RU144915U1

RU144915U1 - HEAT ELECTRIC STATION

Info

Publication number: RU144915U1
Application number: RU2014109170/06U
Authority: RU
Inventors: Айрат Маратович Гафуров
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2014-09-10

Abstract

1. Тепловая электрическая станция, включающая последовательно соединенные паровую турбину, конденсатор паровой турбины и конденсатный насос конденсатора паровой турбины, 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, а также систему маслоснабжения подшипников паровой турбины, содержащую последовательно соединенные по греющей среде сливной трубопровод, маслобак, маслонасос и маслоохладитель, выход которого по нагреваемой среде соединен с напорным трубопроводом, отличающаяся тем, что в нее введены теплообменник-охладитель сетевой воды, вход которого по нагреваемой среде соединен с обратным трубопроводом сетевой воды, а выход по нагреваемой среде - с нижним сетевым подогревателем, и 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 последовательно соединенные турбодетандер с электрогенератором, конденсатор водяного охлаждения и конденсатный насос, причем выход конденсатного насоса соединен по нагреваемой среде с входом конденсатора паровой турбины, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом маслоохладителя, выход маслоохладителя по нагреваемой среде соединен с входом теплообменника-охладителя сетевой воды, а выход теплообменника-охладителя сетевой воды по нагреваемой среде соединен с входом турбодетандера, образуя замкнутый контур охлаж1. Thermal power plant, including a series-connected steam turbine, a steam turbine condenser and a condensate pump of a steam turbine condenser, a main electric generator connected to a steam turbine, which is connected via a heating medium to the upper and lower network heaters, connected via a heated medium between the supply and return pipelines of network water, as well as the oil supply system for bearings of a steam turbine, containing a drain pipe in series connected over a heating medium, ma a slobak, an oil pump and an oil cooler, the outlet of which is connected via a heated medium to a pressure pipe, characterized in that a heat exchanger-cooler of network water is introduced into it, the input of which through a heated medium is connected to a return pipe of network water, and the outlet through a heated medium to a lower network a heater, and a closed-circuit heat engine operating on the organic Rankine cycle, while the closed heat engine circulation loop is made in the form of a circuit with a low boiling fluid, with holding a turboexpander with a generator in series, a water-cooled condenser and a condensate pump, the condensate pump output being connected via a heated medium to the steam turbine condenser inlet, the output of which is connected via a heated medium to the oil cooler inlet, the oil cooler output through a heated medium connected to the input of the network heat exchanger-cooler water, and the outlet of the heat exchanger-cooler network water through the heated medium is connected to the inlet of the turbine expander, forming a closed loop cooling

Description

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована на тепловых электрических станциях (ТЭС) для утилизации сбросной низкопотенциальной теплоты в конденсаторах паровых турбин ТЭС, утилизации низкопотенциальной теплоты системы маслоснабжения подшипников паровой турбины и утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды.The utility model relates to the field of energy and can be used at thermal power plants (TPPs) for utilization of low-grade waste heat in condensers of steam turbines of a TPP, utilization of low-grade heat of the oil supply system of steam turbine bearings and utilization of excess low-grade heat of return network water.

Прототипом является тепловая электрическая станция, содержащая подающий и обратный трубопроводы сетевой воды, паровую турбину с отопительными отборами пара и конденсатором, к которому подключены напорный и сливной трубопроводы циркуляционной воды, сетевые подогреватели, включенные по нагреваемой среде между подающим и обратным трубопроводами сетевой воды и подключенные по греющей среде к отопительным отборам, теплонасосную установку, испаритель которой подключен по греющей среде к сливному трубопроводу циркуляционной воды, конденсатор теплонасосной установки по нагреваемой среде включен в подающий трубопровод сетевой воды после сетевых подогревателей, а также систему маслоснабжения подшипников паровой турбины, содержащую последовательно соединенные по греющей среде сливной трубопровод, маслобак, маслонасос и маслоохладитель, выход которого по нагреваемой среде соединен с напорным трубопроводом (патент RU №2268372, МПК F01K 17/02, 20.01.2006).The prototype is a thermal power plant containing a supply and return piping of network water, a steam turbine with heating steam extraction and a condenser, to which pressure and drain pipelines of circulation water are connected, network heaters connected through a heated medium between the supply and return pipelines of network water and connected through heating medium to heating taps, heat pump installation, the evaporator of which is connected via heating medium to a drainage pipe of circulating water, The heat pump installation ator is connected to the heating water supply pipe after the network heaters, as well as to the steam turbine bearing oil supply system, which contains a drain pipe, an oil tank, an oil pump and an oil cooler connected in series through the heating medium, the outlet of which is connected to the pressure pipe through the heated medium (patent RU No. 2268372, IPC F01K 17/02, 01.20.2006).

