Способ работы теплоэлектрической станции с регенеративным циклом ренкина

Авторы патента:

F01K17/02 - для целей отопления, например промышленного или жилищного (F01K 17/06 имеет преимущество; системы отопления для жилых и других зданий, например системы центрального отопления вообще F24D 1/00, F24D 3/00,F24D 9/00)

Владельцы патента RU 2636953:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") (RU)

Изобретение относится к энергетике. Способ работы теплоэлектрической станции с регенеративным циклом Ренкина может быть использован на атомных электрических станциях (АЭС) и тепловых электрических станциях (ТЭС). В способе работы теплоэлектрической станции с регенеративным циклом Ренкина, по которому вырабатываемый в котле пар направляют в пароперегреватель, турбину, конденсируют в конденсаторе и деаэрируют, корпус цилиндра турбины снабжают протоками и используют их для регенеративного подогрева конденсата, при этом по протокам прокачивают конденсат в направлении против тока пара в турбине. Изобретение позволяет процесс расширения пара вести по политропе, эквидистантной кривой регенерации тепла, что, в свою очередь, позволяет получить наиболее выгодный по КПД регенеративный цикл Карно. Реализация способа позволяет выполнить теплоэлектрическую станцию с регенеративным циклом Ренкина более интегрированной (компактной), менее металлоемкой и, следовательно, более надежной и менее затратной при сооружении. Кроме того, способ работы теплоэлектрической станции с регенеративным циклом Ренкина дополнительно выполняют по крайней мере с одним промежуточным (вторичным) перегревом пара. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Предлагаемый способ работы теплоэлектрической станции с регенеративным циклом Ренкина относится к области электроэнергетики и может быть использован на атомных электрических станциях (АЭС) и тепловых электрических станциях (ТЭС).

Известен способ-аналог работы теплоэлектрической станции с регенеративным циклом Ренкина (А.А. Александров. Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок. М.: Издательство МЭИ. 2004, в разделе 7.6. "Регенеративный цикл паротурбинной установки"), в котором пар полностью (т.е. без отборов) после адиабатного расширения в первом цилиндре турбины направляют в первый регенеративный теплообменник, где он отдает теплоту конденсату, затем весь пар подают в следующий (второй) цилиндр турбины, где он расширяется адиабатно и снова подают в следующий (второй) регенеративный теплообменник, где он снова отдает теплоту конденсату, затем весь пар подают в третий цилиндр турбины, и так далее. Так повторяют до тех пор, пока не будет достигнуто давление, равное давлению в конденсаторе.

С увеличением числа цилиндров турбины и числа регенеративных теплообменников ступенчатая линия адиабатного расширения пара в цилиндрах турбины будет приближаться к политропной линии, эквидистантной линии регенеративного нагрева конденсата на диаграмме регенеративного цикла в координатах Ts (температура-энтропия), а в целом цикл будет приближаться к обобщенному термодинамическому циклу Карно.

Недостатком способа является многократная транспортировка всего пара из турбины в регенеративные теплообменники и назад, что вызывает большие конструктивные и эксплуатационные трудности при больших капитальных вложениях, и поэтому способ-аналог на практике нигде не применяется.

Известен прототип - способ работы тепловой электрической станции, по которому вырабатываемый в котле пар направляют в турбину, конденсируют в конденсаторе, паром регенеративных отборов нагревают в регенеративных подогревателях основной конденсат и деаэрируют в деаэраторе (Патент РФ №2502877, опубл. 27.12.2013).

Способ-прототип работы тепловой электрической станции, по сути, реализует основные операции известного регенеративного цикла Ренкина, по которому строятся современные АЭС и ТЭС.

Регенеративный цикл в способе-прототипе осуществляется путем последовательного отвода из турбины частей пара для регенеративного подогрева питательной воды. При таком способе состояние оставшегося основного потока пара в турбине остается таким же, как в цикле без регенерации.

Недостатком способа-прототипа является то, что, по сути, он является паллиативным решением (т.е. не через обобщенный термодинамический цикл Карно), поэтому его реализация содержит сложную систему отборов пара от цилиндров турбины, паропроводов, регенеративных подогревателей низкого и высокого давления, что снижает надежность теплоэлектрической станции в целом.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в том, чтобы процесс расширения пара вести по политропе, эквидистантной кривой регенерации тепла, что, в свою очередь, позволит реально получить наивыгоднейший по КПД термодинамический цикл Карно.

Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, заключается в том, что реализация предлагаемого способа позволяет выполнить теплоэлектрическую станцию с регенеративным циклом Ренкина более интегрированной (компактной), менее металлоемкой и, следовательно, более надежной и менее затратной при сооружении.

Для достижения этого результата в способе работы теплоэлектрической станции с регенеративным циклом Ренкина, по которому вырабатываемый в котле пар направляют в пароперегреватель, турбину по крайней мере с одним цилиндром, конденсируют в конденсаторе и деаэрируют, корпус цилиндра турбины снабжают протоками и используют их для регенеративного подогрева конденсата, при этом по протокам прокачивают конденсат в направлении против тока пара в турбине.

Кроме того, в способе работы теплоэлектрической станции с регенеративным циклом Ренкина цикл дополнительно выполняют по крайней мере с одним промежуточным (вторичным) перегревом пара.

На Фиг. 1 представлена принципиальная тепловая схема блока мощностью N=300 МВт с трехцилиндровой турбиной К-300-240 при реализации предлагаемого способа работы теплоэлектрической станции с регенеративным циклом Ренкина.

На Фиг. 2 представлена соответствующая схеме Фиг. 1 диаграмма регенеративного цикла в координатах Ts.

