 1 = 32.93 m3 / kg Specific volume of steam at t 30 ° C
A = P1*(V2-V1) Работа, которую необходимо совершить для сжатия пара любым способом. A = P1 * (V2-V1) Work that needs to be done to compress steam in any way.
А = PI * ( V2 - VI ) = 3400 кПа * ( 0,005 мЗ/кг - 32,93 мЗ/кг ) = - 111945 A = PI * (V2 - VI) = 3400 kPa * (0.005 m3 / kg - 32.93 m3 / kg) = - 111945
к Д ж/кг  to d l / kg
Работа и теплота тождественные понятия. Работа, по сжатию пара любым способом (безвозвратно теряемая энергия), А = 1 11945 кДж/кг » г от 2465 кДж/кг до 2430 кДж/кг, гораздо больше теплоты конденсации, безвозвратно теряемой в конденсаторе классических циклов. Следовательно, КПД циклов, предлагаемых в выше указанных патентах, будет ниже существующих. Work and warmth are identical concepts. Work on the vapor compression in any way (irretrievably lost energy), A = 1,11945 kJ / kg g from 2465 kJ / kg to 2430 kJ / kg, much more than the heat of condensation, irreversibly lost in the condenser of classic cycles. Consequently, the efficiency of the cycles proposed in the above mentioned patents will be lower than the existing ones.
Раскрытие технического решения Disclosure of technical solutions
Целью предлагаемого технического решения является существенное увеличение КПД цикла производства электроэнергии на тепловых, атомных и комбинированных газотурбинных электростанциях работающих по циклам Карно, Ренкина, путем существенного снижения безвозвратно теряемого тепла в конденсаторе, изменив часть существующих циклов на предлагаемый новый цикл.  The aim of the proposed technical solution is a significant increase in the efficiency of the cycle of electricity production at thermal, nuclear and combined gas turbine power plants working on the cycles of Carnot, Rankine, by significantly reducing the irretrievably lost heat in the condenser, changing part of the existing cycles to the proposed new cycle.
Поставленная цель достигается посредством принципиально иного способа решения технической задачи снижения потерь тепла в конденсаторе и существенного повышения КПД теплового цикла. This goal is achieved through a fundamentally different way to solve the technical problem of reducing heat loss in the condenser and a significant increase in the efficiency of the heat cycle.
Установлено в частности, что насыщенный водяной пар начинает конденсироваться, если незначительно увеличить его давление, выше давления насыщения. В этом случае перенасыщенный пар переходит в жидкую фазу. В соответствии с идеей изобретения предлагается It has been established in particular that saturated water vapor begins to condense, if its pressure is slightly increased, higher than the saturation pressure. In this case, the supersaturated vapor enters the liquid phase. In accordance with the idea of the invention it is proposed
осуществлять тепловой цикл на действующем оборудовании с carry out the heat cycle on the existing equipment with
существующими параметрами до точки 10 на Т - S диаграмме, когда пар полностью отработал во всех цилиндрах турбины направлять пар в existing parameters up to point 10 on the T - S diagram, when the steam has fully worked in all cylinders of the turbine to direct the steam to
конденсатор, в котором увеличить давление выше давления насыщения и плавно прекратить циркуляцию охлаждающей воды через конденсатор. a condenser in which to increase the pressure above the saturation pressure and smoothly stop the circulation of cooling water through the condenser.
Переход пара в жидкую фазу будет происходить за счет того, что давление в конденсаторе будет выше чем давление насыщения. Теплота конденсации пара останется в цикле. The transition of steam into the liquid phase will occur due to the fact that the pressure in the condenser will be higher than the saturation pressure. The heat of condensation of the steam will remain in the cycle.
Параметры отработанного пара на выходе из турбины будут составлять при Р2 от 1,7 кПа до 4,2 кПа, температуре ТЗ от 15 оС до 30 оС и теплотой конденсации г от 2465 кДж/кг до 2430 кД /кг. The parameters of exhaust steam at the turbine outlet will be at P2 from 1.7 kPa to 4.2 kPa, the temperature of the technical specification from 15 ° C to 30 ° C and the heat of condensation g from 2465 kJ / kg to 2430 kD / kg.
Устройство повышающее давление может быть внешним, с приводом от ссобственного электродвигателя, установленное на входном патрубке конденсатора, так и интегрированное с последними ступенями турбины. При проектировании новых моделей турбин данное устройство можно предусмотреть в конструкции, желательно использовать ионизатор. The pressure boosting device can be external, driven by its own electric motor, mounted on the inlet of the condenser, and integrated with the last stages of the turbine. When designing new models of turbines, this device can be envisaged in the design, it is desirable to use an ionizer.