Основным недостатком прототипа является относительно низкий коэффициент полезного действия ТЭС по выработке электрической энергии из-за отсутствия полной утилизации сбросной скрытой теплоты парообразования в конденсаторе паровой турбины, обусловленную наличием вторичного контура (теплонасосной установки), отсутствия утилизации низкопотенциальной теплоты системы маслоснабжения подшипников паровой турбины, а также отсутствия утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды, для дополнительной выработки электроэнергии. Кроме этого, недостатком является низкий ресурс и надежность работы конденсатора паровой турбины из-за использования технической (циркуляционной) воды, которая загрязняет конденсатор паровой турбины. Из-за повышенных тепловых выбросов циркуляционной воды в водоем-охладитель нарушается его экосистема.The main disadvantage of the prototype is the relatively low efficiency of thermal power plants for generating electric energy due to the lack of complete utilization of the latent latent heat of vaporization in the steam turbine condenser due to the presence of a secondary circuit (heat pump installation), the lack of utilization of low-grade heat from the oil supply system of the steam turbine bearings, and lack of utilization of excess low-grade heat of return network water, for additional generation of electric ktroenergii. In addition, the disadvantage is the low resource and reliability of the condenser of the steam turbine due to the use of technical (circulating) water, which pollutes the condenser of the steam turbine. Due to the increased thermal emissions of the circulation water into the cooling pond, its ecosystem is disturbed.

Задачей полезной модели является повышение коэффициента полезного действия ТЭС за счет полного использования сбросной низкопотенциальной теплоты, утилизации низкопотенциальной теплоты системы маслоснабжения подшипников паровой турбины и утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды для дополнительной выработки электрической энергии, повышение ресурса и надежности работы конденсатора паровой турбины и снижение тепловых выбросов в окружающую среду.The objective of the utility model is to increase the efficiency of TPPs due to the full use of waste low potential heat, utilization of low potential heat of the oil supply system of steam turbine bearings and utilization of excess low potential heat of return network water for additional generation of electric energy, increase the life and reliability of the steam turbine condenser and reduce heat emissions into the environment.

Технический результат достигается тем, что в тепловую электрическую станцию, включающую последовательно соединенные паровую турбину, конденсатор паровой турбины и конденсатный насос конденсатора паровой турбины, 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, а также систему маслоснабжения подшипников паровой турбины, содержащую последовательно соединенные по греющей среде сливной трубопровод, маслобак, маслонасос и маслоохладитель, выход которого по нагреваемой среде соединен с напорным трубопроводом, согласно настоящей полезной модели, введены теплообменник-охладитель сетевой воды, вход которого по нагреваемой среде соединен с обратным трубопроводом сетевой воды, а выход по нагреваемой среде - с нижним сетевым подогревателем, и 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 последовательно соединенные турбодетандер с электрогенератором, конденсатор водяного охлаждения и конденсатный насос, причем выход конденсатного насоса соединен по нагреваемой среде с входом конденсатора паровой турбины, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом маслоохладителя, выход маслоохладителя по нагреваемой среде соединен с входом теплообменника-охладителя сетевой воды, а выход теплообменника-охладителя сетевой воды по нагреваемой среде соединен с входом турбодетандера, образуя замкнутый контур охлаждения.The technical result is achieved by the fact that in a thermal power station, including a series-connected steam turbine, a steam turbine condenser and a condensate pump of a steam turbine condenser, a main electric generator connected to a steam turbine, which is connected via a heating medium to the upper and lower network heaters connected via a heated the medium between the supply and return pipelines of the network water, as well as the oil supply system of bearings of the steam turbine, containing in series connected According to the present invention, a heat exchanger-cooler of network water is introduced, the inlet of which is connected via a heating medium to the return pipe of network water, and the outlet is supplied through a heating medium, a drain pipe, an oil tank, an oil pump and an oil cooler, the outlet of which is connected via a heated medium to a pressure pipeline a heated medium — with a lower network heater, and a closed-circuit heat engine operating on the organic Rankine cycle, while the closed-loop heat engine circulation It is made in the form of a circuit with a low-boiling working fluid containing a turboexpander with a generator in series, a water cooling condenser and a condensate pump, the condensate pump output being connected via a heated medium to the steam turbine condenser inlet, the output of which is connected to the oil cooler inlet through the heated medium, and the oil cooler output the heated medium is connected to the inlet of the heat exchanger-cooler of the network water, and the output of the heat exchanger-cooler of network water is connected to the Odom turboexpander to form a closed cooling circuit.

В качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный углекислый газ CO₂.As a low-boiling working fluid, liquefied carbon dioxide CO _{2 is used} .

Таким образом, технический результат достигается за счет полной утилизации сбросной низкопотенциальной теплоты (скрытой теплоты парообразования), утилизации низкопотенциальной теплоты системы маслоснабжения подшипников паровой турбины и утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды, которые осуществляют путем последовательного нагрева, соответственно, в конденсаторе паровой турбины, маслоохладителе и теплообменнике-охладителе сетевой воды, низкокипящего рабочего тела (сжиженного углекислого газа CO₂) теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина.Thus, the technical result is achieved due to the complete utilization of waste low potential heat (latent heat of vaporization), utilization of low potential heat of the oil supply system of the steam turbine bearings and utilization of the excess low potential heat of the return network water, which is carried out by sequential heating, respectively, in the condenser of the steam turbine, oil cooler and heat exchanger-cooler network water, low-boiling working fluid (liquefied carbon dioxide CO ₂ ) those closed-circuit pilaf engine operating on the organic Rankine cycle.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена предлагаемая тепловая электрическая станция, имеющая тепловой двигатель с водяным охлаждением и теплообменник-охладитель сетевой воды.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, which shows the proposed thermal power plant having a heat engine with water cooling and a heat exchanger-cooler network water.

На чертеже цифрами обозначены:In the drawing, the numbers indicate:

1 - паровая турбина,1 - steam turbine,

2 - конденсатор паровой турбины,2 - condenser of a steam turbine,

3 - конденсатный насос конденсатора паровой турбины,3 - condensate pump condenser of a steam turbine,

4 - основной электрогенератор,4 - the main generator

5 - тепловой двигатель с замкнутым контуром циркуляции,5 - heat engine with a closed circuit,

6 - турбодетандер,6 - turboexpander,

7 - электрогенератор,7 - electric generator,

8 - конденсатор водяного охлаждения,8 - condenser water cooling

9 - конденсатный насос,9 - condensate pump,

10 - верхний сетевой подогреватель,10 - upper network heater,

11 - нижний сетевой подогреватель,11 - lower network heater,

12 - подающий трубопровод сетевой воды,12 - supply pipe network water,

13 - обратный трубопровод сетевой воды,13 - return pipe network water,

14 - теплообменник-охладитель сетевой воды,14 - heat exchanger-cooler network water,

15 - система маслоснабжения подшипников паровой турбины,15 - oil supply system of bearings of a steam turbine,

16 - сливной трубопровод,16 - drain pipe

17 - маслобак,17 - oil tank

18 - маслонасос,18 - oil pump

19 - маслоохладитель,19 - oil cooler

20 - напорный трубопровод.20 - pressure pipe.

Тепловая электрическая станция включает последовательно соединенные паровую турбину 1, конденсатор 2 паровой турбины и конденсатный насос 3 конденсатора паровой турбины, 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, а также систему 15 маслоснабжения подшипников паровой турбины 1, содержащую последовательно соединенные по греющей среде сливной трубопровод 16, маслобак 17, маслонасос 18 и маслоохладитель 19, выход которого по нагреваемой среде соединен с напорным трубопроводом 20.The thermal power plant includes a series-connected steam turbine 1, a steam turbine condenser 2 and a condenser pump 3 of a steam turbine condenser, a main electric generator 4 connected to a steam turbine 1, which is connected via heating medium to the upper 10 and lower 11 network heaters connected via the heated medium between the supply 12 and return 13 pipelines of network water, as well as the oil supply system 15 for bearings of a steam turbine 1, comprising drain pipes connected in series through a heating medium wire 16, the oil tank 17, oil pump 18 and oil cooler 19, the output of the heated medium connected to the pressure line 20.

