Тепловая электростанция
Изобретение относится к теплоэнергетике. Тепловая электростанция, содержащая трубчатый котел, пароперегреватель, турбину с генератором, два вентилятора, два насоса, два фильтра, три компрессора, два сосуда Дьюара, конденсатор, два испарителя, два транспортера, в качестве энергоносителя в которой применен атмосферный воздух, а в качестве рабочего тела и хладагента применена криогенная жидкость, котел и пароперегреватель снабжены системой нагрева рабочего тела, выполненной в виде воздуховодов и вентиляторов, а напорная линия рабочего тела за питательным насосом проходит через теплообменник, на входе энергоносителя (атмосферного воздуха) в пароперегреватель и котел установлено устройство для осушки воздуха, включает установку утилизации холода, теплообменник, который служит для отделения азота из воздуха, два насоса, подающие рабочее тело и хладагент в соответствующие испарители и вакуум-насос, поддерживающий вакуум в трубопроводах и сосудах Дьюара, а котел и пароперегреватель соединены между собой герметично. Изобретение позволяет утилизировать холод и повысить эффективность выработки электроэнергии. 1 ил.
Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к технологии выработки электроэнергии по схеме котел - турбина - генератор энергии, и может быть широко использовано для производства электроэнергии без образования вредных отходов.
Известны способы получения электроэнергии на тепловых электростанциях, где в качестве рабочего тела в турбине используется водяной пар. Перед подачей пара в турбину его необходимо получить, используя уголь, природный газ или нефтепродукты природного происхождения.
Известны также способы выработки электроэнергии на гидроэлектростанциях, ветровых энергетических установках, приливных гидроэлектростанциях, солнечных теплоэлектрогенераторах, атомных электростанциях и другие.
Тепловые, атомные и гидроэлектростанции приносят людям много вреда. Тепловые выбрасывают в атмосферу много пыли и вредных газов. Гидроэлектростанции нарушают водный режим рек, подтопляют леса и земельные угодья, вредно влияют на флору и фауну. Атомные выделяют радиоактивные отходы, захоронение которых представляет неразрешимую проблему. Электростанции морских приливов, ветровые и работающие на солнечной энергии - экологически чистые, но из-за малой мощности не могут решить глобальную проблему энергетики.
Ближайшим аналогом заявляемого изобретения (прототипом) является тепловая электростанция по патенту России №2202044, содержащая трубчатый котел 1 (чертеж), вентилятор 2, пароперегреватель 3, транспортеры 4, вентилятор 5, турбину с генератором 6, конденсатор 7, сосуд Дьюара для рабочего тела 8 с испарителем 18, питательный насос 9, теплообменник 10, компрессор 11, сосуд Дьюара для хладагента 12 с испарителем 13, компрессор 14, насос 15, фильтр 16, вентиль 17, компрессор 19 и устройство для осушки воздуха 20 с трубопроводами, выполненными в виде сосудов Дьюара и запорно-регулирующей арматурой.
Недостатком этой электростанции являются большие выбросы холодного газа в атмосферу. Это обстоятельство вызовет постоянное выпадение атмосферных осадков как вблизи электростанции, так и на значительном расстоянии от нее.
Второй недостаток заключается в том, что имеется очень малая разница между начальной (минус 212°С) и конечной (минус 192°С) температурами хладагента, которая затрудняет работу электростанции.
Третьим недостатком является отсутствие контроля вакуума в сосудах и трубопроводах Дьюара и поддержание их в рабочем состоянии.
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы исключить выброс холодного газа в атмосферу, увеличить разницу температур хладагента на входе в конденсатор и выходе из него и осуществить поддержание вакуума в сосудах и трубопроводах Дьюара.
Новый технический результат достигается тем, что в тепловой электростанции, содержащей трубчатый котел (чертеж), пароперегреватель, турбину с генератором, два вентилятора, два насоса, два фильтра, три компрессора, два сосуда Дьюара, конденсатор, два испарителя, два транспортера, в качестве энергоносителя в которой применен атмосферный воздух, а в качестве рабочего тела и хладагента - криогенная жидкость, котел и пароперегреватель снабжены системой нагрева рабочего тела, выполненной в виде воздуховодов и вентиляторов, а напорная линия рабочего тела за питательным насосом проходит через теплообменник, на входе воздуха в котел и пароперегреватель установлено устройство для осушки воздуха, котел и пароперегреватель соединены между собой герметично, а энергоноситель (холодный воздух) из котла и хладагент (холодный воздух) из конденсатора поступает в установку утилизации холода.
Новый технический результат достигается также и тем, что отработанный хладагент периодически поступает в котел.
Далее новый технический результат достигается тем, что для отделения рабочего тела (азота) из воздуха установлены теплообменник и два насоса, которые подают рабочее тело и хладагент в испарители сосудов Дьюара.
Новый технический результат достигается еще и тем, что к сосуду Дьюара для хладагента подключен вакуум-насос, который поддерживает вакуум в трубопроводах и сосудах Дьюара.
Предлагаемая тепловая электростанция состоит из трубчатого котла 1 (чертеж), вентилятора 2, пароперегревателя 3, транспортера 4, турбины с генератором 6, конденсатора 7, сосуда Дьюара для рабочего тела 8 с испарителем 18, четырех насосов 9, 15, 23, 25, двух теплообменников 10 и 24, трех компрессоров 11, 14, 19, сосуда Дьюара для хладагента 12 с испарителем 13, двух фильтров 16, вентиля 17, устройства для осушки воздуха 20, установки для утилизации холода 21 и вакуум-насоса 22.