Одним из вариантов будет устройство, работающее по принципу вентилятора. Конфигурация лопастей может быть самой разнообразной, оптимальной будет конфигурация, выполненная исходя из непрерывности потока пара, как и лопатки турбины. Предлагается во время проведения планово-профилактического ремонта турбины заменить лопатки на последнем венце турбины всех ЦНД на лопасти вентилятора, необходимой конфигурации и соответственно сопла. Соответствующие детали необходимо изготовить заранее. One option would be a device operating on the fan principle. The configuration of the blades can be very diverse, the configuration will be optimal, made on the basis of the continuity of the steam flow, as well as turbine blades. It is proposed during the scheduled preventive maintenance of the turbine to replace the blades on the last crown of the turbine of all low-pressure cylinders on the fan blade, the required configuration and, accordingly, the nozzle. Corresponding parts must be prepared in advance.
После такой модификации последние венцы вращающейся турбины ЦНД будут создавать избыточное давление в конденсаторе, мощность турбины незначительно уменьшится, но значительно возрастет КПД цикла, что будет показано ниже. After this modification, the last rims of the rotating turbine. The low-pressure cylinder will create an overpressure in the condenser, the turbine power will slightly decrease, but the cycle efficiency will increase significantly, as will be shown below.
Принципиальная схема модифицированной электростанции с повышенным КПД, на последнем венце турбины использованы лопасти вентилятора для повышения давления в конденсаторе приведена на рис. 1. A schematic diagram of a modified power plant with increased efficiency; fan blades are used on the last turbine crown in order to increase the pressure in the condenser. one.
Осуществление изобретения Для реализации предложенного технического решения, прежде чем перейти на работу по предлагаемому циклу, необходимо сначала запустить существующий классический цикл, как описано выше. С включенным конденсатором и безвозвратно теряя тепло с охлаждающей водой. Когда турбина будет вращаться с рабочей частотой и в конденсаторе будут достигнуты номинальные параметры отработанного пара Р2 от 1,7 кПа до 4,2 кПа, температуре ТЗ от 15 оС до 30 оС и теплотой конденсации г от 2465 кДж/кг до 2430 кДж/кг, можно переходить на предлагаемый цикл. The implementation of the invention To implement the proposed technical solution, before moving to work on the proposed cycle, you must first start the existing classic cycle, as described above. With the condenser on and irretrievably losing heat with cooling water. When the turbine rotates at the operating frequency and in the condenser the nominal parameters of exhaust steam P2 from 1.7 kPa to 4.2 kPa, temperature TK from 15 ° C to 30 ° C and heat of condensation g from 2465 kJ / kg to 2430 kJ / kg are achieved , you can go to the proposed cycle.
Обозначим Р22 давление перед вентилятором (см. структурная схема), Р2 давление в конденсаторе. Работающий вентилятор незначительно будет влиять на процесс конденсации так как основной вакуум будет создан охлаждающей водой и Р2 ~ Р22. Let P22 denote the pressure in front of the fan (see the block diagram), P2 is the pressure in the condenser. A working fan will have little effect on the condensation process, since the main vacuum will be created by cooling water and P2 ~ P22.
При выходе на рабочие параметры необходимо плавно уменьшать расход охлаждающей воды через конденсатор К и совсем прекратить ее циркуляцию. When reaching the operating parameters, it is necessary to smoothly reduce the flow of cooling water through the condenser K and completely stop its circulation.
Процесс конденсации пара за счет охлаждающей воды прекратится. Это приведет к тому что давление Р2 в конденсаторе за счет работы вентилятора будет увеличиваться. При достижении давления Р2 незначительно превышающем давление насыщения при рабочей температуре процесс конденсации пара возобновится. The process of condensation of steam due to cooling water will stop. This will cause the P2 pressure in the condenser to increase due to the operation of the fan. When reaching the pressure P2 slightly exceeding the saturation pressure at the operating temperature, the steam condensation process will resume.
Процесс конденсации будет саморегулируемым. Если конденсация увеличится, давление Р2 уменьшится, процесс замедлится, что приведет к повышению давления, процесс возобновится. The condensation process will be self-regulating. If condensation increases, pressure P2 decreases, the process slows down, which leads to an increase in pressure, the process will resume.
