[go: up one dir, main page]

RU2759583C1 - Теплоэлектростанция и способ ее работы - Google Patents

Теплоэлектростанция и способ ее работы Download PDF

Info

Publication number
RU2759583C1
RU2759583C1 RU2020134328A RU2020134328A RU2759583C1 RU 2759583 C1 RU2759583 C1 RU 2759583C1 RU 2020134328 A RU2020134328 A RU 2020134328A RU 2020134328 A RU2020134328 A RU 2020134328A RU 2759583 C1 RU2759583 C1 RU 2759583C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steam
absorber
absorbent
thermal power
boiler unit
Prior art date
Application number
RU2020134328A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Владимирович Папин
Роман Владимирович Безуглов
Евгений Михайлович Дьяконов
Николай Николаевич Ефимов
Александр Игоревич Янучок
Денис Владимирович Добрыднев
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова"
Priority to RU2020134328A priority Critical patent/RU2759583C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2759583C1 publication Critical patent/RU2759583C1/ru

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B15/00Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/27Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в схемах тепловых электрических станций, в том числе для малой распределенной энергетики. Технический результат заключается в значительном повышении эффективности электрических станций путем исключения конденсатора и связанных с ним потерь из цикла электростанции и замены его абсорбером. Технический результат изобретения в части устройства теплоэлектростанции достигается за счет того, что теплоэлектростанция на основе цикла Ренкина содержит: соединенные последовательно котлоагрегат с паровой турбиной и питательным насосом, образующие парожидкостный тракт, соединенный с паровой турбиной электрогенератор, абсорбер с контуром возврата абсорбента, в котлоагрегат встроен генератор пара, абсорбер соединен с генератором пара через питательный насос, генератор пара через охладитель абсорбента и расширительный клапан соединен с абсорбером. Также представлен способ работы теплоэлектростанции. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в схемах тепловых электрических станций, в том числе для малой распределенной энергетики.
Известны тепловые электрические станции, работающие по термодинамическому циклу Ренкина [Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции: Учебник для теплоэнерг.спец. вузов. - М.-Л.: Энергия, 1967. - 26 с.], в котором тепловая энергия преобразуется в работу с целью выработки электрической энергии. Принципиальная схема электростанции, работающей по циклу Ренкина, включает паровую турбину соединенную с электрогенератором и с конденсатором, конденсатор соединен последовательно с питательным насосом, котлоагрегатом и пароперегревателем.
Недостатками электростанций, работающих по циклу Ренкина, являются:
- потери в охлаждающем контуре, составляющие около 50%, из-за наличия конденсатора, не позволяющим использовать цикл с максимальной эффективностью;
- снижение выработки электрической энергии при использовании регенеративных отборов;
- снижение качества теплоносителя, приводящие к коррозии поверхностей нагрева в котлоагрегате и эрозии лопаток паровой турбины из-за присосов охлаждающей воды в конденсаторе;
- большие расходы охлаждающей воды и тепловое загрязнение природных источников, использующихся для водоснабжения электростанции.
Прототипом устройства теплоэлектростанции принимается устройство энергетической системы, описанной в патенте «Способ работы тепловой электрической станции и устройство для его реализации» патент RU 2687382 С1, МПК F01K 17/02 (2006.01), МПК F01K 17/02 (2019.02). Публикация: 13.05.2019.
Основными элементами данной электрической станции, работающей по циклу Ренкина, являются котлоагрегат, паровая турбина, электрогенератор, конденсатор, питательный насос и пароводяные подогреватели, соединенные через трубопроводы и образующие пароводяной тракт (у нас парожидкостный тракт). Через конденсатор проходит дополнительный контур охлаждения с циркуляционным насосом. В схеме присутствует отбор пара из промежуточных ступеней паровой турбины в пароводяной подогреватель, расположенный между конденсатором и питательным насосом.
Недостатками прототипа, описанного в данном патенте, являются:
- потери в охлаждающем контуре, составляющие около 50%, из-за наличия конденсатора, не позволяющим использовать цикл с максимальной эффективностью;
- снижение качества теплоносителя, приводящее к коррозии поверхностей нагрева в котлоагрегате и эрозии лопаток паровой турбины из-за присосов охлаждающей воды в конденсаторе;
- снижение выработки электрической энергии при использовании регенеративных отборов;
- большие расходы охлаждающей воды и тепловое загрязнение природных источников, использующихся для водоснабжения электростанции.
Известна технология работы тепловой электрической станции, работающая по термодинамическому циклу Ренкина [Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции: Учебник для теплоэнерг. спец. вузов. - М.-Л.: Энергия, 1967. - 26 с.], в котором тепловая энергия преобразуется в работу с целью выработки электрической энергии.
В котлоагрегате в результате сжигания органического топлива тепловая энергия передается поверхностям нагрева, по которым циркулирует вода. В результате протекания по трубам котлоагрегата вода испаряется, превращаясь в пар. Пар направляется в паровую турбину, где расширяется и совершает механическую работу. Механическая энергия вращения паровой турбины передается на электрический генератор, в котором генерируется электрическая энергия. После расширения в паровой турбине пар направляется в конденсатор, где охлаждается водой и конденсируется. Полученный конденсат затем направляется питательным насосом в котлоагрегат для повторного использования. Цикл замыкается. Кроме того, для повышения эффективности цикла Ренкина используются регенеративные отборы пара из паровой турбины и промежуточный перегрев пара, повышающие эффективность электростанции на несколько процентов.
Недостатками технологий работы электростанций, работающих по циклу Ренкина, являются:
- потери в охлаждающем контуре, составляющие около 50%, из-за наличия конденсатора, не позволяющим использовать цикл с максимальной эффективностью;
- снижение выработки электрической энергии при использовании регенеративных отборов;
- снижение качества теплоносителя, приводящее к коррозии поверхностей нагрева в котлоагрегате и эрозии лопаток паровой турбины из-за присосов охлаждающей воды в конденсаторе;
- большие расходы охлаждающей воды и тепловое загрязнение природных источников, использующихся для водоснабжения электростанции.
Прототипом по технологии выбран способ работы энергетической системы, описанный в патенте «Способ работы тепловой электрической станции и устройство для его реализации» патент RU 2687382 С1, МПК F01K 17/02 (2006.01), МПК F01K 17/02 (2019.02). Публикация: 13.05.2019.
