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, 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).

Прототипом 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).

В известном способе возвращаемая от потребителей по обратному трубопроводу теплосети сетевая вода подается сетевым насосом в испаритель теплонасосной установки, где отдает часть теплоты хладагенту теплонасосной установки и охлаждается, затем сетевая вода поступает в сетевые подогреватели, где нагревается паром отопительных отборов турбины. Перед подачей потребителям сетевая вода дополнительно нагревается в конденсаторе теплонасосной установки за счет теплоты хладагента, циркулирующего в контуре теплонасосной установки. Благодаря последовательному включению испарителя теплонасосной установки в обратный трубопровод теплосети до сетевых подогревателей, а конденсатора в подающий трубопровод теплосети после сетевых подогревателей достигается максимальное охлаждение обратной сетевой воды.

Таким образом, в известном способе работы тепловой электрической станции, включающем направление пара отопительных параметров из отборов паровой турбины в паровое пространство верхнего и нижнего сетевых подогревателей, связанных с подающим и обратным трубопроводами сетевой воды, а отработавший пар из паровой турбины направляют в паровое пространство конденсатора паровой турбины для конденсации на поверхности конденсаторных трубок, при этом полученный 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, включающем направление пара отопительных параметров из отборов паровой турбины в паровое пространство верхнего и нижнего сетевых подогревателей, связанных с подающим и обратным трубопроводами сетевой воды, а отработавший пар из паровой турбины направляют в паровое пространство конденсатора паровой турбины для конденсации на поверхности конденсаторных трубок, при этом полученный конденсат с помощью конденсатного насоса конденсатора паровой турбины направляют в систему регенерации, согласно настоящему изобретению, дополнительно используют конденсационную установку, состоящую из последовательно соединенных паровой турбины с производственным отбором пара и с электрогенератором, конденсатора и конденсатного насоса, при этом дополнительно осуществляют утилизацию высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора 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, и который состоит из последовательно соединенных турбодетандера с электрогенератором, теплообменника-конденсатора и конденсатного насоса, при этом низкокипящее рабочее тело 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 с помощью сетевой воды из верхнего сетевого подогревателя.

В качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный этанол C₂H₆O.

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 и испарения 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 фиг.1, на которой представлена предлагаемая тепловая электрическая станция, имеющая тепловой двигатель с теплообменником-конденсатором и конденсационную установку.

На фиг.1 цифрами обозначены:

1 - паровая турбина,

2 - конденсатор паровой турбины,

3 - конденсатный насос конденсатора паровой турбины,

4 - основной электрогенератор,

5 - тепловой двигатель с замкнутым контуром циркуляции,

6 - турбодетандер,

7 - электрогенератор,

8 - теплообменник-конденсатор,

9 - конденсатный насос,

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 подающий трубопровод 12 сетевой воды после верхнего сетевого подогревателя 10, 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 направление пара отопительных параметров из отборов паровой турбины 1 в паровое пространство верхнего 10 и нижнего 11 сетевых подогревателей, связанных с подающим 12 и обратным 13 трубопроводами сетевой воды, а отработавший пар из паровой турбины 1 направляют в паровое пространство конденсатора 2 паровой турбины 1 для конденсации на поверхности конденсаторных трубок, при этом полученный конденсат с помощью конденсатного насоса 3 конденсатора паровой турбины 1 направляют в систему регенерации.

Отличием предлагаемого способа является то, что дополнительно используют конденсационную установку 14, состоящую из последовательно соединенных паровой турбины 15 с производственным отбором пара и с электрогенератором 16, конденсатора 17 и конденсатного насоса 18, при этом дополнительно осуществляют утилизацию высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора 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, и который состоит из последовательно соединенных турбодетандера 6 с электрогенератором 7, теплообменника-конденсатора 8 и конденсатного насоса 9, при этом низкокипящее рабочее тело 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 с помощью сетевой воды из верхнего 10 сетевого подогревателя.

В качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный этанол C₂H₆O.

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 K.

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 K, при котором происходит его интенсивное испарение, и дальнейший его перегрев до сверхкритической температуры от 513,9 K до 550 K 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 404,71 K с влажностью, не превышающей 12% при давлении 0,6 МПа.

Далее, при снижении температуры газообразного этанола C₂H₆O происходит его сжижение в теплообменнике-конденсаторе 8, охлаждаемого сетевой водой из верхнего сетевого подогревателя 10 в температурном диапазоне от 343,15 K до 363,15 K.

При этом сетевая вода перед подачей потребителям 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.