СПОСОБ РАБОТЫ ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ
THERMAL POWER PLANT OPERATING METHOD

Изобретение относится к способу утилизации тепловой энергии, вырабатываемой тепловой электрической станцией. Изобретение может быть применено в целях повышения эффективности использования топлива при модернизации тепловых электрических станций различного назначения.
3
8
Известен способ работы станции с утилизацией производимой тепловой энергии, включающий подачу отработавшего пара из паровой турбины в паровое пространство конденсатора, в котором водяной пар конденсируют на поверхности конденсаторных трубок, внутри которых протекает охлаждающая жидкость, полученный при этом водяной конденсат с помощью конденсатного насоса направляют в систему регенерации, причем при конденсации пара осуществляют утилизацию сбросной низкопотенциальной тепловой энергии отработавшего в турбине пара посредством охлаждающей жидкости путем использования бинарного цикла, состоящего из паровой турбины с производственным отбором пара, конденсатора с конденсатным насосом этой турбины и контура циркуляции масла смазки подшипников паровой турбины с производственным отбором пара, состоящей из подшипников, охладителя масла, масляного бака, масляного насоса, а в качестве охлаждающей жидкости в бинарном цикле используют низкокипящее рабочее тело в виде сжиженного пропана СН, циркулирующее в замкнутом контуре, причем упомянутое низкокипящее рабочее тело сжимают в конденсатном насосе бинарного цикла турбины с производственным отбором, нагревают в конденсаторе другой паровой турбины, нагревают в масляном охладителе и в конденсаторе паровой турбины с производственным отбором пара, расширяют в турбодетандере турбины с производственным отбором и конденсируют в конденсаторе бинарного цикла турбины с производственным отбором пара (см. патент RU 2560496. Доступ: RU 2560496 C1_20150820).
Недостатки известного способа:
1. Значительные потери теплоты, выделяющейся при охлаждении низкокипящего рабочего тела в конденсаторе бинарного цикла турбины с производственным отбором пара после турбодетандера из-за того, что эта теплота в составе технологического цикла работы станции полезно никак не используется, а бесполезно рассеивается в окружающей среде.
2. В известном способе утилизируется теплота, выделяющаяся в подшипниках турбины с производственным отбором, а теплота, выделяющаяся в подшипниках другой паровой турбины, не утилизируется, что вызывает безвозвратную потерю этой теплоты вследствие ее бесполезного рассеивания в окружающей среде.
Указанные недостатки устранены в заявляемом изобретении, которое направлено на решение задачи по повышению эффективности способа работы тепловой электрической станции за счет устранения потерь теплоты при охлаждении низкокипящего рабочего тела после детандера бинарного цикла турбины с производственным отбором и потерь теплоты, выделяющейся в подшипниках используемой отдельной паровой турбины.
В заявляемом изобретении технически это достигнуто введением дополнительного бинарного цикла паровой турбины, утилизирующего посредством применения низкокипящего рабочего тела теплоту при охлаждении существующего низкокипящего рабочего тела в конденсаторе бинарного цикла турбины с производственным отбором пара и теплоту, выделяющуюся в подшипниках паровой турбины с превращением ее в электрическую энергию для практического применения.
3
3
3
8
3
8
3
3
Способ работытепловой электрической станции с утилизацией производимой тепловой энергии, включающий подачу отработавшего пара из паровой турбины в паровое пространство конденсатора, в котором водяной пар конденсируют на поверхности конденсаторных трубок, внутри которых протекает охлаждающая жидкость, полученный при этом водяной конденсат с помощью конденсатного насоса направляют в систему регенерации, причем при конденсации пара осуществляют утилизацию сбросной низкопотенциальной тепловой энергии отработавшего в турбине пара посредством охлаждающей жидкости путем с использования бинарного цикла, состоящего из паровой турбины с производственным отбором пара, конденсатора с конденсатным насосом этой турбины и контура циркуляции масла, состоящего из подшипников, охладителя масла, масляного бака, масляного насоса, а утилизацию теплоты в бинарном цикле осуществляют с применением низкокипящего рабочего тела путем отвода теплоты в конденсаторе турбины и в охладителе масла с последующим расширением нагретых паров рабочего тела в турбодетандере, соединенном с электрогенератором, и с конденсацией паров рабочего тела в конденсаторе бинарного цикла и подачей конденсата насосом в конденсатор другой паровой турбины, а после него в охладитель масла турбины с производственным отбором. При этом в бинарном цикле турбины с производственным отбором пара в качестве рабочего тела используют изобутан CH(CH), который после конденсации в жидком агрегатном состоянии насосом направляют в охладитель масла турбины с производственным отбором, а для другой паровой турбины, в качестве которой применяют турбину конденсационного типа, используют дополнительный бинарный цикл с низкокипящим рабочим телом в виде пропана СН, который после охлаждения в конденсаторе дополнительного бинарного цикла в жидком агрегатном состоянии насосом направляют в охладитель масла конденсационной турбины, затем в конденсатор бинарного цикла для охлаждения изобутана, после которого пары пропана СН направляют для перегрева в конденсатор конденсационной турбины и для расширения этих паров в турбодетандере дополнительного бинарного цикла, соединенном с электрогенератором, вырабатывающим дополнительное количество электроэнергии за счет утилизации теплоты нагрева подшипников паровой конденсационной турбины и остаточной теплоты нагрева изобутана CH(CH)после турбодетандера бинарного цикла для турбины с производственным отбором.
