CZ278238B6

CZ278238B6 - Plant for recovery and recycling of condensation heat

Info

Publication number: CZ278238B6
Application number: CS911504A
Authority: CZ
Inventors: Gabriel A Bury
Original assignee: Gabriel A Bury
Priority date: 1991-05-21
Filing date: 1991-05-21
Publication date: 1993-10-13
Also published as: CZ150491A3

Abstract

A plant for recovery and recycling of condensation heat consisting of a primary circuit, containing a high-pressure exchanger (1), which is joined with a steam pre-heater (2), further connected with a steam turbine (3), connected by its vent (34) to a low-pressure exchanger (4), connected to a feed pump (5), whose output is connected to the high-pressure exchanger (1). The low-pressure exchanger (4) is also connected in the secondary circuit, where it is joined to the heat pump (6) whose output is connected to the high-pressure exchanger (1), which is joined with the input of a hydraulic turbine (7) with output connected to the input of the low-pressure exchanger (4).<IMAGE>

Description

Zařízení pro zpětné získávání' a recyklování kondenzačního teplaEquipment for the recovery and recycling of condensation heat

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká zařízení pro zpětné získávání a recyklování kondenzačního tepla, které sestává z primárního okruhu, obsahujícího vysokotlaký výměník, který je spojen s přehřívačem páry, spojeným dále s parní turbinou, která je svým výfukem napojena na nízkotlaký výměník spojený s napájecím čerpadlem, jehož výstup je spojen s vysokotlakým výměníkem přičemž nízkotlaký výměník je současně zapojen v sekundárním okruhu.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a condensation heat recovery and recycling system comprising a primary circuit comprising a high pressure exchanger connected to a steam superheater coupled to a steam turbine connected to a low pressure exchanger connected to a feed pump whose outlet it is connected to a high-pressure exchanger while the low-pressure exchanger is simultaneously connected in the secondary circuit.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Je všeobecně známo, že v dosavadních parních elektrárnách se na užitečnou energii přeměňuje přibližně jen jedna třetina energie ukryté v palivu. Dvě třetiny energie vnášené palivem do stávajících parních elektráren se spotřebují na různé ztráty, mezi které patří komínové ztráty, ztráty třením, ztráty únikem, ztráty průchodem tepla skrze izolaci a ztráty kondenzací. Zdaleka největšími ze všech energetických ztrát je však tak zvané neužitečné teplo o nízkém teplotním potenciálu, nebo teplo nevyužitelné, nebo kondenzační ztráta, která se dosud vědomě různými chladicími systémy rozptyluje do okolního prostředí.It is well known that only one-third of the energy stored in fuel is converted to useful energy in existing steam power plants. Two-thirds of the energy supplied by fuel to existing steam power plants is consumed for various losses, including chimney losses, friction losses, leakage losses, heat loss through insulation and loss of condensation. However, by far the largest of all energy losses is so-called useless heat with low temperature potential, or unusable heat, or condensation loss, which has been deliberately dispersed into the environment by various cooling systems.

Existující parní elektrárny sestávají z kotle, parní turbiny, kondenzátoru, napájecího čerpadla.a samozřejmě elektrického generátoru. Kotel, parní turbina, kondenzátor a napájecí čerpadlo představují hydraulicky uzavřený, avšak termodynamický otevřený okruh, tak zvaný primární okruh, ve kterém voda průběžně cirkuluje ve formě kapaliny nebo páry.Existing steam power stations consist of a boiler, a steam turbine, a condenser, a feed pump and, of course, an electric generator. The boiler, steam turbine, condenser and feed pump are a hydraulically closed but thermodynamic open circuit, the so-called primary circuit, in which water is continuously circulated in the form of liquid or steam.

Energie ve formě paliva vstupuje do systému prostřednictvím kotle, kde se přeměňuje na teplo. Touto energií se ohřívá voda v kotli a přeměňuje v páru. Pára pak přichází do parní turbiny a nese sebou absorbovanou tepelnou energii. V parní turbině se malá část této tepelné energie přeměňuje na mechanickou energii a velká část tepelné energie sé výfukovou párou přenáší do kondenzátoru jako nevyužitelné teplo na nízkém teplotním potenciálu.Energy in the form of fuel enters the system through a boiler where it is converted into heat. This energy heats the water in the boiler and converts it into steam. The steam then enters the steam turbine and carries the absorbed thermal energy. In a steam turbine, a small part of this thermal energy is converted into mechanical energy and a large part of the thermal energy with the exhaust steam is transferred to the condenser as unusable heat at a low temperature potential.

V kondenzátoru se teplo přivedené do kondenzátoru výfukovou parou převádí do chladicí vody a pak přenáší do okolního prostředí a rozptyluje jako neužitečné teplo.In the condenser, the heat supplied to the condenser by the exhaust steam is transferred to the cooling water and then transferred to the environment and dissipated as useless heat.