Это связано с тем что при давлении Р2 от 1,7 кПа до 4,2 кПа и температуре ТЗ от 15 оС до 30 оС удельный объем пара Vn от 77,79 мЗ/кг до 32,93 мЗ/кг, а удельный объем воды (конденсата пара) VB ~ 0,001 мЗ/кг. Данный процесс очень чувствителен к не сбалансированному протеканию, так как небольшое отклонение скорости процесса от баланса ведет к изменению объемов от 77790 до 32930 раз. This is due to the fact that at a pressure of P2 from 1.7 kPa to 4.2 kPa and a temperature of TZ from 15 ° C to 30 ° C, the specific volume of steam Vn from 77.79 m3 / kg to 32.93 m3 / kg, and the specific volume of water (vapor condensate) VB ~ 0.001 m3 / kg. This process is very sensitive to unbalanced flow because a small deviation of the process speed from the balance leads to a change in volume from 77790 to 32930 times
Потери тепла в конденсаторе с охлаждающей водой не будет (циркуляция охлаждающей воды через конденсатор прекращена), следовательно, теплота останется в цикле. There will be no heat loss in the condenser with cooling water (the circulation of cooling water through the condenser is stopped), therefore, the heat will remain in the cycle.
Термодинамические аспекты предложенного изобретения вытекают из математического доказательства Ларсом Онзагером, Нобелевским лауреатом, основоположником четвертого начала термодинамики, изложенной в работе «Термодинамика фазовых переходов.» и позднее экспериментально подтвержденного, того факта, что удельная теплоемкость компонентов при фазовых переходах стремится к бесконечности. Это означает, что удельной теплоемкости конденсата при фазовом переходе будет достаточно чтобы кинетическая энергия пара перешла во внутреннюю энергию без значительного увеличения температуры. Питательный насос ГШ значительно поднимет давление воды что приведет к повышению температуры кипения воды. Thermodynamic aspects of the proposed invention follow from the mathematical proof by Lars Onzager, Nobel laureate, founder of the fourth law of thermodynamics, described in the work “Thermodynamics of phase transitions” and the fact that the specific heat capacity of the components during phase transitions tends to infinity. This means that the specific heat capacity of the condensate during the phase transition will be sufficient for the kinetic energy of the vapor to transfer to the internal energy without a significant increase in temperature. A feed pump GSH significantly raise the water pressure which will lead to an increase in the boiling point of water.
При стабильно, одной жидкой фазе, значение теплоемкости воды будет возвращаться к эмпирическим значениям, а внутренняя энергия воды будет значительно выше чем в классическом цикле, так как в конденсаторе тепло не потеряется. With a stable, single liquid phase, the heat capacity of water will return to empirical values, and the internal energy of water will be much higher than in the classical cycle, since the heat in the condenser is not lost.
Показателем внутренней энергии воды является температура, которая в предлагаемом цикле (обозначим Т32 (115) см. структурная схема описываемого цикла Рис 1.) на входе в паровой котел ПК будет значительно выше чем Т32» Т1 ~ ТЗ, что будет показано ниже. В паровом котле ПК, на нагрев и испарение воды, надо значительно меньше тепла, чем в классическом цикле, это и позволяет существенно повысить КПД предлагаемого цикла. Рассмотрим предлагаемый цикл в Т - S координатах. Indicator of the internal energy of water is the temperature, which in the proposed cycle (denoted by T32 (115), see the block diagram of the described cycle of Fig. 1.) at the entrance to the steam boiler PC will be significantly higher than T32 T1 ~ TZ, which will be shown below. In the steam boiler PC, for heating and evaporation of water, you need significantly less heat than in the classical cycle, this allows you to significantly increase the efficiency of the proposed cycle. Consider the proposed cycle in T - S coordinates.
Как уже сказано выше, вначале необходимо запустить вышеописанный классический цикл. При переходе на предлагаемый цикл, процесс полностью повторится до точки 10, далее пойдет по следующим точкам: As mentioned above, you must first start the above classic cycle. When switching to the proposed cycle, the process will be completely repeated to point 10, then it will go to the following points:
10 - 1 1 незначительное увеличение давления выше давления насыщения, на диаграмме расстояние между точками специально увеличено чтобы показать, что такой процесс есть. 10 - 1 1 a slight increase in pressure above the saturation pressure, in the diagram the distance between the points is specifically increased to show that there is such a process.
11 - 12 фазовый переход от парообразного состояния в жидкую фазу, точки 1 и 12 практически полностью совпадут из-за не сжимаемости воды (точки 1 - 2). Отвода тепла - Q6 = г от 2465 кДж/кг до 2430 кДж/кг не будет. 11 - 12 phase transition from the vapor state to the liquid phase, points 1 and 12 almost completely coincide due to the non-compressibility of water (points 1 - 2). Heat removal - Q6 = g from 2465 kJ / kg to 2430 kJ / kg will not.
