ТЕПЛОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Предметом предлагаемой полезной модели является тепловая электростанция, работающая на органическом топливе (газ, мазут, уголь, средние дистилляты).
Известна тепловая электростанция, включающая в себя котельную установку для производства пара за счет использования тепла горения органического топлива. (Стерман Л.С. Тепловые и атомные электростанции, 1982 г.)
Водяной пар из котельной установки направляется в паровую турбину, после которой расположен конденсатор водяного охлаждения.
Котельная установка оборудована системой подачи воздуха, необходимого для горения.
Недостатком описываемой теплоэлектростанции является то, что воздух из атмосферы подается в систему котла при температуре окружающей среды, а тепло горячей воды после конденсатора отводится в окружающую среду. Также недостатком этой системы является невысокая экономичность для стран с высокой температурой атмосферного воздуха (особенно для теплоэлектростанций, конденсаторы турбин которых охлаждаются морской водой - Австралия, Израиль, Африка, Южная Европа и т.д.)
В то же время для этих стран очень актуальна проблема эффективного использования солнечной энергии, также эта проблема актуальна для России в таких зонах как Бурятия, Краснодар, Алтай и т.д.
Предлагаемая полезная модель решает задачу устранения указанных недостатков за счет использования для подогрева воздуха на тепловой электростанции солнечной энергии и тепла подогретой воды после конденсатора.
Тепловая электростанция (см. чертеж) состоит из котельной установки 1, паровой турбины 2 с электрогенератором 3, конденсатора 4, насоса 5, системы подогрева 6, трубопровода горячей воды 7, солнечного водонагревателя 8, аппарата воздушного охлаждения 9, трубы забора атмосферного воздуха 10, воздухонагревателя на отходящих дымовых газах 11. Возможна установка дополнительно, после солнечного подогревателя теплоизолированного бака - аккумулятора.
При этом солнечный водонагреватель 8 и аппарат воздушного охлаждения 9 включены в схему тепловой электростанции дополнительно.
Система функционирует следующим образом (см. чертеж).
Схема максимально упрощена (не показаны элементы, не имеющие отношения к данному предложению).
В котельной установке 1 за счет сжигания топлива вырабатывается водяной пар, поступающий в паровую турбину 2, сидящую на одном валу с электрогенератором 3.
Отработанный пар конденсируется в конденсаторе 4, охлаждаемом технической или морской водой.
Конденсат водяного пара насосом 5 через систему подогрева 6 (включая деаэраторы и питательный насос) подается в котельную установку 1. Нагретая вода из конденсатора 4 (частично) подается по трубопроводу 7 в солнечный водонагреватель 8. Затем нагретая дополнительно вода с выхода солнечного нагревателя 8 поступает во входной штуцер ввода теплоносителя аппарата воздушного охлаждения 9 и затем сбрасывается в линию технической воды или в море.
Воздух для горения забирается из атмосферы по трубопроводу 10, нагревается в аппарате воздушного охлаждения 9 и после него входит в систему подачи воздуха котельной установки 1 перед воздухонагревателем на дымовых газах 11.
Подача воздуха осуществляется вентилятором (последний, как правило, совмещается с вентилятором аппарата воздушного охлаждения 9).
Предлагаемая установка простым способом используют дополнительно к теплу топлива как тепло конденсатора паровой турбины так и солнечное тепло.
Пример:
Электростанция мощностью 1000 мВт (1 млн кВт) работающая на органическом топливе и конденсаторы которой охлаждаются морской водой (Средиземное море).
Средняя ночная температура за январь-май, октябрь-декабрь (8 мес.) составляет 12°С, средняя дневная 23°С.
2
2
В июне-сентябре (4 мес.) средняя ночная температура составляет 23°С, дневная 30°С. Мощность солнечного излучения за 4 летних месяца составляет 7 кВт. ч/м. день, за 8 зимних месяцев 4 кВт. ч/м день.
Средняя температура нагретой воды после конденсатора турбины в летние месяцы составляет 39°С (т.е. температура морской воды 28/30°С) в зимнее время 31°С (температура воды 18/25°С). Средняя температура нагретой воды после солнечных подогреваний в летние месяцы составляет 61°С, в зимние 51°С.
Расход топлива составляет:
- В ночное время - 0,27·1000000·0,8=216 т/ч,
- В дневное время - 0,27·1000000=270 т/ч.
Количество воздуха, подаваемого в аппарат воздушного охлаждения:
- Ночью 15·216=3240 т/ч,
- Днем 15·216=3240 т/ч.
Нагрев воздуха (в расчете не учтена возможность аккумулирования нагретой воды перед ABO летом 51°C, зимой 41°C (в дневное время, т.е. когда работает солнечный водонагреватель)).
В ночное время нагрев воздуха составляет 25°C в зимнее время и 33°C летом (т.е. используется только тепло конденсатора турбины).
Из примера видно, что летом днем тепло конденсатора почти не используется (с учетом необходимой разности температур ABO), зато используется эффективно тепло солнечного водонагревателя.
В ночное время, особенно в зимние месяцы (в дни когда не работают солнечный водонагреватель) можно более эффективно использовать тепло нагретой воды после конденсатора за счет изменения разности температур в ABO увеличением потока горячей воды (тепло которой в разы больше чем тепло, передаваемое воздуху в ABO).
Нагрев воздуха в ночное время:
- Летом на 10°C (с 23°C до 33°C)
- Зимой на 14°C (с 12°C до 26°C)
Количество тепла, передаваемое воздуху в ABO:
- В дневное время:
- Летом 230·4050·21=1956100 ккал/ч (27746 кВт)
- Зимой 230·4050·18=16767000 ккал/ч (19496 кВт)
В ночное время:
- Летом 230·3240·10=7452000 ккал/ч (8665 кВт)
- Зимой 230·3240·14=10432900 ккал/ч (12130 кВт)
Причем часы работы солнечного водонагревателя 8 час/день.
Тогда суммарная экономия тепла составляет:
- Летом 8·120·22746+16·120·8665=38 млн. кВт*ч
- Зимой 8·240·19496+16·240·12130=84 млн. кВт*ч
Всего за год ≈122 млн кВт*ч, что эквивалентно 12200 т/год топлива.
При цене топлива 700 $/т. Экономия составляет ≈7840 тыс. $/год.
Срок окупаемости менее 1 года.