На фиг. 1 приведена схема заявляемого способа с обозначением элементов и узлов следующими позициями:
1 - паровая конденсационная турбина,
2 - конденсатор конденсационной турбины,
3 - конденсатный насос конденсационной турбины,
4 - электрогенератор конденсационной турбины,
5 - бинарный цикл конденсационной турбины,
6 - турбодетандер бинарного цикла конденсационной турбины,
7 - электрогенератор бинарного цикла конденсационной турбины,
8 - конденсатор бинарного цикла конденсационной турбины,
9 - конденсатный насос бинарного цикла конденсационной турбины,
10 - турбина с производственным отбором пара,
11 - бинарный цикл турбины с производственным отбором пара,
12 - электрогенератор турбины с производственным отбором пара,
13 - конденсатор турбины с производственным отбором пара,
14 - конденсатный насос турбины с производственным отбором пара,
15 - контур циркуляции масла смазки подшипников турбины с производственным отбором пара,
16 - контур циркуляции масла смазки подшипников конденсационной турбины,
17 - масляный бак,
18 - масляный насос,
19 - охладитель масла,
20 - подшипник,
21 - турбодетандер бинарного цикла турбины с производственным отбором пара,
22 - электрогенератор бинарного цикла турбины с производственным отбором пара,
23 - конденсатор бинарного цикла турбины с производственным отбором пара,
24 - конденсатный насос бинарного цикла турбины с производственным отбором пара,
25 - перегретый водяной пар от котла,
26 - конденсат водяного пара от конденсационной турбины,
27 - конденсат водяного пара от турбины с производственным отбором.
3
8
В качестве паровой турбины в заявляемом изобретении использована конденсационная турбина 1 (см. фиг. 1) с паспортной характеристикой по охлаждающей воде в конденсаторе +12°С, а в качестве рабочего тела ее бинарного цикла 5 использован пропан СН с минусовой температурой кипения -42°С при давлении насыщенных паров 0,1 МПа. На чертеже (см. фиг.) бинарный цикл конденсационной турбины 1 с рабочим телом в виде пропана показан пунктирной линией.
3
3
Паспортная характеристика турбины 10 с производственным отбором пара по охлаждающей воде в конденсаторе 13 равна +24°С. Поэтому в бинарном цикле 11 турбины с производственным отбором пара в качестве рабочего тела использован изобутан СН(СН) с минусовой температурой кипения -11°С при давлении насыщенных паров 0,1 МПа.
На фиг. 1 позиции близких по назначению и характеристикам элементов и узлов обозначены одинаковыми цифрами.
Контуры циркуляции масла смазки подшипников турбины с производственным отбором пара 15 и конденсационной турбины 16 обозначены утолщенными линиями.
Назначение и взаимодействие элементов и узлов на фиг. 1 следующее.
Паровая конденсационная турбина 1 служит для превращения высоко потенциальной энергии перегретого водяного пара 25, поступающего от энергетического котла, в механическую энергию вращения вала, которая передается на электрогенератор 4 для выработки электроэнергии.
Конденсатор 2 конденсационной турбины служит для охлаждения отработанного в турбине пара и превращения его в конденсат 26, отсасываемый конденсатным насосом 3 и передаваемый далее в пароводяной цикл котла для нагрева.
Электрогенератор 4 конденсационной турбины преобразует вращательное движение вала в электрическую энергию, передаваемую потребителям.
3
8
Бинарный цикл 5 конденсационной турбины служит для утилизации с помощью охладителя масла 19 низко потенциальной теплоты нагрева подшипников 20 и теплоты, отводимой в конденсаторе 23 и в конденсаторе 2 при помощи рабочего тела - пропана СН, и превращения этой теплоты при расширении рабочего тела в турбо детандере 6 в механическую энергию, а затем в электрическую энергию при помощи электрогенератора 7.
