ТЕПЛОВАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована на тепловых электрических станциях (ТЭС) при утилизации высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора для дополнительной выработки электрической энергии.
Прототипом является тепловая электрическая станция, содержащая 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 перед нижним сетевым подогревателем, и конденсатором, при этом конденсатор теплонасосной установки включен в обратный трубопровод теплосети между нижним и верхним сетевыми подогревателями (патент RU №2275512, МПК F01K 17/02, 27.04.2006).
Основным недостатком прототипа является относительно низкий коэффициент полезного действия ТЭС по выработке электрической энергии, обусловленный затратами электрической мощности на привод теплонасосной установки.
Задачей полезной модели 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 тепловую электрическую станцию, включающую последовательно соединенные паровую турбину, конденсатор паровой турбины и конденсатный насос конденсатора паровой турбины, а также основной электрогенератор, соединенный с паровой турбиной, которая соединена по греющей среде с верхним и нижним сетевыми подогревателями, включенными по нагреваемой среде между подающим и обратным трубопроводами сетевой воды, согласно настоящей полезной модели, введены конденсационная установка, содержащая последовательно соединенные паровую турбину с производственным отбором пара, имеющую электрогенератор, конденсатор паровой турбины с производственным отбором пара и конденсатный насос конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара, а также тепловой двигатель с замкнутым контуром циркуляции, работающий по органическому циклу Ренкина, при этом замкнутый контур циркуляции теплового двигателя выполнен в виде контура с низкокипящим рабочим телом, содержащим турбодетандер с электрогенератором, теплообменник-конденсатор, включенный по нагреваемой среде в обратный трубопровод сетевой воды после нижнего сетевого подогревателя, и конденсатный насос, причем выход конденсатного насоса соединен по нагреваемой среде с входом конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара, выход конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара соединен по нагреваемой среде с входом турбодетандера, выход турбодетандера соединен по греющей среде с теплообменником-конденсатором, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом конденсатного насоса, образуя замкнутый контур охлаждения.
2
6
В качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный этанол CHO.
2
6
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 CHO) теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина.
Сущность полезной модели 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.
Отличием предлагаемой тепловой электрической станции является то, что в нее 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.
2
6
В качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный этанол CHO.
Предлагаемая тепловая электрическая станция работает следующим образом.
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.
2
6
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. Весь процесс начинается с сжатия в конденсатном насосе 9 сжиженного этанола CHO, 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.
2
6
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 CHO). 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.
2
6
2
6
В процессе конденсации пара производственного отбора в конденсаторе 17 паровой турбины, происходит нагрев сжиженного этанола CHO 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 CHO направляют на расширение в турбодетандер 6.
2
6
2
6
Процесс настроен таким образом, что в турбодетандере 6 не происходит конденсации газообразного этанола CHO в ходе срабатывания теплоперепада. Мощность турбодетандера 6 передается соединенному на одном валу электрогенератору 7. На выходе из турбодетандера 6 газообразный этанол CHO имеет температуру около 390,9 К с влажностью не превышающей 12% при давлении 0,4 МПа.
2
6
Далее, при снижении температуры газообразного этанола CHO, 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.
2
6
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 CHO, циркулирующего в замкнутом контуре теплового двигателя 5.
2
6
После теплообменника-конденсатора 8 в сжиженном состоянии этанол CHO направляют для сжатия в конденсатный насос 9 теплового двигателя 5. Далее органический цикл Ренкина на основе низкокипящего рабочего тела повторяется.