Предлагаемая электростанция работает следующим образом:
сосуд Дьюара 8 заполняется криогенной жидкостью, например жидким азотом, которая будет использоваться в качестве рабочего тела. Сосуд Дьюара 12 заполняется криогенной жидкостью, например жидким воздухом, которая будет использоваться в качестве хладагента. После заполнения сосудов Дьюара рабочее тело и хладагент охлаждаются до нужных температур. Рабочее тело охлаждается, например, до минус 209°С, а хладагент - до температуры, к примеру, минус 212°С. Указанные температуры на один градус выше температуры затвердевания азота и воздуха соответственно. Для различных климатических районов, а также в зависимости от времени года температура рабочего тела и хладагента будут меняться.
Охлаждение рабочего тела и хладагента осуществляется с помощью компрессоров 19 и 14. Компрессоры создают вакуум в испарителях 18 и 13, рабочее тело и хладагент кипят за счет внутренней энергии, охлаждаясь до заданной температуры. Полученный в результате кипения пар (газ азот) поступает в теплообменник 24. Температура пара (газообразного азота) будет находиться в пределах минус 203-205°С. С помощью насоса 9 рабочее тело с температурой минус 209°С подается в котел через трубное пространство теплообменников 24 и 10, находящийся в межтрубном пространстве теплообменника 24 газ отдает теплоту парообразования рабочему телу, конденсируется и с помощью насоса 23 подается в испарители 13 и 18, а рабочее тело заполняет котел до уровня, контролируемого электронным индикатором уровня (не показан).
Включается в работу вентилятор 2, который продувает внутреннее пространство пароперегревателя 3 и котла 1 атмосферным воздухом. Рабочее тело в котле нагревается, испаряется и пар (газообразный азот) поступает в пароперегреватель. В пароперегревателе рабочее тело нагревается до температуры, близкой к температуре окружающего воздуха, и, достигнув давления, к примеру, 30 МПа поступает на турбину 6. вращает ее и охлаждается. Из турбины рабочее тело поступает в конденсатор 7, куда с противотоком с помощью насоса 15 подается хладагент. Рабочее тело конденсируется и поступает в испаритель 18. Хладагент в конденсаторе нагревается до температуры минус 90-110°С и поступает в котел или в установку утилизации холода. Некоторые коррективы в работу электростанции вносят смена времени суток, а также времен года. Поток холодного рабочего тела остается неизменным, а количество энергоносителя будет меняться в зависимости от температуры окружающей среды. В летний жаркий день количество энергоносителя сокращается, поэтому есть опасение, что в теплообменнике 10 образуется недостаточное количество хладагента. Чтобы увеличить выход хладагента, необходимо подать в котел из конденсатора газообразный хладагент при температуре минус 90-110°С. В котле газообразный хладагент смешивается с энергоносителем из пароперегревателя, охлаждается до минус 190°С и с помощью вентилятора 2 подается в установку утилизации холода 21. Для пополнения хладагента в сосуде Дьюара 12 часть холодного воздуха отбирается компрессором 11 из газохода после вентилятора 2 и направляется в теплообменник 10, где в противотоке с охлажденным до минус 209°С рабочим телом охлаждается, конденсируется и с помощью насоса 25 направляется только в испаритель 13. После охлаждения в испарителе 13 до температуры минус 212°С поступает в сосуд Дьюара 12. В самый холодный зимний день количество энергоносителя увеличивается, поэтому нет необходимости направлять хладагент из конденсатора в котел.
Становится очевидным, что рабочее тело и хладагент находятся в оборотном состоянии и осуществляют надежную работу электростанции.
Слив хладагента периодически осуществляется через вентиль 17. В процессе работы электростанции устройство для осушки воздуха не сможет полностью удалить влагу из воздуха, поэтому на конструкциях пароперегревателя возможно образование льда. Лед с конструкций пароперегревателя удаляется с помощью ультразвука, попадает на транспортер 4 и удаляется в отвал.
Вакуум в системе сосудов и трубопроводов Дьюара поддерживается вакуум-насосом 22.
Главным преимуществом предлагаемой электростанции является утилизация холода. Значимое преимущество составляет герметичное соединение между собой котла и пароперегревателя. Это преимущество выражается в том, что расширяет температурные возможности хладагента на порядок, т.е. хладагент с температуры минус 212°С может нагреваться до температуры минус 90-100°С.
Электростанция снабжена контрольно-измерительными приборами и может работать в автоматическом режиме.
Тепловая электростанция, содержащая трубчатый котел, пароперегреватель, турбину с генератором, два вентилятора, два насоса, два фильтра, три компрессора, два сосуда Дьюара, конденсатор, два испарителя, два транспортера, в качестве энергоносителя в которой применен атмосферный воздух, а в качестве рабочего тела и хладагента применена криогенная жидкость, котел и пароперегреватель снабжены системой нагрева рабочего тела, выполненной в виде воздуховодов и вентиляторов, а напорная линия рабочего тела за питательным насосом проходит через теплообменник, на входе энергоносителя (атмосферного воздуха) в пароперегреватель и котел установлено устройство для осушки воздуха, отличающаяся тем, что включает установку утилизации холода, теплообменник, который служит для отделения азота из воздуха, два насоса, подающие рабочее тело и хладагент в соответствующие испарители и вакуум-насос, поддерживающий вакуум в трубопроводах и сосудах Дьюара, а котел и пароперегреватель соединены между собой герметично.