12 - 2 Увеличение давления воды питательным насосом ПН до рабочего. (3,4 Мпа, 8,8 Мпа, 12,75 Мпа, 23,5 Мпа). 12 - 2 Increase of water pressure with feed pump PN up to operating. (3.4 MPa, 8.8 MPa, 12.75 MPa, 23.5 MPa).
Расстояние между точками 1, 12 и 2 очень мало из-за не сжимаемости воды, они практически совпадают.  The distance between points 1, 12 and 2 is very small due to the non-compressibility of water, they almost coincide.
2 - 3 Нагрев воды до температуры кипения при рабочем давлении в паровом котле ПК. Подвод тепла Q1 не нужен, так как внутренняя энергия конденсата Т32» Т1, расчет приведен ниже, температура кипения воды зависит от рабочего давления. 2 - 3 Heating the water to the boiling point at the operating pressure in the steam boiler PC. Supply of heat Q1 is not needed, since the internal energy of the condensate is T32 »T1, the calculation is given below, the boiling point of water depends on the operating pressure.
3 - 44 Частичное испарение воды в ПК, зона насыщенного водяного пара, подвод тепла Q2 до точки 44 не нужен, так как внутренняя энергия конденсата Т32» Т1, расчет приведен ниже. 44 - 4 Полное испарение воды в ПК, зона насыщенного водяного пара, процесс кипения. Подвод тепла Q22 «Q2, расчет приведен ниже. 34 Точка 34 показывает на диаграмме точку перехода воды в пар без процесса кипения воды, для прямоточных блоков, работающих на за критическом давлении Рк = 22,1145 Мпа. 3 - 44 Partial evaporation of water in the PC, saturated water vapor zone, heat supply Q2 to point 44 is not needed, since the internal energy of the condensate is T32 »T1, the calculation is given below. 44 - 4 Complete evaporation of water in PC, saturated water vapor zone, boiling process. Heat supply Q22 “Q2, the calculation is given below. 34 Point 34 shows in the diagram the point of water transition into steam without the process of boiling water, for direct-flow units operating at a critical pressure Pc = 22.1145 MPa.
4- 5 Перегрев сухого пара в пароперегревателе ГШ. 4- 5 Overheating of dry steam in the GSH superheater.
Подвод тепла Q3.  Heat supply Q3.
34-5 Перегрев сухого пара для прямоточных блоков. 34-5 Dry steam overheated for straight flow units.
5- 6 Работа пара в цилиндре высокого давления турбины ЦВД. 5- 6 Work of steam in the high-pressure cylinder of a high-pressure turbine turbine.
Уменьшение давления и температуры пара выше температуры насыщения. 6-7 Перегрев сухого пара в ПП1.  Reducing the vapor pressure and temperature above the saturation temperature. 6-7 Dry steam overheated in PP1.
Подвод тепла Q4.  Heat supply Q4.
7-8 Работа пара в цилиндре среднего давления турбины ЦСД. 7-8 Steam operation in a cylinder of medium pressure of a turbine of the CCD.
Уменьшение давления и температуры пара выше температуры насыщения. 8-9 Перегрев сухого пара в ПП2.  Reducing the vapor pressure and temperature above the saturation temperature. 8-9 Dry steam overheating in PP2.
Подвод тепла Q5.  Heat supply Q5.
9-10 Работа пара в цилиндрах низкого давления турбины ЦНД. 9-10 Steam work in low-pressure cylinders of a low-pressure turbine turbine.
Уменьшение давления и температуры пара до температуры насыщения. 10-11 незначительное увеличение давления выше давления насыщения, на диаграмме расстояние между точками специально увеличено чтобы показать, что такой процесс есть.  Reducing the vapor pressure and temperature to saturation temperature. 10-11 a slight increase in pressure above the saturation pressure, on the diagram the distance between the points is specifically increased to show that there is such a process.
Далее цикл вновь повторяется. Then the cycle repeats again.
