КОМБИНИРОВАННАЯ ТЕПЛОСИЛОВАЯ УСТАНОВКА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к энергетике и может быть использована на тепловых и атомных электростанциях, применяющих в качестве рабочих тел водяной пар и низкокипящую жидкость.
Известна паротурбинная тепловая электростанция, включающая котел, пароперегреватель, турбину с генератором, конденсатор и конденсатный насос. Конденсацию пара производят охлаждающей водой из внешнего источника, которая потом сбрасывается. Недостатком является недостаточно высокий кпд. (См. Основы энергетики под общей редакцией А.В.Мошкарина, Иваново, 2005).
Известна комбинированная теплосиловая установка, содержащая замкнутый паросиловой контур, работающий на воде, замкнутый контур низкокипящей жидкости и незамкнутый контур подвода воды от внешнего источника. В паросиловом контуре последовательно соединены парогенератор, пароперегреватель, паровая турбина с генератором, конденсатор и насос. Контур низкокипящей жидкости включает компрессор, теплообменник-конденсатор, включенный в паросиловой контур после конденсатора, устройство понижающее давление, выполненное в виде дросселя или по второму варианту в виде турбодетандера, кинематически связанного с компрессором или генератором, и теплообменник-испаритель. В контур подвода воды входят теплообменные поверхности, установленные в конденсатор паросилового контура и теплообменник-испаритель контуранизкокипящей жидкости. Вода от внешнего источника подается в конденсатор, где на теплообменной поверхности происходит конденсация пара, вышедшего с турбины, а затем - в теплообменник-испаритель, где отдает полученное тепло на испарение низкокипящей жидкости. Установка недостаточно экономична, так как конденсация пара в паросиловом контуре осуществляется водой с недостаточно низкой температурой, а существующий перепад температур между теплообменником-конденсатором и теплообменником испарителем ухудшает экономические показатели, снижая кпд установки.
Технический результат направлен на увеличение кпд и повышение экономичности теплосиловой установки.
По первому варианту технический результат достигается тем, что комбинированная теплосиловая установка содержит замкнутый паросиловой контур, работающий на воде и включающий последовательно соединенные парогенератор, пароперегреватель, паровую турбину с генератором, конденсатор и насос, замкнутый контур, работающий на низкокипящей жидкости и содержащий компрессор, теплообменник-конденсатор, установленный в паросиловой контур, устройство понижающее давление, выполненное в виде дросселя, и теплообменник-испаритель, при этом установка дополнительно снабжена незамкнутым водяным контуром, теплообменные поверхности которого размещены в конденсаторе паросилового контура и в теплообменнике-испарителе контура низкокипящей жидкости. Согласно полезной модели в паросиловой контур после конденсатора установлен теплообменник с размещенной в нем теплообменной поверхностью, вход которой соединен с внешним источником, выход через теплообменные поверхности теплообменника-испарителя и конденсатора - с внешней средой, в контур низкокипящей жидкости установлен вспомогательный теплообменник с возможностью охлаждения в нем хладагента перед дросселем и подогрева перед компрессором.
По второму варианту технический результат достигается тем, что комбинированная теплосиловая установка содержит замкнутый паросиловой контур, работающий на воде и включающий последовательно соединенные парогенератор, пароперегреватель, паровую турбину с генератором, конденсатор и насос, а также замкнутый контур, работающий на низкокипящей жидкости и содержащий компрессор, теплообменник-конденсатор, устройство понижающее давление, выполненное в виде турбодетандера, кинематически связанного с компрессором, и теплообменник-испаритель, при этом установка дополнительно снабжена незамкнутым водяным контуром, теплообменные поверхности которого размещены в конденсаторе паросилового контура и в теплообменнике-испарителе контура низкокипящей жидкости. Согласно полезно модели в паросиловой контур после конденсатора установлен теплообменник с размещенной в нем теплообменной поверхностью, вход которой соединен с внешним источником, выход через теплообменные поверхности теплообменника-испарителя и конденсатора - с внешней средой, в контур низкокипящей жидкости установлен вспомогательный теплообменник с возможностью охлаждения в нем хладагента перед турбодетандером и подогрева перед компрессором.
По третьему варианту технический результат достигается тем, что комбинированная теплосиловая установка, содержащая замкнутый паросиловой контур, работающий на воде и включающий последовательно соединенные парогенератор, пароперегреватель, паровую турбину с генератором, конденсатор и насос, а также замкнутый контур, работающий на низкокипящей жидкости и содержащий компрессор, теплообменник-конденсатор, устройство понижающее давление, выполненное в виде турбодетандера, кинематически связанного с генератором паросилового контура, и теплообменник-испаритель, при этом установка дополнительно снабжена незамкнутым водяным контуром, теплообменные поверхности которого размещены в конденсаторе паросилового контура и в теплообменнике-испарителе контура низкокипящей жидкости. Согласно полезной модели в паросиловой контур после конденсатора установлен теплообменник с размещенной в нем теплообменной поверхностью, вход которой соединен с внешним источником, выход через теплообменные поверхности теплообменника-испарителя и конденсатора - с внешней средой, в контур низкокипящей жидкости установлен вспомогательный теплообменник с возможностью охлаждения в нем хладагента перед турбодетандером и подогрева перед компрессором.