Tepelná účinnost stávajících parních elektráren je proto velmi nízká, přibližně 33 %. Zbylých 67 % energie ukryté v palivu a uvolněné při spalování tohoto paliva se zcela ztrácí, bud nechtěně jako běžné ztráty energie, nebo se vědomě rozptyluje do okolního prostředí jako kondenzační ztráta. Nízká účinnost stávajících parních elektráren je důsledkem skutečnosti, že tyto elektrárny nejsou vybaveny prostředky pro zpětné získávání kondenzačního tepla, nýbrž pouze chladicími soustavami určenými pro rozptylování tohoto kondenzačního tepla do okolního prostředí. Kondenzační teplo, zavrhované jako odpadové nebo nevyužitelné teplo na nízkém teplotním potenciálu, představuje přibližně 60 % energie uvolněné z paliva při jeho spalování. V minulosti bylyThe thermal efficiency of existing steam power stations is therefore very low, approximately 33%. The remaining 67% of the energy hidden in the fuel and released during the combustion of the fuel is completely lost, either inadvertently as normal energy loss, or deliberately dispersed into the environment as a condensation loss. The low efficiency of existing steam power stations is due to the fact that these power plants are not equipped with means for recovering condensation heat but only with cooling systems designed to dissipate this condensation heat into the environment. The condensation heat, discarded as waste or unusable heat at a low temperature potential, represents approximately 60% of the energy released from the fuel as it is burned. They were in the past

-1i prováděny pokusy o zpětné získávání pokud možno největší části kondenzačního tepla, nepodařilo se však nalézt prostředky k úplnému zpětnému získávání tohoto tepla. V současné době se ztrátové teplo průběžně rozptyluje různými chladicími soustavami do našeho okolního prostředí a výrazně přispívá ke globálnímu oteplování a skleníkovému efektu. Existuje všeobecně přijímané přesvědčení, že kondenzační teplo musí být odstraňováno a že technici nemohou ve věci jeho zpětného získávání prakticky nic udělat.Attempts have been made to recover as much of the condensation heat as possible, but no means have been found to completely recover this heat. At present, heat loss is continuously dissipated by various cooling systems into our environment and contributes significantly to global warming and the greenhouse effect. There is a generally accepted belief that condensation heat must be removed and that technicians can practically do nothing about recovering it.

Velikost rozptylovaného kondenzačního tepla tepelných elektráren byla popudem pro hledání způsobu, jak tuto ztrátu zachytit a využívat. Výsledkem tohoto dlouhodobého úsilí byly různé systémy využívající sériové a paralelní kombinace dvou a více parních nebo paro-plynových termodynamických cyklů navržených pro využívání kondenzačního tepla a tím zvýšení tepelné účinnosti navrženého systému. Tyto systémy byly navrhovány pro částečné a sezónní využívání kondenzačního tepla přímo uvnitř systému anebo externím spotřebitelům.The amount of dissipated condensation heat of thermal power plants has been an impulse to find a way to capture and exploit this loss. This long-term effort has resulted in various systems utilizing series and parallel combinations of two or more steam or steam-gas thermodynamic cycles designed to utilize condensation heat, thereby increasing the thermal efficiency of the proposed system. These systems have been designed for partial and seasonal use of condensation heat directly inside the system or to external consumers.

Typickými příklady jsou SU osvědčení č. 958 655 Parogazovaja ustanovka od A. A. Kularidina a kol., a osvědčení č. 785 530 Energetičeskaja ustanovka od S. M. Komkova. Obě řešení sestávají z primárního okruhu a ze sekundárního okruhu, jehož součástí je nízkotlaký výměník primárního okruhu. Obě řešení tedy umožňují částečné zachycování a využívání kondenzačního tepla a tím zvýšení tepelné účinnosti navrženého systému. Bohužel, žádný z navržených a dosud známých systémů nenabízí způsob úplného a nesezónního využívání svého kondenzačního tepla uvnitř systému nebo externím spotřebitelům.Typical examples are SU certificate No. 958 655 Parogazovaya provision by A.A. Kularidin et al., And certificate No. 785 530 Energeticheskaya provision by S.M. Komkov. Both solutions consist of a primary circuit and a secondary circuit, which includes a low pressure primary circuit heat exchanger. Both solutions thus allow partial capture and utilization of condensation heat and thus increase the thermal efficiency of the proposed system. Unfortunately, none of the proposed and previously known systems offers a way to fully and non-seasonally utilize their condensation heat inside the system or to external consumers.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Uvedené nedostatky známých řešení do značné míry odstraňuje zařízení pro zpětné získávání a recyklování kondenzačního tepla podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že v sekundárním okruhu je nízkotlaký výměník spojen s tepelným čerpadlem, jehož výstup je napojen na vysokotlaký výměník, který je spojen se vstupem hydraulické turbiny, jejíž výstup je napojen na vstup nízkotlakého výměníku.The above-mentioned drawbacks of the known solutions are largely eliminated by the condensation heat recovery and recycling device according to the invention, characterized in that in the secondary circuit the low-pressure exchanger is connected to a heat pump whose outlet is connected to a high-pressure exchanger connected to the inlet a hydraulic turbine whose output is connected to the inlet of the low pressure exchanger.