Область, ограниченная линиями 12(1) - 2- 3- 44— 4-5— 6-7- 8 - 9 - 10 - 11 - 12 (1), практически полностью совпадает с классическим циклом, значит р бот ^у ст такой же. Область, ограниченная линиями 1 - 12 - 11 - 10 - 1, пропорциональна работе, которую необходимо затратить на фазовый переход пара в воду, безвозвратно потерянная энергия. The area bounded by lines 12 (1) - 2- 3- 44–4–5– 6–7–8–9–10 - 11–12 (1) almost completely coincides with the classical cycle, which means the work ^ at such same The area bounded by lines 1 - 12 - 11 - 10 - 1 is proportional to the work that needs to be spent on the phase transition of steam into water, irretrievably lost energy.
Пример расчета для 1 кг пара приведен ниже. An example of calculation for 1 kg of steam is shown below.
Работа, которую необходимо совершить для фазового перехода пар - конденсат. The work that needs to be done for the vapor-condensate phase transition.
Процесс происходит при постоянной температуре t от 15 оС The process occurs at a constant temperature t from 15 oC
30 оС  30 ° C
Давление насыщения пара Р от 1,7 кПа 4,2 Vapor saturation pressure P from 1.7 kPa 4.2
кПа  kPa
Удельный объем пара Vn от 77,97 мЗ/кг32,93 мЗ/кг The specific volume of steam Vn from 77.97 m3 / kg32.93 m3 / kg
Удельный объем воды (конденсата) VB от 0,001 мЗ/кг 0,001 мЗ/кг Specific volume of water (condensate) VB from 0.001 m3 / kg 0.001 m3 / kg
Удельная теплота конденсации г 2465 кДж/кг Specific heat of condensation g 2465 kJ / kg
2430 кДж/кг  2430 kJ / kg
Безвозвратно теряемая работа A = P * dV = P * ( VB - Vn ) Permanently lost work A = P * dV = P * (VB - Vn)
А = 1,7 кПа * ( 0,001 мЗ/кг - 77,97 мЗ/кг ) = -133 к Д ж/кг A = 1.7 kPa * (0.001 m3 / kg - 77.97 m3 / kg) = -133 to D W / kg
А = 4,2 кПа * ( 0,001 мЗ/кг - 32,93 мЗ/кг ) = -138 кДж/кг A = 4.2 kPa * (0.001 m3 / kg - 32.93 m3 / kg) = -138 kJ / kg
Теплота, оставшаяся в цикле Qn = г - А = 2465 кДж/кг - 133 кДж/кг = 2332 кДж/кг The heat remaining in the cycle Qn = g - A = 2465 kJ / kg - 133 kJ / kg = 2332 kJ / kg
Qn = г - А = 2430 кДж/кг - 138 кДж/кг = 2292 кДж/кг Теплота, теряемая в конденсаторе классического цикла г составляет ~ 45%, в предлагаемом цикле теряемая работа А ~ 2.5%. Qn = g - A = 2430 kJ / kg - 138 kJ / kg = 2292 kJ / kg The heat lost in the condenser of the classical cycle g is ~ 45%, in the proposed cycle the lost work A is ~ 2.5%.
Таким образом КПД предлагаемого цикла будет ~ на 42,5 % (45% - 2,5%) выше классического цикла. Thus, the efficiency of the proposed cycle will be ~ 42.5% (45% - 2.5%) higher than the classical cycle.
Дополнительно ниже приводится расчет для точки 44 на Т - S диаграмме для давления Р1 = 3,4 Мпа (для более высокого давления температура кипения воды будет выше) и температуры отработанного пара t 30 оС. Additionally, below is the calculation for point 44 on the T - S diagram for a pressure of P1 = 3.4 MPa (for a higher pressure the boiling point of water will be higher) and the temperature of the exhaust steam t 30 ° C.
