Система утилизации низкопотенциального тепла тепловой электростанции

 

Использование: в системах утилизации низкопотенциального тепла для утилизации низкопотенциального тепла тепловых электрических станций. Сущность изобретения: система утилизации тепла снабжена тепловыделяющими каналами, выполненными треугольной формы и заполненными твердодисперсным материалом, модуль дисперсности которого выбирается из условия d_max/d_min< 1,8, а стенки указанных каналов выполнены из материалов, слабопроницаемых для влаги. 2 ил.

Изобретение относится к системам утилизации низкопотенциального тепла и может быть использовано для утилизации низкопотенциального тепла тепловых электрических станций.

Известна система утилизации низкопотенциального тепла тепловой электрической станции (ТЭС), соединяющая конденсатор ТЭС с орошаемым участком земли.

Недостатком известного технического решения является его низкая эффективность в связи с безвозвратными потерями воды из системы технического водоснабжения.

Известна система утилизации низкопотенциального тепла, состоящая из системы металлических труб (тепловыделяющих каналов), заглубленных в почву и подключенных к конденсатору ТЭС.

Недостатком известного технического решения является его низкая эффективность в связи с малой эффективностью теплопередачи из-за невозможности регулирования теплового потока и за счет образования сухого подслоя почвы на внешних стенках труб, быстрая изнашиваемость, высокие эксплуатационные затраты.

Целью предлагаемого технического решения является повышение эффективности утилизации низкопотенциального тепла.

Поставленная цель изобретения достигается тем, что регулируется тепловой поток путем частичной его аккумуляции и организации восходящего теплового потока, образованного фазовым переходом жидкости.

Предлагаемое техническое решение отличается от известного тем, что тепловыделяющие каналы имеют форму треугольного сечения, снабжены твердодисперсным материалом, модуль дисперсности которого выбран из условия d_max/d_min ≅ 1,8, а стенки указанных каналов выполнены из материала, слабопроницаемого для воды.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "Новизна".

Сравнение предлагаемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволили выявить в них признаки, отличающие это техническое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию изобретения "Изобретательский уровень".

Предлагаемое техническое решение не требует высоких капитальных затрат и специальных материалов, легко применимо на любой ТЭС. Таким образом, оно соответствует критерию "Промышленная применимость".

Вышеуказанные существенные признаки являются необходимыми и достаточными для достижения заявляемой цели изобретения в связи с тем, что для расчета общего коэффициента теплопередачи от тепловыделяющего канала к почвенному слою в области значений Re_э 30 8˙10⁴ и Pr 0,6 3600 применяется следующая формула: Nu_э 0,395 Re_э^0,64 Pr^1/3, (1) где Nu_э 4k ε/ (λ_в ˙ а) эквивалентный критерий Нуссельта, Re_э 4V/(а ˙ λ_в) эквивалентный критерий Рейнольдса, Prρ˙ν_в˙ c_p/λ_в критерий Прандтля, k общий коэффициент теплопередачи, ε пористость, λ_в коэффициент теплопроводности для воды, а а_о (1 ε) b(1 ε)/(ф˙d_ср) удельная поверхность макрозерен,
ф коэффициент формы, равный 0,62,
d_ср средний размер макрозерен,
V скорость фильтрации воды по каналу,
ν_в кинематическая вязкость воды,
с теплоемкость воды.

Проведенные исследования на модельной установке позволили выявить, что оптимальные значения общего коэффициента теплопередачи от теплового потока к почвенному слою наблюдаются при значениях
d_max/d_min ≅ 1,8, причем получаемый эффект теплопередачи при указанном значении пористости усиливается фазовым переходом, обусловленным частичным испарением воды из потока. Указанный процесс приводит к образованию восходящего теплого потока пара через материал канала, слабопроницаемый для воды, который обогревает и насыщает влагой прилегающий почвенный слой, причем вследствие фазового перехода происходит уменьшение температуры потока охлаждающей воды. Размещение твердодисперсного материала в канале приводит к дополнительному эффекту регулирования теплового потока, основанного на аккумулировании тепла. Это позволяет не только увеличить степень охлаждения воды, но и более плавно регулировать температуру восходящего теплового потока пара в период резких изменений температуры охлаждающей воды (например, вследствие изменения нагрузки блока ТЭС).

Вышеуказанное значение d_max/d_min ≅ 1,8 является необходимым условием организации эффективной теплопередачи. Так, например, при значениях 1,5 и 20 пористость будет соответственно равна 0,3-0,4 и 0,25-0,32. (См. представленные выше расчетные формулы). Учитывая, что коэффициент проницаемости k f(m³) и шероховатость l f(m), то величина скорости фильтрации воды превышает интервал 0,02-0,2 м/с. При значении скорости фильтрации воды вне этого интервала наблюдается уменьшение коэффициента теплопередачи и резкое уменьшение восходящего потока теплого пара.

Таким образом, указанный эффект наблюдается только при приведенном значении отношения диаметров.

Выполнение тепловыделяющих элементов треугольной формы сечения позволяет повысить эффективность утилизации тепла, регулируя теплоотдачу путем изменения уровня воды в зависимости от нагрузки блока ТЭС.

На фиг.1 представлена принципиальная схема системы утилизации низкопотенциального тепла тепловой электрической станции; на фиг.2 поперечное сечение тепловыделяющего элемента.

Напорный 1 и сбросной 2 каналы соединены параллельными тепловыделяющими каналами 3 треугольной формы, заполненными твердодисперсным материалом (например, дробленой горной породой) и расположенными под плодородным слоем 4. Боковые стенки тепловыделяющих каналов 3 снабжены гидроизоляцией 5, а верхняя часть 6 выполнена из материала, слабопроницаемого для воды.

Система утилизации низкопотенциального тепла работает следующим образом. В напорный канал 1 подается сбросная вода, охлаждающая конденсаторы турбин. Часть потока направляется в сбросной канал 2 через тепловыделяющие каналы 3. На этом участке за счет размещения твердодисперсного материала с модулем дисперсности d_max/d_min ≅ 1,8 скорость потока уменьшается до величины 0,02-0,2 м/с. При указанной скорости начинается интенсивное образование потока пара, который проникает через верхнюю часть 6, насыщая влагой и подогревая плодородный слой 4. Часть теплового потока излучается через стенки (гидроизоляцию) 5, а часть аккумулируется твердодисперсным материалом. Аккумуляция тепла и выбранная форма каналов позволяют регулировать тепловой поток, поддерживая температуру восходящего потока пара в определенном интервале температур при изменении температуры сбросной воды, а также выбирая оптимальный режим изменения уровня воды в канале и как следствие изменяя тепловой поток.

Таким образом, применение указанной системы позволяет повысить эффективность утилизации низкопотенциального тепла ТЭС.

Формула изобретения

СИСТЕМА УТИЛИЗАЦИИ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОГО ТЕПЛА ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ, состоящая из системы тепловыделяющих каналов, подключенных к источнику низкопотенциального тепла, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности утилизации низкопотенциального тепла, тепловыделяющие каналы имеют в сечении треугольную форму и заполнены твердодисперсным материалом, модуль дисперсности которого выбирается из условия
d_max / d_min < 1,8,
где d_max максимальный диаметр твердодисперсного материала;
d_min минимальный диаметр твердодисперсного материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2