Je výhodné, jestliže tepelné čerpadlo a hydraulická turbina jsou spolu s parní turbinou a napájecím čerpadlem spojeny ve společném soustrojí a jsou uspořádány na společném hřídeli, spojeném s hřídelem elektrického generátoru.Preferably, the heat pump and the hydraulic turbine, together with the steam turbine and the feed pump, are connected in a common set and arranged on a common shaft connected to the shaft of the electric generator.

Vysokotlakým výměníkem je s výhodou kotel a nízkotlakým výměníkem je kondenzátor.The high pressure exchanger is preferably a boiler and the low pressure exchanger is a condenser.

Parní turbina je s výhodou jednoduchá, vícestupňová, nízkotlaká kondenzační turbina. Tepelným čerpadlem může být například nechlazený vícestupňový axiální kompresor.The steam turbine is preferably a simple, multi-stage, low-pressure condensing turbine. For example, the heat pump may be an uncooled multi-stage axial compressor.

Předmětem vynálezu je tedy zařízení pro zpětné získávání a recyklování kondenzačního tepla, to jest parní energetické zařízení, které je schopno vyrábět elektrickou energii s velmi vysokou účinností, nízkou spotřebou paliva a malými emisemi plynných zplodin spalování, které jinak způsobují znečisťováníAccordingly, the present invention provides a device for recovering and recycling condensation heat, i.e. a steam power plant, capable of producing electricity with very high efficiency, low fuel consumption and low emissions of combustion gases that otherwise cause pollution

-2GZ 278238 B6 ovzduší a jsou příčinou tak zvaných kyselých dešťů;-2GZ 278238 B6 and cause so-called acid rain;

rozdíl od současných tepelných elektráren, které jednoduchý parní cyklus nebo nějakou kombinaci dvou zde popsané zařízení používá důdvou protiakčních termodynamických cyklů a toin contrast to current thermal power plants, which use a simple steam cycle or some combination of the two devices described here, due to the counteracting thermodynamic cycles, namely

Na používají a více spolupůsobících cyklů, vtipnou kombinaci Rankinova běžného parního cyklu a Clausiusova běžného'reverzního cyklu. Zatímco v pracovní látka, připravená pracovní látka, například FREON R-ll.On using and more co-operating cycles, a witty combination of Rankine's normal steam cycle and Clausius's conventional inverse cycle. While in the working substance, prepared working substance, for example FREON R-11.

parním cyklu v reverzním se nejčastěji používá voda jako cyklu se běžně používá uměleThe steam cycle in reverse is most commonly used water as the cycle is commonly used artificially

Zařízení pracuje na principu kombinace parního a reverzního cyklu, která je schopna zachycovat kondenzační teplo, převádět ho na vysoký teplotní potenciál, a pak vracet zpátky na začátek parního cyklu, tedy spojitě a trvale využívat své kondenzační teplo v plném rozsahu a po celou dobu provozu.The device works on the principle of a combination of steam and reverse cycle, which is capable of capturing condensation heat, converting it to high temperature potential, and then bringing it back to the beginning of the steam cycle, thus continuously and permanently using its condensation heat to its fullest extent.

Hlavní výhodou zařízení podle vynálezu je jeho schopnost využívat své kondenzační teplo a tím zvýšit tepelnou účinnost tepelně konverzního cyklu. Dosahuje se však nízké spotřeby paliva a vysoké tepelné účinnosti. Protože zařízení podle vynálezu je schopno využívat své kondenzační teplo na odpařování vody a spotřebovává palivo jenom na přehřívání páry, jeho spotřeba paliva je přibližně třikrát menší než spotřeba paliva současné elektrárny stejného výkonu. Protože množství zplodin spalování je přímo úměrné množství spáleného paliva, emise zplodin ze zařízení podle vynálezu bude rovněž třikrát menší než emise zplodin ze současné elektrárny stejného výkonu a spalující palivo stejného druhu. Protože zařízení podle vynálezu nerozptyluje své kondenzační teplo do ovzduší, nepřispívá k tak zvanému skleníkovému efektu a globálnímu oteplování.The main advantage of the device according to the invention is its ability to utilize its condensation heat and thereby increase the thermal efficiency of the thermal conversion cycle. However, low fuel consumption and high thermal efficiency are achieved. Since the device according to the invention is able to use its condensation heat to evaporate water and only consumes fuel to overheat steam, its fuel consumption is approximately three times less than that of a current power plant of the same power. Since the amount of combustion fumes is proportional to the amount of fuel burned, the flue gas emissions of the plant of the invention will also be three times less than the flue gas emissions of the present power plant of the same power and the combustion fuel of the same kind. Since the device according to the invention does not dissipate its condensation heat into the atmosphere, it does not contribute to the so-called greenhouse effect and global warming.