Рабочее давление Р1 3,4 Мпа Operating pressure P1 3.4 MPa
Температура кипения воды при данном давлении Тк 241 оС The boiling point of water at a given pressure Tk 241 oC
Теплота парообразования Q2 Qn 1759 кДж/кг Heat of vaporization Q2 Qn 1759 kJ / kg
Температура воды на входе в паровой котел ПК Т1 30 оС Water temperature at the inlet to the steam boiler PK T1 30 ° C
Теплоемкость воды средняя Св 4,2 кДж (кг*К) Heat capacity of water average St 4,2 kJ (kg * K)
Теплота, необходимая на нагрев 1 кг воды до Q1 = Св * (Тк - Т1) температуры кипения Q1 подводить не надо QI = 4,2 кДж/(кг*К) * (241 - 30) = 886 кДж/кг так как хватит теплоты, оставшейся в цикле Т32 будет соответствовать Тк The heat required for heating 1 kg of water to Q1 = Sv * (Tk - T1) boiling point Q1 does not need to be brought Qi = 4.2 kJ / (kg * K) * (241 - 30) = 886 kJ / kg as is enough the heat remaining in the T32 cycle will correspond to TC
Теплота, оставшаяся в цикле Qu, 2292 кДж/кг Heat remaining in the Qu cycle, 2292 kJ / kg
Теплота, оставшаяся для частичного испарения QH = Qu, - Q 1 Heat remaining for partial evaporation QH = Qu, - Q 1
соответствует точке 44 на Т - S диаграмме. QH = 2292
Figure imgf000016_0001
corresponds to point 44 on T - S diagram. QH = 2292
Figure imgf000016_0001
Теплота, необходимая для полного испарения Q22 = Qn - QH  Heat required for complete evaporation Q22 = Qn - QH
1 кг воды в предлагаемом цикле. Q22 = 1759 кДж/кг - 1 kg of water in the proposed cycle. Q22 = 1759 kJ / kg -
1406 кДж/кг = 353 кДж/кг Q22 = 353 кДж кг « Q2 = 1759 кДж/кг 1406 kJ / kg = 353 kJ / kg Q22 = 353 kJ kg "Q2 = 1759 kJ / kg
Оставшееся тепло Q3, Q4, Q5, необходимое на перегрев пара, подводится также, как и в классическом цикле. The remaining heat Q3, Q4, Q5 required for steam overheating is supplied in the same way as in the classical cycle.
Из приведенных расчетов видно, что в классическом цикле в конденсаторе безвозвратно теряется теплота конденсации г от -2465 кДж/кг до -2430 кДж/кг, что примерно составляет - 45% безвозвратных потерь. From the above calculations it can be seen that in the classical cycle, the condensation heat g from -2465 kJ / kg to -2430 kJ / kg is lost permanently in the condenser, which is approximately - 45% of irrecoverable losses.
В предлагаемом цикле безвозвратные потери А от -133 кДж/кг до -138 кДж/кг, значительно меньше, что составит примерно от -2,4% до -2,6% безвозвратных потерь, так как процесс протекает при очень низком давлении в конденсаторе, практически в вакууме, который был предварительно создан в классическом цикле. In the proposed cycle, the irretrievable losses A from -133 kJ / kg to -138 kJ / kg are significantly less, which will be approximately from -2.4% to -2.6% of irretrievable losses, since the process proceeds at a very low pressure in the condenser , practically in a vacuum that was previously created in the classic cycle.
Таким образом, предлагаемый цикл увеличивает КПД электростанции на 42,5%. Thus, the proposed cycle increases the power plant efficiency by 42.5%.
Цикл не противоречит с первым началом термодинамики так как тепло подводится, нет противоречий со вторым так как часть энергии безвозвратно теряется при преобразовании тепловой энергии в механическую, не противоречит третьему так как температуры абсолютного нуля не достигаются, проходит в соответствии с четвертым началом термодинамики. The cycle does not conflict with the first law of thermodynamics, since heat is supplied, there is no contradiction with the second, since part of the energy is irretrievably lost when thermal energy is converted into mechanical energy, does not contradict the third, since absolute zero temperatures are not reached, runs according to the fourth law of thermodynamics.
Прежде чем переходить на новый цикл необходимо предварительно рассчитать тепловой баланс парового котла, исходя из повышенной температуры воды на его входе, особенно для прямоточных блоков и АЭС. При этом переводить на предлагаемый цикл только по одной турбине, следующую турбину переводить на цикл можно только после завершения переходного процесса предыдущей, при расчете передаточной функции воздействующей на уменьшение подачи топлива в паровой котел обязательно учитывать транспортную задержку. Выполнение этих требований позволит обеспечить производительную и безаварийную работу электростанции. Before switching to a new cycle, it is necessary to pre-calculate the heat balance of the steam boiler, based on the elevated water temperature at its inlet, especially for direct-flow units and nuclear power plants. In this case, only one turbine can be transferred to the proposed cycle, the next turbine can be transferred to a cycle only after the completion of the previous transition process, when calculating the transfer function affecting the reduction of fuel supply to the steam boiler, it is necessary to take into account the transport delay. Performing these requirements will ensure productive and trouble-free operation of the power plant.