В паровой котел подают газ из системы газоснабжения электростанции, а через выход подают пар в паровую турбину с электрогенератором на валу. От электрогенератора электроэнергию подают в энергосистему и через трансформатор к шинам собственных нужд тепловой электростанции. Отработавший пар с выхода паровой турбины через конденсатор питательным насосом возвращают в виде конденсата в паровой котел. Цикл замыкается и движение рабочего тела по пароводяному тракту (у нас парожидкостный тракт), включающий котлоагрегат, паровую турбину, питательный насос, пароводяные подогреватели и соединяющие их элементы, повторяется. Производят отбор пара паровой турбины в пароводяные подогреватели - регенеративный и сетевой. При этом одновременно снижают отбор пара паровой турбины на сетевые подогреватели с помощью управляемого клапана и пропорционально, перед нагревом в сетевых подогревателях, повышают температуру сетевой воды в теплообменнике, в котором по греющей среде через тракт используют продукты реакций в энергоустановке на топливных элементах.
Недостатками прототипа, описанного в данном патенте, являются:
- потери в охлаждающем контуре составляют около 50%, из-за наличия конденсатора, не позволяющий использовать цикл с максимальной эффективностью;
- снижение качества теплоносителя, приводящее к коррозии поверхностей нагрева в котлоагрегате и эрозии лопаток паровой турбины из-за присосов охлаждающей воды в конденсаторе;
- снижение выработки электрической энергии вследствие отбора пара из ступеней паровой турбины;
- большие расходы охлаждающей воды и тепловое загрязнение природных источников, использующихся для водоснабжения электростанции;
- увеличение потребления природного газа, а также пара из ступеней паровой турбины из-за дополнительного расхода на топливные элементы.
На сегодняшний день подавляющее большинство электрических станций в мире работает с использованием цикла Ренкина. Помимо присущих ему преимуществ, он обладает существенными недостатками, не устраненными до сих пор. Главным из них является наличие больших потерь теплоты в пароводяном тракте, по большей части в конденсаторе паровой турбины (около 50%). Последние 60 лет активно разрабатывались технологии и схемы, призванные увеличить эффективность использования цикла Ренкина (промежуточный перегрев, использование тепловых насосов в схемах электростанций, регенеративные отборы), однако их эффективность составляет считанные проценты и не может значительно повлиять на эффективность станции. Перед разработчиками схемы данного технического решения стояла наиболее сложная проблема эксплуатации электрических станций - снижение потерь с охлаждающей водой в конденсаторе.
Технический результат заключается в значительном повышении эффективности электрических станций путем исключения конденсатора и связанных с ним потерь из цикла электростанции и замены его абсорбером.
Технический результат изобретения в части устройства теплоэлектростанции достигается за счет того, что теплоэлектростанция на основе цикла Ренкина содержит: соединенные последовательно котлоагрегат с паровой турбиной и питательным насосом, образующие парожидкостный тракт, а также соединенный с паровой турбиной электрогенератор, абсорбер с контуром возврата абсорбента, в котлоагрегат встроен генератор пара, абсорбер соединен с генератором пара через питательный насос, генератор пара через охладитель абсорбента и расширительный клапан соединен с абсорбером.
Технический результат изобретения в части способа работы достигается за счет того, что способ работы теплоэлектростанции, заключающийся в подаче и испарении жидкого рабочего тела в котлоагрегате и подачей по парожидкостному тракту в паровую турбину и вращение ее за счет расширения перегретого пара с передачей механической энергии электрическому генератору и генерацией электрического тока, отработанный пар из паровой турбины поступает в абсорбер, содержащий абсорбент, который взаимодействуя с отработанным паром, поглощает его, полученный раствор перекачивают по парожидкостному тракту с помощью питательного насоса в генератор пара, встроенный в котлоагрегат, где вследствие выделения теплоты в котлоагрегате и восприятия ее генератором пара перекачанный раствор делится на рабочее тело и абсорбент, затем рабочее тело перегревают в котлоагрегате, а абсорбент направляют по контуру возврата абсорбента через охладитель абсорбента и расширительный клапан в абсорбер.
На фиг. 1 представлена схема теплоэлектростанции, иллюстрирующая способ работы электростанции на основе цикла Ренкина.
Теплоэлектростанция на основе цикла Ренкина содержит: соединенные последовательно котлоагрегат 1 с паровой турбиной 2 и питательным насосом 3 образующие парожидкостный тракт 4, а также соединенный с паровой турбиной 2 электрогенератор 5, абсорбер 6 с контуром возврата абсорбента 7, в котлоагрегат 1 встроен генератор пара 8, абсорбер 6 соединен с генератором пара 8 через питательный насос 3, генератор пара 8 через охладитель абсорбента 9 и расширительный клапан 10 соединен с абсорбером 6.
Рассмотрим работу теплоэлектростанции на примере конкретного вышеописанного способа работы электрической станции.
Принцип работы теплоэлектростанции заключается в следующем.
Отработанный после паровой турбины 2 пар, имеющий еще достаточно высокий потенциал, попадает в абсорбер 6, в котором находится абсорбент (на фиг. не обозначен). При взаимодействии двух сред - абсорбента, находящегося в абсорбере и отработанного пара, поступающего из паровой турбины, пар поглощается абсорбером и получившийся раствор («слабый раствор») перекачивается питательным насосом 3 в котлоагрегат 1. В котлоагрегат 1 со встроенным генератором пара 8 подводится топливо в результате сжигания которого образуется теплота, передающаяся генератору пара 8. В результате подвода теплоты к генератору пара 8 раствор разделяется на рабочее тело и абсорбент. Рабочее тело направляется на дальнейший перегрев пара в котлоагрегате и направляется в паровую турбину 2 для совершения полезной работы и выработки электрической энергии электрогенератором 5. Абсорбент (на фиг. не обозначен), имеющий большую температуру испарения, чем рабочее тело, направляется по контуру возврата абсорбента 7 («сильный раствор») через охладитель абсорбента 9 и расширительный клапан 10 в абсорбер 6. В охладителе абсорбента 9 снижается температура абсорбента, а в расширительном клапане 10 - давление абсорбента. После попадания «сильного раствора» в абсорбер 6 цикл замыкается. В зависимости от используемых пар «рабочее тело-абсорбент» охладитель абсорбента может использоваться, как сетевой подогреватель.
Отличительной особенностью предлагаемого способа работы энергетической системы, работающей по циклу Ренкина, является возможность использования в качестве рабочего тела не только водяного пара и в качестве абсорбента не только уже известных растворителей.
Возможно широкое варьирование пары «рабочее тело-абсорбент». В качестве рабочего тела могут использоваться аммиак, углекислый газ, прочие вещества. В качестве абсорбента могут выступать органические и минеральные растворители, бромистый литий (LiBr), хлорид лития (LiCl) или калий гидроксид (KОН), аммиак.
Представленный способ работы допускает различные параметры рабочего тела, то есть возможно его использование как в циклах крупных объектах генерации, так и в объектах малой энергетики.