Zařízení podle vynálezu také nepotřebuje chladicí vodu ke kondenzaci výfukové páry, takže umístění zařízení není vázáno na blízkost většího zdroje vody.Also, the apparatus of the invention does not need cooling water to condense exhaust vapor, so that the location of the apparatus is not tied to the proximity of a larger water source.

Závěrem je možno shrnout, že zařízení podle vynálezu podstatně šetří palivo, podstatně méně znečisťuje své okolí zplodinami spalování a nerozptyluje své kondenzační teplo do životního prostředí, tudíž má velký ekonomický a ekologický význam pro celé lidstvo naší planety.In summary, the device according to the invention saves fuel considerably, pollutes its surroundings considerably with combustion products and does not dissipate its condensation heat into the environment, therefore it is of great economic and ecological importance to all humanity of our planet.

Přehled obrázků na výkresechOverview of the drawings

Vynález je dále objasněn na příkladu jeho provedení, který je popsán na základě výkresů, které znázorňuji na obr. 1 blokové schéma zařízení pro zpětné získávání a recyklování kondenzačního tepla podle vynálezu a na obr. 2 schéma toku energií ve zmíněném zařízení.The invention is further elucidated by way of example, which is described with reference to the drawings, which show in FIG. 1 a block diagram of a device for recovering and recycling condensation heat according to the invention and in FIG. 2 a diagram of the energy flow in said device.

Příklad provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Z blokového schéma zařízení na obr. 1 je patrné, že toto zařízení sestává z několika základních součástí. Jsou to vysokotlaký výměník i, přehřívač 2 páry, parní turbina 2, nízkotlaký výměník 4, napájecí čerpadlo 5, tepelné čerpadlo 6, hydraulická turbina Ί_ a elektrický generátor 2· Z důvodů přehlednostiIt can be seen from the block diagram of the device in FIG. 1 that the device consists of several basic components. These are the high pressure exchanger i, the superheater 2 steam, the steam turbine 2, the low pressure exchanger 4, the feed pump 5, the heat pump 6, the hydraulic turbine a_ and the electric generator 2.

-3CZ 278238 B6 není na obr. 1 znázorněno zařízení pro přísun a spalpvání paliva, odkuřovací komín, pomocné startovací zařízení tohoto systému a ostatní pomocná zařízení.The fuel supply and combustion device, the flue gas chimney, the auxiliary starter device of the system and other auxiliary devices are not shown in FIG.

Vysokotlaký výměník 1 je tvořen vysokou válcovou nádobou, která je konstruována jako velký vysokotlaký protiproudý tepelný výměník. Uvnitř nádoby vysokotlakého výměníku 1 je zabudována soustava tenkých trubek. Horní konce těchto tenkých trubek jsou propojeny s pátým potrubím 61 spojeným s výtlakem tepelného čerpadla 6., takže horké stlačené chladivo proudí z tohoto tepelného čerpadla 6. do zmíněných tenkých trubek. Spodní konce těchto tenkých trubek jsou šestým potrubím 17 spojeny s hydraulickou turbinou 7, takže chladné kapalné chladivo může z těchto tenkých trubek proudit do hydraulické turbiny 7. Horní strana nádoby vysokotlakého výměníku 1 je prvním potrubím 12 spojena s přehřívačem 2 páry, do kterého takto z vysokotlakého výměníku 1 přichází nasycená pára. Spodní strana nádoby vysokotlakého výměníku 1 je třetím potrubím 51 spojena s výtlakem napájecího čerpadla 5, ze kterého je takto do vysokotlakého výměníku 1 přiváděna napájecí voda. Vnitřkem tenkých trubek uvnitř vysokotlakého výměníku 1 protéká pomalu směrem dolů horké stlačené chladivo, zatímco vnitřkem nádoby vysokotlakého výměníku 1 proudí pomalu směrem nahoru chladná voda. Teplo přepravované horkým chladivém se z tohoto chladivá skrze stěny tenkých trubek přenáší do vody uvnitř vysokotlakého výměníku 1. Při protiběžném proudění zmíněných médií chladivo svoje teplo předává do vody, která toto teplo absorbuje. Je to jediné teplo přiváděné do vysokotlakého výměníku 1 a potřebné pro odpařování vody. Do vysokotlakého výměníku 1 nepřichází ani to nejmenší množství tepla z vnějšího zdroje.The high pressure heat exchanger 1 is formed by a high cylindrical vessel which is designed as a large high pressure countercurrent heat exchanger. Inside the vessel of the high-pressure exchanger 1 a set of thin tubes is built. The upper ends of these thin tubes are connected to the fifth conduit 61 connected to the discharge of the heat pump 6 so that the hot compressed refrigerant flows from the heat pump 6 to the thin tubes. The lower ends of these thin tubes are connected by a sixth line 17 to the hydraulic turbine 7, so that the cold liquid coolant can flow from these thin tubes to the hydraulic turbine 7. The upper side of the high pressure exchanger vessel 1 is connected to the superheater the high-pressure exchanger 1 is saturated steam. The underside of the high-pressure exchanger vessel 1 is connected via a third line 51 to the discharge of the feed pump 5, from which feed water is supplied to the high-pressure exchanger 1. Hot compressed refrigerant flows slowly down the interior of the thin tubes inside the high pressure exchanger 1, while cold water flows slowly upward inside the high pressure exchanger vessel. The heat transported by the hot coolant is transferred from the coolant through the walls of the thin tubes to the water inside the high-pressure exchanger 1. In the counter-flow of said media, the coolant transfers its heat to the water which absorbs the heat. It is the only heat supplied to the high-pressure exchanger 1 and required for the evaporation of water. Even the smallest amount of heat from an external source does not come into the high-pressure exchanger 1.