3
8
3
3
Конденсатор 8 бинарного цикла 5 служит для конденсации паров пропана СН после их расширения в турбодетандере 6 путем их охлаждения парами второго рабочего тела - изобутана СН(СН).
3
8
Конденсатный насос 9 бинарного цикла 5 служит для подачи сконденсировавшегося в конденсаторе 8 пропана СН в охладитель масла 19 конденсационной турбины 1, то есть в начало цикла 5.
Наличие бинарного цикла 5, в котором утилизируется теплота, выделяющаяся в подшипниках 20 конденсационной турбины 1, является отличительным признаком заявляемого изобретения, позволяющим достигнуть положительного технического результата.
Турбина 10 с производственным отбором пара служит для превращения высоко потенциальной энергии перегретого водяного пара 25, поступающего от энергетического котла, в механическую энергию вращения вала, которая передается на электрогенератор 12 для выработки электроэнергии.
При этом с турбины 10 отбирается часть водяного пара для технологических нужд самой тепловой электрической станции, а также для производственных нужд внешних потребителей (на фиг. 1 точки отбора на турбине не показаны).
3
3
Бинарный цикл 11 турбины 10 с производственным отбором пара служит для утилизации с помощью охладителя масла 19 низко потенциальной теплоты нагрева подшипников 20 и теплоты, отводимой в конденсаторе 8 и в конденсаторе 13 при помощи рабочего тела - изобутана СН(СН), и превращения этой теплоты при расширении рабочего тела в турбодетандере 21 в механическую энергию, а затем в электрическую энергию при помощи электрогенератора 22.
3
3
3
8
Конденсатор 23 бинарного цикла 11 служит для конденсации паров изобутана СН(СН) после их расширения в турбодетандере 21 путем их охлаждения парами пропана СН.
3
3
Конденсатный насос 24 бинарного цикла 11 служит для подачи сконденсировавшегося в конденсаторе 23 изобутана СН(СН) в охладитель масла 19 турбины 10 с производственным отбором пара, то есть в начало цикла 11.
3
3
Наличие в бинарном цикле 11 процесса утилизации теплоты, выделяющейся конденсаторе 23 при охлаждении изобутана СН(СН) до состояния конденсата и последующего полезного использования этой теплоты для выработки электроэнергии после расширении в турбодетандере 21, является отличительным признаком заявляемого изобретения, позволяющим достигнуть положительного технического результата.
Заявляемое изобретение работает следующим образом.
Паровая конденсационная турбина 1, обеспечивающая базовую электрическую нагрузку станции за счет электрогенератора 4, имеет избыточную низко потенциальную теплоту нагрева подшипников 20 и водяного пара после турбины в конденсаторе 2.
3
8
3
8
В бинарном цикле 5 пропан СН в жидком агрегатном состоянии под повышенным давлением подается насосом 9 в охладитель масла 19 и превращается в насыщенный пар, который идет через трубки конденсатора 23 во внутри трубчатое пространство конденсатора 2, после которого в перегретом состоянии расширяется в турбодетандере 6 со снижением температуры и давления до значений, при которых становится возможным переход пропана из газообразного состояния в жидкое за счет отвода теплоты в конденсаторе 8. Из конденсатора 8 жидкий пропан СН под давлением насоса 9 поступает в охладитель масла 19 и весь бинарный цикл 5 повторяется.
3
8
Первоначальная заправка бинарного цикла 5 жидким пропаном СН производится насосом 9 из передвижного внешнего пропанового газгольдера с использованием системы задвижек (на фиг. 1 задвижки и газгольдер не показаны) в количестве, обеспечивающем конденсацию водяного пара 26 в конденсаторе 2 при максимальной паровой нагрузке турбины 1.
3
3
3
3
В бинарном цикле 11 изобутан СН(СН) в жидком агрегатном состоянии под повышенным давлением подается насосом 24 в охладитель масла 19 и превращается в насыщенный пар, который идет через трубки конденсатора 8 во внутри трубчатое пространство конденсатора 13, после которого в перегретом состоянии расширяется в турбодетандере 21 со снижением температуры и давления до значений, при которых становится возможным переход изобутана из газообразного состояния в жидкое за счет отвода теплоты в конденсаторе 23. Из конденсатора 23 жидкий изобутан СН(СН) под давлением насоса 24 поступает в охладитель масла 19 и весь бинарный цикл 11 повторяется.
3
3
Первоначальная заправка бинарного цикла 11 жидким изобутаном СН(СН) производится насосом 24 из передвижного внешнего изобутанового газгольдера с использованием системы задвижек (на фиг. 1 задвижки и газгольдер не показаны) в количестве, обеспечивающем конденсацию водяного пара 27 в конденсаторе 13 при максимальной нагрузке турбины 10.