Практическое осуществление предлагаемого цикла не потребует значительных затрат, все необходимые элементы можно изготовить заранее, по технологии и из материалов, как и лопатки турбины, крепление к валу турбины останется прежним, модернизацию можно провести во время планово-профилактического ремонта, все остальное оборудование и коммуникации останутся неизменны. Поскольку планово-профилактические ремонты и замена лопаток турбин проводятся постоянно на всех теплоэлектростанциях в мире, переход на новый цикл работы электростанции будет реализовать достаточно просто. Practical implementation of the proposed cycle does not require significant costs, all the necessary elements can be manufactured in advance, using technology and materials, just like turbine blades, fastening to the turbine shaft will remain the same, modernization can be carried out during scheduled preventive maintenance, all other equipment and communications will remain unchanged. Since routine preventive maintenance and replacement of turbine blades are carried out constantly at all thermal power plants in the world, the transition to a new cycle of the power plant will be quite simple.
Предполагаемый цикл уменьшает расход топлива практически в 2 раза, следовательно, на столько же будет меньше выброс продуктов сгорания и обогрев атмосферы, что благоприятно повлияет на экологию и климат. На атомных электростанциях будет практически в 2 раза меньше радиоактивных отходов. The estimated cycle reduces fuel consumption by almost 2 times, therefore, the same amount will be less emissions of combustion products and heating of the atmosphere, which will positively affect the environment and climate. At nuclear power plants will be almost 2 times less radioactive waste.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Способ увеличения КПД тепловой электростанции посредством увеличения давления ненасыщенного пара с последующим его перегревом и направлением в турбину, отличающийся тем, что после полной отработки во всех цилиндрах турбины, пар направляют в конденсатор, в котором посредством вентилятора увеличивают давление выше давления насыщения и прекращают циркуляцию охлаждающей воды за счет чего переводят пар в жидкую фазу с сохранением теплоты конденсации пара в цикле. 1. A method of increasing the efficiency of a thermal power plant by increasing the pressure of unsaturated steam followed by its overheating and direction to the turbine, characterized in that after full development in all cylinders of the turbine, steam is sent to a condenser, in which the fan increases the pressure above the saturation pressure and stops circulation cooling water due to which steam is transferred to the liquid phase with preservation of the heat of condensation of steam in the cycle.
2. Способ по п. 1 отличающийся тем, что после запуска существующего цикла, и достижения вращения турбины с рабочей частотой, обеспечивающей номинальные параметры отработанного пара плавно уменьшают расход охлаждающей воды до полного прекращения ее циркуляции с одновременным увеличением посредством вентилятора давления в конденсаторе и получения эффекта саморегулируемости процесса конденсации.  2. A method according to claim 1, characterized in that after starting the existing cycle and achieving rotation of the turbine with an operating frequency ensuring the nominal parameters of the exhaust steam smoothly reduce the flow of cooling water until its circulation is completely stopped while increasing the pressure in the condenser by means of a fan and obtaining the effect self-regulating process of condensation.
3. Способ по п. 1 отличающийся тем, что расчет конфигурации лопастей вентилятора ведут также как для лопаток турбины, исходя из непрерывности потока пара, на основании расчета теплового баланса парового котла, с учетом повышенной температуры воды на его входе.  3. The method according to p. 1, characterized in that the calculation of the configuration of the fan blades is the same as for turbine blades, based on the continuity of the steam flow, based on the calculation of the heat balance of the steam boiler, taking into account the elevated water temperature at its inlet.
4. Способ по п. 1 отличающийся тем, что расчет передаточной функции воздействующей на уменьшение подачи топлива в паровой котел ведут с учетом транспортной задержки.  4. The method according to p. 1, characterized in that the calculation of the transfer function affecting the reduction of fuel supply to the steam boiler is carried out taking into account the transport delay.
5. Способ по п. 1 отличающийся тем, модернизацию действующих тепловых электростанций по замене на последнем венце турбины лопаток на лопасти вентилятора ведут в период планово-профилактического ремонта.  5. The method according to p. 1, characterized in that the modernization of existing thermal power plants to replace the blades on the fan blade at the last crown of the turbine is carried out in the period of preventive maintenance.
6. Тепловая электростанция, включающая устройство для увеличения давления ненасыщенного пара с последующим его перегревом и направлением в турбину, отличающаяся тем, что на последнем венце вместо лопаток на валу турбины всех цилиндров низкого давления установлены лопасти вентилятора, необходимой конфигурации и сопла. 6. Thermal power plant, including a device for increasing the pressure of unsaturated steam with its subsequent overheating and direction to the turbine, characterized in that at the last rim instead of blades on the turbine shaft of all low pressure cylinders installed fan blades, the required configuration and the nozzle.