páry představuje oddělenou část celého systému a je současně jedinou částí zařízení uzpůsobenou energie ve formě paliva z vnějšího zdroje. Ve je tepelný výměník obsahující uvnitř soustavu 21 Horní konce těchto trubek jsou prvním potrubím z tohoto vysokoPřehřívač podle vynálezu pro přijímání skutečnosti to tenkých trubek.steam is a separate part of the whole system and is also the only part of the device adapted to the energy in the form of external fuel. V is a heat exchanger comprising within the assembly 21 The upper ends of these tubes are the first conduit of this high superheater of the invention for receiving the fact of thin tubes.

spojeny s vysokotlakým výměníkem 1 tak, že tlakého výměníku 1 může do přehřívače 2 páry proudit nasycená pára. Spodní konce těchto tenkých trubek jsou druhým potrubím 23. spojeny s parní turbinou 3 tak, že přehřátá pára proudí z přehřívače 2. páry do parní turbiny 3. Spodní konec přehřívače 2 páry je připojen k neznázorněné spalovací komoře, ze které proudí do přehřívače 2. páry horké kouřové plyny zbavené popele. Horní konec přehřívače 2 páry je připojen k neznázorněnému komínu připojenému přímo k tomuto hornímu konci přehřívače 2. páry. Uvnitř přehřívačeare connected to the high-pressure exchanger 1 so that saturated steam can flow into the steam exchanger 2. The lower ends of these thin tubes are connected via a second conduit 23 to the steam turbine 3 so that superheated steam flows from the steam superheater 2 to the steam turbine 3. The lower end of the steam superheater 2 is connected to a combustion chamber (not shown) from which flows into the superheater 2. vapor hot ash-free flue gases. The upper end of the steam superheater 2 is connected to a chimney (not shown) connected directly to this upper end of the steam superheater. Inside the superheater

2. páry jsou střídavě na obou jeho stranách uspořádány vodorovné přepážky 22, které vedou kouřové plyny klikatě po celé délce přehřívače 2. páry. Teplo přinášené do přehřívače 2 páry spalinami se skrze stěny tenkých trubek přenáší na páru proudící těmito trubkami a tak tuto páru přehřívá.The second vapor is alternately arranged on both sides of the horizontal baffles 22 which guide the flue gases in a zigzag manner along the length of the second vapor superheater. The heat supplied to the superheater 2 by the flue gas is transferred through the walls of the thin tubes to the steam flowing through the tubes and thus overheats the steam.

Primárním iniciátorem pohybu v zařízení podle vynálezu je parní turbina 3. Je to jednoduchá vícestupňová kondenzační turbina. Její rotor je pevně namontován na společném hřídeli soustrojí. Vstup parní turbiny 3. je druhým potrubím 23 spojen s přehřívačem 2 páry a její výfuk je přímo spojen se vstupem 34 nízkotlakého výměníku £. Parní turbina 3. je důležitou a nepostradatelnou součástí soustrojí v zařízení podle vynálezu.The primary motion initiator in the device according to the invention is a steam turbine 3. It is a simple multi-stage condensation turbine. Its rotor is firmly mounted on the common shaft of the set. The inlet of the steam turbine 3 is connected via a second line 23 to the superheater 2 and its exhaust is directly connected to the inlet 34 of the low-pressure exchanger 6. The steam turbine 3 is an important and indispensable part of the set in the device according to the invention.