Claims (2)

1. Теплоэлектростанция на основе цикла Ренкина, содержащая: соединенные последовательно котлоагрегат с паровой турбиной и питательным насосом, образующие парожидкостный тракт, а также соединенный с паровой турбиной электрогенератор, отличающаяся тем, что дополнительно содержит абсорбер с контуром возврата абсорбента, в котлоагрегат встроен генератор пара, абсорбер соединен с генератором пара через питательный насос, в свою очередь генератор пара через охладитель абсорбента и расширительный клапан соединен с абсорбером.
2. Способ работы теплоэлектростанции, заключающийся в подаче и испарении рабочего тела в котлоагрегате и подаче по парожидкостному тракту в паровую турбину и вращении её за счет расширения перегретого пара, с передачей механической энергии электрическому генератору и генерации электрической энергии, отличающийся тем, что отработанный пар из паровой турбины поступает в абсорбер, содержащий абсорбент, который, взаимодействуя с отработанным паром, поглощает его, полученный раствор перекачивают по парожидкостному тракту с помощью питательного насоса в генератор пара, встроенный в котлоагрегат, где вследствие выделения теплоты в котлоагрегате и восприятия ее генератором пара перекаченный раствор делится на пар и абсорбент, затем пар перегревают в котлоагрегате, а абсорбент направляют по контуру возврата абсорбента через охладитель абсорбента и расширительный клапан в абсорбер.
RU2020134328A 2020-10-19 2020-10-19 Теплоэлектростанция и способ ее работы RU2759583C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020134328A RU2759583C1 (ru) 2020-10-19 2020-10-19 Теплоэлектростанция и способ ее работы