7. Тепловая электростанция по п. 6, отличающаяся тем, что вентилятор с приводом от собственного электродвигателя, расположенного на входном патрубке конденсатора.  7. Thermal power plant under item 6, characterized in that the fan is driven by its own electric motor, located on the inlet of the condenser.
8. Тепловая электростанция по п. 6, отличающаяся тем, что вентилятор интегрирован с последними ступенями турбины.  8. Thermal power plant under item 6, characterized in that the fan is integrated with the latest turbine stages.
9. Тепловая электростанция по п. 6, отличающаяся тем, что конструктивные элементы вентиляторных лопастей изготовлены по технологии и из материалов, как и для лопаток турбины.  9. Thermal power plant under item 6, characterized in that the structural elements of the fan blades are made by technology and from materials, as well as for turbine blades.
PCT/RU2018/000031 2017-07-12 2018-01-25 Method for increasing energy conversion efficiency of thermal power plant and device for carrying out said method WO2019013669A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112018003573.5T DE112018003573T5 (en) 2017-07-12 2018-01-25 Method for increasing the efficiency of a thermal power plant and a device for carrying it out

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017124840A RU2017124840A (en) 2017-07-12 2017-07-12 METHOD FOR INCREASING EFFICIENCY OF THERMAL POWER PLANT AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
RU2017124840 2017-07-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019013669A1 true WO2019013669A1 (en) 2019-01-17

Family

ID=65002632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2018/000031 WO2019013669A1 (en) 2017-07-12 2018-01-25 Method for increasing energy conversion efficiency of thermal power plant and device for carrying out said method

Country Status (3)

Country Link
DE (1) DE112018003573T5 (en)
RU (1) RU2017124840A (en)
WO (1) WO2019013669A1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007131281A1 (en) * 2006-05-15 2007-11-22 Newcastle Innovation Limited A method and system for generating power from a heat source

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007131281A1 (en) * 2006-05-15 2007-11-22 Newcastle Innovation Limited A method and system for generating power from a heat source

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KUDINOV V.A. ET AL., TEKHNICHESKAYA TERMODINAMIKA, M., VYSSHAYA SHKOLA, 2000, pages 41 - 43 *
VUKALOVICH ET AL.: "Tekhnicheskaya termodinamika", M., ENERGIYA, 1968, pages 438 - 439 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE112018003573T5 (en) 2020-03-26
RU2017124840A3 (en) 2019-01-15
RU2017124840A (en) 2019-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101832158A (en) Steam-organic Rankine cascade power cycle generating system and method
CN108678821A (en) A kind of steam turbine start and stop peak regulation heating system for realizing the decoupling of fired power generating unit thermoelectricity
RU2525569C2 (en) Combined-cycle topping plant for steam power plant with subcritical steam parameters
RU2006129783A (en) METHOD FOR INCREASING EFFICIENCY AND POWER OF A TWO-CIRCUIT NUCLEAR STATION AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION (OPTIONS)
WO2019013669A1 (en) Method for increasing energy conversion efficiency of thermal power plant and device for carrying out said method
CN205580221U (en) High -efficient waste heat power generation system of flue gas
RU2611138C1 (en) Method of operating combined-cycle power plant
CN206468383U (en) Improve the device of the Rankine cycle thermal efficiency
CN105464729A (en) Smoke and hot fluid waste heat recycling system
RU2561780C2 (en) Combined-cycle plant
CN208153075U (en) A kind of steam turbine start and stop peak regulation heating system for realizing the decoupling of fired power generating unit thermoelectricity
RU2015149555A (en) METHOD FOR WORKING MANEUVERED REGENERATIVE STEAM-GAS HEAT ELECTROCENTRAL AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
RU2620610C1 (en) Work method of combined cycle gas turbine power plant
RU2605879C2 (en) Power plant combined-cycle plant
US20230332560A1 (en) Diesel-steam power plant
CN205578050U (en) Exhaust -heat boiler's steam electric power system
RU2686541C1 (en) Steam-gas plant
RU2037055C1 (en) Combination steam-gas power plant
RU2756940C1 (en) Method for operation of a combined gas and steam unit of a power plant
RU2756880C1 (en) Combined gas and steam unit of a power plant with parallel operation
RU145194U1 (en) HEAT ELECTRIC STATION
RU2784165C1 (en) Method for operation of a combined gas and steam unit of a power plant
Gabdullina et al. Promising Direction of Perfection of the Utilization Combine Cycle Gas Turbine Units
RU2777999C1 (en) Combined-cycle power plant
RU2806956C1 (en) Method for operation of combined cycle unit of power plant

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18832086

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18832086

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1