Отличием предлагаемой тепловой электрической станции является то, что в нее введены теплообменник-охладитель 14 сетевой воды и тепловой двигатель 5 с замкнутым контуром циркуляции, работающий по органическому циклу Ренкина. Вход теплообменника-охладителя 14 по нагреваемой среде соединен с обратным трубопроводом 13 сетевой воды. Выход теплообменника-охладителя 14 по нагреваемой среде соединен с нижним сетевым подогревателем 11. Замкнутый контур циркуляции теплового двигателя 5 выполнен в виде контура с низкокипящим рабочим телом, содержащим последовательно соединенные турбодетандер 6 с электрогенератором 7, конденсатор 8 водяного охлаждения и конденсатный насос 9, причем выход конденсатного насоса 9 соединен по нагреваемой среде с входом конденсатора 2 паровой турбины, выход которого соединен по нагреваемой среде с входом маслоохладителя 19, выход маслоохладителя 19 по нагреваемой среде соединен с входом теплообменника-охладителя 14 сетевой воды, а выход теплообменника-охладителя 14 сетевой воды по нагреваемой среде соединен с входом турбодетандера 6, образуя замкнутый контур охлаждения.The difference of the proposed thermal power plant is that it introduced a heat exchanger-cooler 14 network water and a heat engine 5 with a closed loop, operating on the organic Rankine cycle. The input of the heat exchanger-cooler 14 through a heated medium is connected to the return pipe 13 of the network water. The output of the heat exchanger-cooler 14 through a heated medium is connected to the lower network heater 11. The closed circulation circuit of the heat engine 5 is made in the form of a circuit with a low-boiling working fluid containing a turboexpander 6 connected in series with an electric generator 7, a water cooling condenser 8 and a condensate pump 9, and the output the condensate pump 9 is connected through a heated medium to the inlet of a condenser 2 of a steam turbine, the output of which is connected through a heated medium to the inlet of an oil cooler 19, the output of the oil cooler 19 through the heated medium is connected to the inlet of the heat exchanger-cooler 14 of the mains water, and the output of the heat exchanger-cooler 14 of the mains water is connected through the heated medium to the inlet of the turbo expander 6, forming a closed cooling circuit.

Предлагаемая тепловая электрическая станция работает следующим образом.The proposed thermal power plant operates as follows.

Пар, поступающий из паровой турбины 1 в паровое пространство конденсатора 2, конденсируется на поверхности конденсаторных трубок, внутри которых протекает охлаждающая жидкость (сжиженный углекислый газ CO₂). Мощность паровой турбины 1 передается соединенному на одном валу основному электрогенератору 4.The steam coming from the steam turbine 1 into the steam space of the condenser 2 condenses on the surface of the condenser tubes, inside which coolant flows (liquefied carbon dioxide CO ₂ ). The power of the steam turbine 1 is transmitted to the main electric generator 4 connected to one shaft.

Конденсация пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования, которая отводится при помощи охлаждающей жидкости. Образующийся конденсат с помощью конденсатного насоса 3 конденсатора паровой турбины направляют в систему регенерации.Steam condensation is accompanied by the release of latent heat of vaporization, which is removed using coolant. The condensate formed by means of a condensate pump 3 of a steam turbine condenser is sent to a regeneration system.

Преобразование сбросной низкопотенциальной тепловой энергии, отработавшего в турбине 1 пара, и низкопотенциальной тепловой энергии системы 15 маслоснабжения подшипников паровой турбины 1, а также избыточной низкопотенциальной тепловой энергии обратной сетевой воды, 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 углекислого газа CO₂, который направляют на подогрев и испарение в конденсатор 2 паровой турбины, куда поступает отработавший в турбине 1 пар с температурой в интервале от 300 К до 313,15 К.The conversion of waste low-potential thermal energy spent in the turbine 1 steam and low-potential thermal energy of the oil supply system 15 of the bearings of the steam turbine 1, as well as excess low-potential thermal energy of the return network water, into mechanical and, further, into electrical energy occurs in a closed circuit of the heat engine 5 working on the organic Rankine cycle. The whole process begins with the compression in the condensate pump 9 of liquefied carbon dioxide CO ₂ , which is sent for heating and evaporation to the condenser 2 of the steam turbine, where the steam spent in the turbine enters with a temperature in the range from 300 K to 313.15 K.

Температура кипения сжиженного углекислого газа CO₂ сравнительна низка (при критической температуре 304,13 К и давлении 7,3773 МПа), поэтому в конденсаторе 2 паровой турбины он быстро испаряется и переходит в газообразное состояние.The boiling point of liquefied carbon dioxide CO _{2 is} relatively low (at a critical temperature of 304.13 K and a pressure of 7.3773 MPa), therefore, it quickly evaporates in the condenser 2 of the steam turbine and passes into a gaseous state.