Nízkotlaký výměník 4 je velká vakuová nádoba instalovaná ve vodorovné poloze pod parní turbinou 2 ^a připojená přímo k výfuku této parní turbiny 2· Nízkotlaký výměník 4 je proveden jako povrchový kondenzátor výfukové páry a chlazen ne vodou, nýbrž uměle vyrobeným chladivém. Nízkotlaký výměník 4 obsahuje soustavu tenkých trubek, které jsou vhodným' způsobem uspořádány uvnitř tohoto nízkotlakého výměníku 4. Spodní konce těchto tenkých trubek jsou pomocí sedmého potrubí 74 spojeny s hydraulickou turbinou 7, zatímco horní konce těchto tenkých trubek jsou čtvrtým potrubím 46 propojeny se vstupem tepelného čerpadla 2· Ve dnu nízkotlakého výměníku 4 je vytvořena neznázorněná jímka pro kondenzát, ze které je tento kondenzát odčerpáván. Nízkotlaký výměník 2 slouží jako jakýkoliv jiný tepelný výměník k přenosu tepla z jedné tekutiny na druhou. V tomto případě slouží nízkotlaký výměník 4 k přenosu tepla z výfukové páry na chladivo.The low pressure exchanger 4 is a large vacuum vessel installed horizontally below the steam turbine 2 ^and connected directly to the exhaust of this steam turbine 2. The low pressure exchanger 4 is designed as a surface condenser of exhaust steam and cooled not by water but by artificial coolant. The low pressure exchanger 4 comprises a plurality of thin tubes which are suitably arranged within the low pressure exchanger 4. The lower ends of these thin tubes are connected to the hydraulic turbine 7 via a conduit 74, while the upper ends of these thin tubes are connected to the heat inlet via a fourth conduit 46. In the bottom of the low-pressure exchanger 4, a condensate sump (not shown) is formed, from which the condensate is drained. The low pressure exchanger 2 serves as any other heat exchanger to transfer heat from one fluid to another. In this case, the low pressure exchanger 4 serves to transfer heat from the exhaust steam to the refrigerant.

Napájecí čerpadlo 5 je speciálním čerpadlem, které slouží také jako čerpadlo pro kondenzát. Pokud by nebylo možné sdružit funkci těchto dvou čerpadel v jediném čerpadle, musí se pro kondenzát použít samostatné čerpadlo. Rotor napájecího čerpadla 5 je napevno uložen na společném hřídeli soustrojí. Vstup napájecího čerpadla 5 je osmým potrubím 45 propojen s jímkou pro kondenzát v nízkotlakém výměníku 2 a jeho výstup je třetím potrubím 51 propojen se spodním koncem vysokotlakého výměníku 1. Nízkotlaká strana napájecího čerpadla 5 navazuje na nízkotlakou stranu parní turbiny 2· Napájecí čerpadlo 5 slouží k zajištění cirkulace média přenášejícího energii, to jest vody, v primárním okruhu.The feed pump 5 is a special pump which also serves as a condensate pump. If the function of the two pumps cannot be combined in a single pump, a separate pump must be used for the condensate. The rotor of the feed pump 5 is fixedly mounted on a common shaft of the set. Feed pump 5 inlet is connected to condensate sump in low pressure exchanger 2 through eight conduit 45 and its outlet is connected to lower end of high pressure exchanger 1 via third line 51. Low pressure side of supply pump 5 is connected to low pressure side of steam turbine 2. ensuring circulation of the energy transfer medium, i.e. water, in the primary circuit.

Další podstatnou a nepostradatelnou součástí soustrojí v zařízení podle vynálezu je tepelné čerpadlo 6. Po mechanické stránce je to nechlazený, tepelně izolovaný kompresor pro chladivo. Z hlediska termodynamiky je to však tepelné čerpadlo, které transformuje teplo na nízkém teplotním potenciálu, které se získává prostřednictvím chladivá v nízkotlakém výměníku 4, na teplo na vysokém, teplotním potenciálu. Je to axiální vícestupňový vysokootáčkový stroj se strmou závislostí tlaku na objemu. Jeho rotor je. rovněž napevno nasazen na společném hřídeli soustrojí. Vstup tepeného čerpadla 6 je čtvrtým potrubím 46 spojen s nízkotlakým výměníkem 4, zatímco jeho výstup je pátým potrubím 61 propojen s vysokotlakým výměníkem 1. Vysokotlaká strana tepelného čerpadla 6 přiléhá k vysokotlaké straně parní turbiny 2 ^a jeho nízkotlaká strana přiléhá k nízkotlaké straně hydraulické turbiny 7. Tepelné čerpadlo 6 slouží rovněž pro cirkulaci chladivá v sekundárním okruhu.Another essential and indispensable part of the assembly in the device according to the invention is the heat pump 6. From a mechanical point of view, it is an uncooled, heat-insulated refrigerant compressor. In terms of thermodynamics, however, it is a heat pump that transforms heat at a low temperature potential that is obtained by the refrigerant in the low pressure exchanger 4 into heat at a high temperature potential. It is an axial multi-stage high-speed machine with a steep dependence of pressure on volume. His rotor is. also fixed to the common shaft of the set. The inlet of the heat pump 6 is connected to the low pressure exchanger 4 by the fourth conduit 46, while its outlet is connected to the high pressure exchanger 1 by the fifth conduit 61. The high pressure side of the heat pump 6 adjoins the high pressure side of the steam turbine 2 ^. The heat pump 6 also serves to circulate coolant in the secondary circuit.