4. По четвертому варианту технический результат достигается тем, что комбинированная теплосиловая установка содержит замкнутый паросиловой контур, работающий на воде и включающий последовательно соединенные парогенератор, пароперегреватель, паровую турбину с генератором, конденсатор и насос, а также замкнутый контур, работающий на низкокипящей жидкости и содержащий компрессор, теплообменник-конденсатор, устройство понижающее давление, выполненное в виде турбодетандера, и теплообменник-испаритель, при этом установка дополнительно снабжена незамкнутым водяным контуром, теплообменные поверхности которого размещены в конденсаторе паросилового контура и в теплообменнике-испарителе контура низкокипящей жидкости. Согласно полезной модели в паросиловой контур после конденсатора установлен теплообменник с размещенной в нем теплообменной поверхностью, вход которой соединен с внешним источником, выход через теплообменные поверхности теплообменника-испарителя и конденсатора - с внешней средой, в контур низкокипящей жидкости установлен вспомогательный теплообменник с возможностью охлаждения в нем хладагента перед турбодетандером и подогрева перед компрессором, а турбодетандер кинематически связан со своим генератором.
На фиг.1 показана схема комбинированной теплосиловой установки с дросселем в контуре низкокипящей жидкости.
На фиг.2 показана схема комбинированной теплосиловой установки с турбодетандером в контуре низкокипящей жидкости, связанным кинематически с компрессором.
На фиг.3 показана схема комбинированной теплосиловой установки с турбодетандером в контуре низкокипящей жидкости кинематически связанным с собственным генератором.
На фиг.4 показана схема комбинированной теплосиловой установки с турбодетандером в контуре низкокипящей жидкости кинематически связанным с генератором турбины.
Установка включает три контура: замкнутый паросиловой контур, работающий на воде, замкнутый контур, работающий на низкокипящей жидкости и незамкнутый контур подвода воды от внешнего источника. В паросиловом контуре последовательно соединены парогенератор 1, пароперегреватель 2, паровая турбина 3 с генератором 4, конденсатор 5, теплообменник 6 и водяной насос 7. Контур низкокипящей жидкости включает компрессор 8, теплообменник-конденсатор 9, одна полость которого является конденсатором контура низкокипящей жидкости, а другая полость - подогревателем конденсата паросилового контура, устройство понижающее давление - дроссель 10, теплообменник-испаритель 11. Для уменьшения перепада температур между теплообменником-конденсатором 9 и теплообменником-испарителем 11 в контур низкокипящей жидкости установлен вспомогательный теплообменник 12. Вход одной полости теплообменника 12 соединен с выходом теплообменника-конденсатора 9, выход - с дросселем 10, вход другой полости соединен с выходом теплообменника-испарителя 11, а выход - со входом компрессора 8. В одной полости теплообменника 12 охлаждается хладагент перед дросселем 9, а в другой - подогревается перед компрессором 8. Контур подвода воды от внешнего источника включает теплообменные поверхности 13, 14, 15, установленные соответственно в теплообменнике 6, теплообменнике-испарителе 11 и конденсаторе 5. Вход теплообменной поверхности 13 соединен с внешним источником. Выход через теплообменные поверхности 14 и 15, расположенные в теплообменнике-испарителе 11 и конденсаторе 5, соединен с внешней средой. Во втором варианте в качестве устройства понижающего давление хладагента используется турбодетандер 16, установленный на вал компрессора 8 (фиг.2). В третьем варианте турбодетандер 16 кинематически соединен с генератором 17 (фиг.3) или кинематически соединен с генератором 4 (фиг.4).
Теплосиловая установка работает следующим образом.
Пар, полученный в парогенераторе 1 и перегретый в пароперегревателе 2, поступает на турбину 3, которая совместно с генератором 4 преобразует тепловую энергию в электрическую. Далее пар поступает в конденсатор 5, где охлаждается на теплообменной поверхности 15 и конденсируется. Полученный конденсат поступает в теплообменник 6, где подогревается водой от внешнего источника, потом - в теплообменник-конденсатор 9, где подогревается от пара хладагента, а затем насосом 7 подается в парогенератор 1. Вода от внешнего источника подводится к теплообменнику 6. Она, подогревая конденсат паросилового контура на теплообменной поверхности 13, охлаждается. Затем поступает в теплообменник-испаритель 11, где еще больше охлаждается низкокипящей жидкостью и подается в конденсатор 5. После чего возвращается во внешний источник. Компрессор 8 сжимает хладагент и подает его в теплообменник-конденсатор 9, где хладагент конденсируется. Далее хладагент поступает в теплообменник 12 для дополнительного охлаждения, затем, проходя через дроссель 10, хладагент теряет давление, расширяется и частично переходит в газообразное состояние, далее поступает в теплообменник-испаритель 11, где за счет отбора теплоты с теплообменных поверхностей 14 контура подвода воды, происходит его дальнейшее испарение. Полученный пар низкокипящей жидкости, проходя через теплообменник 12, подогревается и поступает в компрессор 8. На этом контур низкокипящей жидкости замыкается. По второму варианту хладагент из теплообменника-конденсатора 9 поступает в теплообменник 12, а затем на турбодетандер 16, установленный на вал компрессора 8. В турбодетандере 16 хладагент расширяется, совершая механическую работу, которая передается на вал компрессора 8, что позволяет частично уменьшить потребление электроэнергии компрессором 8. Соединение турбодетандера 16 с генератором 17 или 4 позволяет получить дополнительную электроэнергию.