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020134328A RU2759583C1 (ru) 2020-10-19 2020-10-19 Теплоэлектростанция и способ ее работы

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2759583C1 true RU2759583C1 (ru) 2021-11-15

Family

ID=78607294

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020134328A RU2759583C1 (ru) 2020-10-19 2020-10-19 Теплоэлектростанция и способ ее работы

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2759583C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2787622C1 (ru) * 2022-07-21 2023-01-11 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" Теплоэлектростанция с системой регенерации и способ ее работы

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2379085C2 (ru) * 2006-07-31 2010-01-20 Юрий Григорьевич Белостоцкий Способ абсорбционной конденсации паров легкокипящей жидкости и устройство для абсорбционной конденсации паров легкокипящей жидкости
RU2529917C2 (ru) * 2007-05-18 2014-10-10 Игорь Исаакович Самхан Способ и устройство для преобразования тепловой энергии в электричество, теплоту повышенного потенциала и холод
RU2687382C1 (ru) * 2018-09-27 2019-05-13 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Способ работы тепловой электрической станции и устройство для его реализации

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2379085C2 (ru) * 2006-07-31 2010-01-20 Юрий Григорьевич Белостоцкий Способ абсорбционной конденсации паров легкокипящей жидкости и устройство для абсорбционной конденсации паров легкокипящей жидкости
RU2529917C2 (ru) * 2007-05-18 2014-10-10 Игорь Исаакович Самхан Способ и устройство для преобразования тепловой энергии в электричество, теплоту повышенного потенциала и холод
RU2687382C1 (ru) * 2018-09-27 2019-05-13 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Способ работы тепловой электрической станции и устройство для его реализации

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2787622C1 (ru) * 2022-07-21 2023-01-11 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" Теплоэлектростанция с системой регенерации и способ ее работы

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2010326107B2 (en) Utilizing steam and/or hot water generated using solar energy
JP3681434B2 (ja) コージェネレーション装置およびコンバインドサイクル発電装置
KR101261861B1 (ko) 엔진 폐열 회수장치를 이용한 브라운가스 생산시스템
CN110593977B (zh) 一种双工质朗肯循环余热发电方法、系统及发电机
CN113503531A (zh) 一种燃煤电厂改造的多电源储热调峰电站及调峰方法
RU2622603C1 (ru) Способ работы атомной электрической станции
CN101705849A (zh) 低温余热发电系统乏汽冷凝过程自耦冷源热泵循环装置
JP3905967B2 (ja) 発電・給湯システム
CN210317417U (zh) 一种燃煤发电系统
RU2174609C2 (ru) Теплоэнергетическая система с газоохлаждаемым реактором
CN103758595A (zh) 多压补汽式低沸点有机工质朗肯循环系统
CN215808405U (zh) 一种燃煤电厂改造的多电源储热调峰电站
RU2759583C1 (ru) Теплоэлектростанция и способ ее работы
CN203223295U (zh) 布列顿-蒸汽朗肯-有机朗肯联合循环发电装置
CN210948820U (zh) 一种双工质朗肯循环余热发电系统及发电机
CN118273782B (zh) 一种采用低温热水系统的发电方法
CN108708835A (zh) 一种冷却燃机进口空气的新型太阳能热互补联合循环发电系统
CN222011859U (zh) 一种火电站熔盐工业蒸汽系统
CN119333261A (zh) 一种卡诺电池机组少汽无功运行系统及工作方法
CN119244335A (zh) 一种卡诺电池机组少汽无功三缸串联运行系统及工作方法
JP2001248409A (ja) 排熱回収システム
CN103089354B (zh) 蒸汽朗肯-氨蒸汽朗肯联合循环发电装置
CN103089355A (zh) 蒸汽朗肯-低沸点工质朗肯联合循环发电装置
RU2787622C1 (ru) Теплоэлектростанция с системой регенерации и способ ее работы
CN103147806B (zh) 蒸汽朗肯-有机朗肯联合循环发电装置