Další důležitou součástí soustrojí je hydraulická turbina 7. Její rotor je rovněž nasazen na společném hřídeli soustrojí. Vstup hydraulické turbiny 7 je připojen k šestému potrubí 17 vedoucímu z vysokotlakého výměníku 1, zatímco její výstup je připojen k sedmému potrubí 74 vedoucímu k nízkotlakému výměníku 4. Nízkotlaká strana hydraulické turbiny 7 přiléhá k nízkotlaké straně tepelného čerpadla 6. Hydraulická turbina 2 slouží jako škrticí ventil pro stlačené kapalinové chladivo a představuje také sekundární iniciátor pohybu celého zařízení.Another important part of the set is the hydraulic turbine 7. Its rotor is also mounted on the common shaft of the set. The inlet of the hydraulic turbine 7 is connected to the sixth conduit 17 leading from the high pressure exchanger 1, while its outlet is connected to the seventh conduit 74 leading to the low pressure exchanger 4. The low pressure side of the hydraulic turbine 7 adjoins the low pressure side of the heat pump 6. valve for pressurized liquid refrigerant and also represents a secondary initiator of the movement of the entire device.

Elektrický generátor 2 j^e samostatný točivý stroj a jako součást zařízení podle vynálezu je mechanicky spojen se společnýmThe electric generator 2 is ^a separate rotary machine and, as part of the device according to the invention, is mechanically coupled to a common rotary machine

-5CZ 278238 B6 hřídelem soustrojí. Elektrický generátor 8 není nepostradatelnou součástí zařízení podle vynálezu, neboť může být nahrazen jiným hnaným točivým strojem, například v oblasti dopravy nebo v jiných oblastech průmyslu.-5GB 278238 B6 by the machine shaft. The electric generator 8 is not an indispensable part of the device according to the invention since it can be replaced by another driven rotary machine, for example in the field of transport or in other fields of industry.

V této souvislosti je třeba zdůraznit, že uvedené jednotlivé základní součástí zařízení nejsou předmětem vynálezu, protože samy o sobě nejsou zde zdokonalovány. Většina z nich se v současnosti užívá ve stávajících parních elektrárnách a ostatní v různých aplikacích v jiných oblastech průmyslu. Za vynález je zde považováno pouze speciální uspořádání a kombinace uvedených základních součástí zařízení. Zařízení podle vynálezu a všechny jeho základní součásti jsou schopny pracovat a pracují důsledně v rámci zákona o zachování energie a ostatních zákonů termodynamiky. Zařízení podle vynálezu není schopno generovat nebo mařit energii. Zařízení podle vynálezu je však schopno zpětně získávat tak zvanou neužitečnou energii, převádět ji na vyšší teplotní potenciál a pak ji vracet zpět do parního cyklu. Zásluhou toho je zařízení podle vynálezu schopno snížit spotřebu paliva, znečišťování vzduchu a rozptylování tepla do okolního prostředí. Výsledkem toho je, že zařízení podle vynálezu je schopno generovat elektrickou energii s velmi vysokou celkovou tepelnou účinností.In this context, it should be pointed out that the individual basic components of the apparatus are not the subject of the invention since they are not themselves improved here. Most of them are currently used in existing steam power plants and others in various applications in other areas of industry. Only special arrangements and combinations of said basic components of the device are considered to be the invention. The device according to the invention and all its essential components are capable of operating and operating consistently within the framework of the Energy Conservation Act and other laws of thermodynamics. The device according to the invention is not capable of generating or wasting energy. However, the device according to the invention is capable of recovering so-called useless energy, converting it to a higher temperature potential and then returning it to the steam cycle. As a result, the device according to the invention is able to reduce fuel consumption, air pollution and heat dissipation into the environment. As a result, the device according to the invention is capable of generating electrical energy with a very high overall thermal efficiency.

Zařízení podle vynálezu je navrženo tak, aby mohlo být základním energetickým zařízením, to jest je navrženo pro dlouhodobou průběžnou a nepřerušovanou činnost. Stejně jako každé jiné parní energetické zařízení vyžaduje toto zařízení před uvedením do plného provozu určitý počáteční ohřev, který není předmětem vynálezu. V průběhu uvádění do provozu je třeba do zařízení dodat z pomocného startovacího zařízení určité množství energie. Tato počáteční energie je třeba k uvedení všech základních součástí zařízení do jejich provozních stavů. Například, vysokotlaký výměník 1 je třeba naplnit vodou a vyhřát na požadovaný tlak a teplotu, v nízkotlakém výměníku 4 je třeba vytvořit určitý podtlak, soustrojí je třeba uvést do točivého pohybu s určitými otáčkami a tak dále.The device according to the invention is designed to be a basic energy device, i.e. it is designed for long-term continuous and continuous operation. Like any other steam power plant, it requires some initial heating before being put into full operation, which is not the subject of the invention. During commissioning, a certain amount of energy must be supplied to the device from the auxiliary starter. This initial energy is required to bring all the essential components of the equipment into their operating states. For example, the high-pressure exchanger 1 needs to be filled with water and heated to the desired pressure and temperature, a certain negative pressure has to be created in the low-pressure exchanger 4, the set has to be rotating with a certain speed and so on.