Далее газообразный углекислый газ CO₂ направляют на перегрев в начале в маслоохладитель 19, куда поступает нагретое масло системы 15 маслоснабжения подшипников паровой турбины 1, а затем в теплообменник-охладитель 14 сетевой воды, куда поступает обратная сетевая вода из обратного трубопровода 13. При этом температура нагретого масла и обратной сетевой воды может варьироваться в интервале от 313,15 К до 343,15 К.Next, gaseous carbon dioxide CO _{2 is} sent for overheating at the beginning to the oil cooler 19, where the heated oil of the oil supply system 15 of the bearings of the steam turbine 1 enters, and then to the heat exchanger-cooler 14 of the network water, to which the return network water comes from the return pipe 13. The temperature heated oil and reverse mains water can vary from 313.15 K to 343.15 K.

В процессе теплообмена нагретого масла и обратной сетевой воды с углекислым газом CO₂ происходит перегрев углекислого газа CO₂ до сверхкритической температуры в интервале от 308,15 К до 333,15 К. После теплообменника-охладителя 14 перегретый углекислый газ CO₂ направляют в турбодетандер 6.During the heat of the heated oil and return water with carbon dioxide CO ₂ is overheating of carbon dioxide CO ₂ to the supercritical temperature in the range from 308.15 K to 333.15 K. After-cooler heat exchanger 14, the superheated carbon dioxide CO ₂ is directed into the turbo expander 6 .

Процесс настроен таким образом, что в турбодетандере 6 не происходит конденсации углекислого газа CO₂ в ходе срабатывания теплоперепада. Мощность турбодетандера 6 передается соединенному на одном валу электрогенератору 7. На выходе из турбодетандера 6 углекислый газ CO₂ имеет температуру около 288 К с влажностью не превышающей 12%.The process is configured in such a way that carbon dioxide CO ₂ does not condense in the turboexpander 6 during the operation of the heat transfer. The power of the turboexpander 6 is transferred to an electric generator 7 connected to one shaft. At the outlet of the turboexpander 6, carbon dioxide CO ₂ has a temperature of about 288 K with a humidity not exceeding 12%.

Далее его температуру снижают и сжижают в конденсаторе 8 водяного охлаждения, охлаждаемого технической водой окружающей среды в температурном диапазоне от 278,15 К до 283,15 К.Next, its temperature is reduced and liquefied in a condenser 8 of water cooling, cooled by industrial ambient water in the temperature range from 278.15 K to 283.15 K.

После конденсатора 8 водяного охлаждения в сжиженном состоянии углекислый газ CO₂ направляют для сжатия в конденсатный насос 9 теплового двигателя 5.After the condenser 8 of water cooling in a liquefied state, carbon dioxide CO _{2 is} sent for compression to the condensate pump 9 of the heat engine 5.

Далее органический цикл Ренкина на основе низкокипящего рабочего тела повторяется.Further, the organic Rankine cycle based on a low-boiling working fluid is repeated.

Конденсатор 8 водяного охлаждения обладает большей эффективностью теплопередачи по сравнению с воздушным охлаждением и не требует больших площадей теплообменной поверхности. При этом затраты мощности на привод циркуляционных насосов конденсатора 8 водяного охлаждения меньше, чем на привод вентиляторов конденсатора воздушного охлаждения.The condenser 8 water cooling has a higher heat transfer efficiency compared to air cooling and does not require large areas of the heat exchange surface. In this case, the power consumption for the drive of the circulation pumps of the water-cooled condenser 8 is less than for the drive of the fans of the air-cooled condenser.

Claims

1. Thermal power plant, including a series-connected steam turbine, a steam turbine condenser and a condensate pump of a steam turbine condenser, a main electric generator connected to a steam turbine, which is connected via a heating medium to the upper and lower network heaters, connected via a heated medium between the supply and return pipelines of network water, as well as the oil supply system for bearings of a steam turbine, containing a drain pipe in series connected over a heating medium, ma a slobak, an oil pump and an oil cooler, the outlet of which is connected via a heated medium to a pressure pipe, characterized in that a heat exchanger-cooler of network water is introduced into it, the input of which through a heated medium is connected to a return pipe of network water, and the outlet through a heated medium to a lower network a heater, and a closed-circuit heat engine operating on the organic Rankine cycle, while the closed heat engine circulation loop is made in the form of a circuit with a low boiling fluid, with holding a turboexpander with a generator in series, a water-cooled condenser and a condensate pump, the condensate pump output being connected via a heated medium to the steam turbine condenser inlet, the output of which is connected via a heated medium to the oil cooler inlet, the oil cooler output through a heated medium connected to the input of the network heat exchanger-cooler water, and the outlet of the heat exchanger-cooler network water through the heated medium is connected to the inlet of the turbine expander, forming a closed loop cooling denia.

2. Thermal power station according to claim 1, characterized in that as a low-boiling working fluid use liquefied carbon dioxide CO ₂ .