Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ, ВЫРАБАТЫВАЕМОЙ ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИЕЙ

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на тепловых электрических станциях (ТЭС) при утилизации высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора для дополнительной выработки электрической энергии.

Аналогом является способ работы тепловой электрической станции, содержащей теплофикационную турбину с отопительными отборами пара, подающий и обратный трубопроводы теплосети, сетевые подогреватели, включенные по нагреваемой среде между подающим и обратным трубопроводами теплосети и подключенные по греющей среде к отопительным отборам, теплонасосную установку с испарителем, включенным в обратный трубопровод теплосети, и конденсатором, при этом конденсатор теплонасосной установки включен в подающий трубопровод теплосети после сетевых подогревателей (патент RU №2269014, МПК F01K 17/02, 27.01.2006).

Прототипом является способ работы тепловой электрической станции, по которому весь поток обратной сетевой воды, возвращаемый от потребителей, нагревают паром отборов турбины в нижнем и в верхнем сетевых подогревателях, а также в конденсаторе теплонасосной установки теплотой, отведенной от обратной сетевой воды в испарителе теплонасосной установки, после чего направляют потребителям, при этом весь поток сетевой воды последовательно нагревают в нижнем сетевом подогревателе, конденсаторе теплонасосной установки и верхнем сетевом подогревателе (патент RU №2275512, МПК F01K 17/02, 27.04.2006).

В известном способе весь поток обратной сетевой воды, возвращаемый от потребителей по обратному трубопроводу сетевой воды, охлаждают в испарителе теплонасосной установки, после чего последовательно нагревают в нижнем сетевом подогревателе, конденсаторе теплонасосной установки и в верхнем сетевом подогревателе, а затем направляют потребителям по подающему трубопроводу сетевой воды. В нижнем и верхнем сетевых подогревателях сетевую воду нагревают паром отборов теплофикационной турбины. В теплонасосной установке нагрев сетевой воды осуществляют в конденсаторе теплом, отнятым испарителем от обратной сетевой воды из трубопровода.

Таким образом, в известном способе работы тепловой электрической станции пар отопительных параметров из отборов паровой турбины поступает в паровое пространство верхнего и нижнего сетевых подогревателей, сетевая вода поступает от потребителей по обратному трубопроводу сетевой воды в нижний и верхний сетевые подогреватели, далее сетевую воду направляют в подающий трубопровод сетевой воды, отработавший пар поступает из паровой турбины в паровое пространство конденсатора паровой турбины, конденсируется на поверхности конденсаторных трубок, при этом конденсат с помощью конденсатного насоса конденсатора паровой турбины направляют в систему регенерации.

Основным недостатком аналога и прототипа является относительно низкий коэффициент полезного действия ТЭС по выработке электрической энергии, обусловленный затратами электрической мощности на привод теплонасосной установки.

Задачей изобретения является разработка способа утилизации теплоты ТЭС, в котором устранены указанные недостатки аналога и прототипа.

Техническим результатом является повышение коэффициента полезного действия ТЭС за счет исключения затрат электрической мощности на привод теплонасосной установки и дополнительной выработки электрической энергии.

Технический результат достигается тем, что в способе утилизации тепловой энергии, вырабатываемой тепловой электрической станцией (ТЭС), включающем поступление пара отопительных параметров из отборов паровой турбины в паровое пространство верхнего и нижнего сетевых подогревателей, подачу сетевой воды от потребителей по обратному трубопроводу сетевой воды в нижний и верхний сетевые подогреватели и далее в подающий трубопровод сетевой воды, подачу отработавшего пара из паровой турбины в паровое пространство конденсатора паровой турбины для конденсации на поверхности конденсаторных трубок и направление конденсата с помощью конденсатного насоса конденсатора паровой турбины в систему регенерации, согласно настоящему изобретению в тепловой электрической станции используют конденсационную установку, имеющую конденсатор паровой турбины с производственным отбором пара, и дополнительно осуществляют утилизацию высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора, причем утилизацию высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора осуществляют при помощи теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина, в котором в качестве охлаждающей жидкости используют низкокипящее рабочее тело, циркулирующее в замкнутом контуре, при этом его сжимают в конденсатном насосе теплового двигателя, испаряют и перегревают в конденсаторе паровой турбины с производственным отбором пара, расширяют в турбодетандере теплового двигателя и конденсируют в теплообменнике-конденсаторе теплового двигателя сетевой водой из нижнего сетевого подогревателя.

В качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный этанол С₂Н₆О.

Таким образом, технический результат достигается за счет утилизации высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора из паровой турбины с производственным отбором пара для дополнительной выработки электрической энергии, которую осуществляют путем нагрева в конденсаторе паровой турбины с производственным отбором пара низкокипящего рабочего тела (сжиженного этанола C₂H₆O) теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена предлагаемая тепловая электрическая станция, имеющая тепловой двигатель с теплообменником-конденсатором и конденсационную установку.

На чертеже цифрами обозначены:

1 - паровая турбина,

2 - конденсатор паровой турбины,

3 - конденсатный насос конденсатора паровой турбины,

4 - основной электрогенератор,

5 - тепловой двигатель с замкнутым контуром циркуляции,

6 - турбодетандер,

7 - электрогенератор,

8 - теплообменник-конденсатор,

9 - конденсатный насос,

10 - верхний сетевой подогреватель,

11 - нижний сетевой подогреватель,

12 - подающий трубопровод сетевой воды,

13 - обратный трубопровод сетевой воды,

14 - конденсационная установка,

15 - паровая турбина с производственным отбором пара,

16 - электрогенератор паровой турбины с производственным отбором пара,

17 - конденсатор паровой турбины с производственным отбором пара,

18 - конденсатный насос конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара.

Тепловая электрическая станция включает последовательно соединенные паровую турбину 1, конденсатор 2 паровой турбины и конденсатный насос 3 конденсатора паровой турбины, а также основной электрогенератор 4, соединенный с паровой турбиной 1, которая соединена по греющей среде с верхним 10 и нижним 11 сетевыми подогревателями, включенными по нагреваемой среде между подающим 12 и обратным 13 трубопроводами сетевой воды.

В тепловую электрическую станцию введены конденсационная установка 14 и тепловой двигатель 5 с замкнутым контуром циркуляции, работающий по органическому циклу Ренкина.

Конденсационная установка 14 содержит последовательно соединенные паровую турбину 15 с производственным отбором пара, имеющую электрогенератор 16, конденсатор 17 паровой турбины с производственным отбором пара и конденсатный насос 18 конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара.

Замкнутый контур циркуляции теплового двигателя 5 выполнен в виде контура с низкокипящим рабочим телом, содержащим турбодетандер 6 с электрогенератором 7, теплообменник-конденсатор 8, включенный по нагреваемой среде в обратный трубопровод 13 сетевой воды после нижнего сетевого подогревателя 11, и конденсатный насос 9, причем выход конденсатного насоса 9 соединен по нагреваемой среде с входом конденсатора 17 паровой турбины с производственным отбором пара, выход конденсатора 17 паровой турбины с производственным отбором пара соединен по нагреваемой среде с входом турбодетандера 6, выход турбодетандера 6 соединен по греющей среде с теплообменником-конденсатором 8, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом конденсатного насоса 9, образуя замкнутый контур охлаждения.

Способ утилизации тепловой энергии, вырабатываемой тепловой электрической станцией, осуществляют следующим образом.

Способ включает в себя поступление пара отопительных параметров из отборов паровой турбины 1 в паровое пространство верхнего 10 и нижнего 11 сетевых подогревателей, подачу сетевой воды от потребителей по обратному 13 трубопроводу сетевой воды в нижний 11 и верхний 10 сетевые подогреватели и далее в подающий 12 трубопровод сетевой воды, подачу отработавшего пара из паровой турбины 1 в паровое пространство конденсатора 2 паровой турбины для конденсации на поверхности конденсаторных трубок и направление конденсата с помощью конденсатного насоса 3 конденсатора паровой турбины 1 в систему регенерации.

Отличием предлагаемого способа является то, что в тепловой электрической станции используют конденсационную установку 14, имеющую конденсатор 17 паровой турбины 15 с производственным отбором пара, и дополнительно осуществляют утилизацию высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора, причем утилизацию высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора осуществляют при помощи теплового двигателя 5 с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина, в котором в качестве охлаждающей жидкости используют низкокипящее рабочее тело, циркулирующее в замкнутом контуре, при этом его сжимают в конденсатном насосе 9 теплового двигателя 5, испаряют и перегревают в конденсаторе 17 паровой турбины 15 с производственным отбором пара, расширяют в турбодетандере 6 теплового двигателя и конденсируют в теплообменнике-конденсаторе 8 теплового двигателя сетевой водой из нижнего 11 сетевого подогревателя.

В качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный этанол С₂Н₆О.

Пример конкретного выполнения.

Отработавший пар, поступающий из паровой турбины 1 в паровое пространство конденсатора 2, конденсируется на поверхности конденсаторных трубок. При этом образующийся конденсат с помощью конденсатного насоса 3 конденсатора паровой турбины направляют в систему регенерации. Мощность паровой турбины 1 передается соединенному на одном валу основному электрогенератору 4.

Пар, поступающий из отопительных отборов паровой турбины 1 в паровое пространство верхнего 10 и нижнего 11 сетевых подогревателей, конденсируется на поверхности подогреваемых трубок, внутри которых протекает сетевая вода.

Преобразование высокопотенциальной тепловой энергии пара производственного отбора из паровой турбины 15 в механическую и, далее, в электрическую происходит в замкнутом контуре циркуляции теплового двигателя 5, работающего по органическому циклу Ренкина.

Таким образом, утилизацию высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора из паровой турбины 15 с производственным отбором пара осуществляют путем нагрева в конденсаторе 17 паровой турбины с производственным отбором пара низкокипящего рабочего тела (сжиженного этанола C₂H₆O) теплового двигателя 5 с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина.

Весь процесс начинается с сжатия в конденсатном насосе 9 сжиженного этанола C₂H₆O, который направляют на испарение и перегрев в конденсатор 17 паровой турбины с производственным отбором пара, куда поступает пар производственного отбора из паровой турбины 15 при температуре около 573 К.

Пар, поступающий из производственного отбора паровой турбины 15 в паровое пространство конденсатора 17, конденсируется на поверхности конденсаторных трубок, внутри которых протекает охлаждающая жидкость (сжиженный этанол C₂H₆O). Мощность паровой турбины 15 передается соединенному на одном валу основному электрогенератору 16.

Конденсация пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования, которая отводится при помощи охлаждающей жидкости. Образующийся конденсат с помощью конденсатного насоса 18 конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара направляют в систему регенерации.

В процессе конденсации пара производственного отбора в конденсаторе 17 паровой турбины происходит нагрев сжиженного этанола C₂H₆O свыше критической температуры 513,9 К, при котором происходит его интенсивное испарение, и дальнейший его перегрев до сверхкритической температуры от 513,9 К до 550 К при сверхкритическом давлении от 6,148 МПа до 9,3 МПа. Далее перегретый газообразный этанол C₂H₆O направляют на расширение в турбодетандер 6.

Процесс настроен таким образом, что в турбодетандере 6 не происходит конденсации газообразного этанола C₂H₆O в ходе срабатывания теплоперепада. Мощность турбодетандера 6 передается соединенному на одном валу электрогенератору 7. На выходе из турбодетандера 6 газообразный этанол C₂H₆O имеет температуру около 390,9 К с влажностью не превышающей 12% при давлении 0,4 МПа.

Далее, при снижении температуры газообразного этанола C₂H₆O, происходит его сжижение в теплообменнике-конденсаторе 8, охлаждаемого сетевой водой из нижнего сетевого подогревателя 11 в температурном диапазоне от 318,15 К до 343,15 К.

При этом сетевая вода перед подачей в верхний сетевой подогреватель дополнительно нагревается в теплообменнике-конденсаторе 8 теплового двигателя за счет выделяемой теплоты в процессе конденсации газообразного этанола C₂H₆O, циркулирующего в замкнутом контуре теплового двигателя 5.

После теплообменника-конденсатора 8 в сжиженном состоянии этанол C₂H₆O направляют для сжатия в конденсатный насос 9 теплового двигателя 5. Далее органический цикл Ренкина на основе низкокипящего рабочего тела повторяется.

Использование предлагаемого способа работы тепловой электрической станции позволит, по сравнению с прототипом, повысить коэффициент полезного действия ТЭС за счет утилизации высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора для дополнительной выработки электрической энергии.