V průběhu normálního provozu zařízení podle vynálezu proudí z jedné jeho části do druhé průběžně různá množství energie. Žádná z těchto částí nemá schopnost akumulovat energii nebo ji rozptylovat, s výjimkou tepelných ztrát skrze nedostatečnou tepelnou izolaci. Jestliže se tepelné ztráty zanedbají, pak součet všech energií vstupujících do kterékoliv části zařízení je průběžně roven součtu všech energií vystupujících z této části. Velké množství energie, převážně ve formě latentního odpařovacího tepla, proudí v průběhu provozu z vysokotlakého výměníku 1 přes přehřívač 2 páry ^a parní turbinu 2 ďo nízkotlakého výměníku 4 a z tohoto nízkotlakého výměníku 4 přes tepelné čerpadlo 6 do vysokotlakého výměníku 1 s využitím parní sekce primárního okruhu a odpařovací sekce sekundárního okruhu.During normal operation of the device according to the invention, different amounts of energy continuously flow from one part thereof to the other. None of these parts has the ability to store or dissipate energy, except for heat loss through insufficient thermal insulation. If the heat losses are neglected, then the sum of all energies entering any part of the device is continuously equal to the sum of all energies leaving that part. A large amount of energy, mainly in the form of latent evaporative heat, flows during operation from the high pressure exchanger 1 through a steam superheater 2 ^{and the} steam turbine 2 to the low pressure exchanger 4 and from this low pressure exchanger 4 through the heat pump 6 to the high pressure exchanger 1 and the secondary circuit evaporation section.

Schéma cirkulace energie v zařízení podle vynálezu je znázorněno na obr. 2, kde Q je energie ve formě tepla, W je energie ve formě mechanické práce a E představuje elektrickou energii.The energy circulation diagram of the device according to the invention is shown in Fig. 2, where Q is energy in the form of heat, W is energy in the form of mechanical work and E represents electrical energy.

-6CZ 278238 B6-6GB 278238 B6

Celkově lze o' proudění v zařízení říci, že v primárním okruhu cirkuluje voda, v sekundárním okruhu cirkuluje chladivo a energie je přenášena skrze parní sekci primárního okruhu a odpařovací sekci sekundárního okruhu. Parní sekce a odpařovací sekce tedy tvoří kompletní smyčku, ve které průběžně cirkuluje velké množství tepla.Overall, the flow in the plant is said to circulate water in the primary circuit, coolant circulates in the secondary circuit, and energy is transferred through the steam section of the primary circuit and the evaporation section of the secondary circuit. Thus, the steam section and the evaporation section form a complete loop in which a large amount of heat is continuously circulated.

V průběhu normální činnosti zařízení podle vynálezu vstupují do zařízení, proudí uvnitř zařízení a ze zařízení vystupují různá okamžitá množství energie. V zařízení se nevytváří ani nemaří žádná energie a všechny energie jsou zakalkulovány.During normal operation, the devices of the invention enter the device, flow inside the device, and emit various instantaneous amounts of energy from the device. No energy is generated or wasted in the plant and all energies are calculated.

Zařízení podle vynálezu lze využít zejména pro výrobu elektrické energie, tedy ve všech tepelných elektrárnách jako zařízení s podstatně vyšší účinností a podstatně nižší spotřebou paliva, znečisťováním životního prostředí a rozptylováním tepla do ovzduší. Dále, zařízení podle vynálezu lze využít pro pohon zámořských lodí a velkých plavidel, velkých kompresorů, ventilátorů, čerpadel, a jiných rotačních zařízení v různých průmyslových odvětvích.The device according to the invention can be used in particular for the production of electrical energy, that is to say in all thermal power plants as a device with substantially higher efficiency and substantially lower fuel consumption, environmental pollution and heat dissipation into the atmosphere. Further, the device according to the invention can be used to drive overseas vessels and large vessels, large compressors, fans, pumps, and other rotary devices in various industries.

Claims

PATENT TOOLS

A device for recovering and recycling condensation heat, comprising a primary circuit comprising a high-pressure exchanger connected to a superheater connected to a steam turbine connected to a low-pressure exchanger connected to a feed pump whose output is connected to the high-pressure exchanger, the low-pressure exchanger being simultaneously connected in the secondary circuit, characterized in that in the secondary circuit the low-pressure exchanger (4) is connected to a heat pump (6), the output of which is connected to the high-pressure exchanger (1) connected to the inlet of the hydraulic turbine (7), the outlet of which is connected to the inlet of the low pressure exchanger (4).

Device according to claim 1, characterized in that the heat pump (6) and the hydraulic turbine (7) are coupled together with the steam turbine (3) and the feed pump (5) in a common set and are arranged on a common shaft connected to the shaft of the electric generator (8).

Device according to claim 1, characterized in that the high-pressure exchanger (1) is a boiler.

Device according to claim 1, characterized in that the low-pressure exchanger (4) is a condenser.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the steam turbine (3) is a simple, multi-stage, low-pressure condensing turbine.

Device according to claims 1 and 2, characterized in that the heat pump (6) is an uncooled multi-stage axial compressor.

Device according to claim 2, characterized in that the feed pump (5) is a condensation pump.