Рассмотрим реализацию предлагаемого способа работы теплоэлектрической станции с регенеративным циклом Ренкина на примере реальной принципиальной тепловой схемы блока мощностью N=300 МВт с трехцилиндровой турбиной К-300-240 согласно Фиг. 1. Одновременно для каждого элемента схемы Фиг. 1 в скобках будет указываться соответствующий участок диаграммы регенеративного цикла в координатах Ts по Фиг. 2.

В паровом котле 1 (участок диаграммы 1-2) вырабатывают пар, который весь дополнительно нагревают в пароперегреватель 2 (участок диаграммы 2-3) и подают в цилиндр высокого давления (ЦВД) 3 турбины (участок диаграммы 3-4), после которого подают в промежуточный (вторичный) пароперегревателе 4 (участок диаграммы 4-5) и далее подают в цилиндр среднего давления (ЦСД) 5 (участок диаграммы 5-6-7). Здесь следует отметить, что на Фиг. 2 участок расширения пара в ЦСД 5 имеет излом, при этом подучасток 5-6 соответствует отсутствию протоков на части длины корпуса ЦСД 5 турбины, а подучасток 6-7 соответствует наличию протоков на части длины корпуса ЦСД 5 турбины. Длина подучастка 6-7 диаграммы, и, следовательно, соответствующей ей длина протока, определяется достижением температуры конденсата на входе в котел - в нашем примере по диаграмме 276°С (в точке 6). Далее пар подают в цилиндр низкого давления (ЦНД) 6 турбины (участок диаграммы 7-8), вращающей генератор 7, статорные обмотки которого соединены с энергосистемой. После ЦНД 6 турбины весь пар конденсируют в конденсаторе 8 (участок диаграммы 8-9), конденсат которого конденсатным насосом 9 подают в деаэратор 10. Далее питательным насосом 11 для плавного (т.е. без ступенчатого) регенеративного подогрева конденсат прокачивают последовательно по протокам 12 (участок диаграммы 7-8 с отбором тепла от пара ЦНД 6 и с подогревом конденсата - в точке 7 на диаграмме - до 210°С) и протокам 13 (подучасток диаграммы 6-7 с отбором тепла от пара ЦСД 5 с дальнейшим подогревом конденсата до температуры на входе в котел - в точке 6 на диаграмме, как указывалось, до 276°С) в направлении против тока пара в цилиндрах турбины. При этом используют протоки 12 и 13 в качестве поверхностных регенеративных подогревателей (участок диаграммы 9-1 с подогревом конденсата от 29°С до 276°С). После протоков 13 конденсат подают в паровой котел 1 (в исходную точку 1 диаграммы Фиг. 2). Очевидно, что для достижения температуры конденсата на входе в котел - в нашем примере по диаграмме 276°С - потребовались протоки 12 по всей длине корпуса ЦНД 6, а протоки 13 - только по части длины корпуса ЦСД 5.

Предполагается, что экономайзер является элементом котла 1, поэтому он отдельно на Фиг. 1 не показан. Циркуляционным насосом 14 прокачивают охлаждающую воду конденсатора 8. На Фиг. 2 через "X" обозначена "сухость" пара в [о.е].

Таким образом, предлагаемый способ работы теплоэлектрической станции с регенеративным циклом Ренкина позволяет протоки в корпусах цилиндров турбины использовать в качестве поверхностных регенеративных подогревателей конденсата, прокачивая по ним конденсат в направлении против тока пара в цилиндрах турбины, что, в свою очередь, позволяет выполнить теплоэлектрическую станцию более интегрированной (компактной), менее металлоемкой и, следовательно, более надежной и менее затратной при сооружении. Одновременно, как следует из диаграммы Фиг. 2 регенеративного цикла в координатах Ts, при предлагаемом способе процесс расширения пара ведут по политропе, эквидистантной кривой регенерации тепла, что позволяет получить наивыгоднейший по КПД регенеративный цикл Карно, т.е. работа теплоэлектрической станции становится максимально экономичной.

1. Способ работы теплоэлектрической станции с регенеративным циклом Ренкина, по которому вырабатываемый в котле пар направляют в пароперегреватель, турбину по крайней мере с одним цилиндром, конденсируют в конденсаторе и деаэрируют, отличающийся тем, что корпус цилиндра турбины снабжают протоками и используют их для регенеративного подогрева конденсата, при этом по протокам прокачивают конденсат в направлении против тока пара в турбине.

2. Способ работы теплоэлектрической станции с регенеративным циклом Ренкина по п. 1, отличающийся тем, что цикл Ренкина дополнительно выполняют по крайней мере с одним промежуточным (вторичным) перегревом пара.

Изобретение относится к области энергетики и может быть применено для обеспечения экономичности и автономности систем энергоснабжения. Комбинированная тепло- и электрогенерирующая установка состоит из водогрейного котла районной тепловой сети (РТС), подключенного к контуру сетевой воды, включающему тракт первичной горячей сетевой воды, связанный с тепловыми потребителями, и тракт обратной сетевой воды, связанный с насосом сетевой воды, и энергоустановки на низкокипящем рабочем теле (НКРТ).

Тепловая электрическая станция // 2627486

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях. Система оборотного водоснабжения градирни, включающая градирню, водоприемный колодец, самотечный водовод, циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины и сливной напорный трубопровод к градирне, состоящей из вытяжной башни и водосборного бассейна.

Тепловая электростанция // 2625081

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях. Тепловая электрическая станция содержит конденсатор паровой турбины, декарбонизатор с воздуховодом, систему оборотного водоснабжения.

Конденсационная паротурбинная электростанция кочетова // 2623005

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к тепловым электростанциям промышленных предприятий, где применяются башенные или вентиляторные градирни. Конденсационная паротурбинная электростанция, содержащая котельную установку, паротурбинную установку и электрические устройства, обеспечивающие выработку электроэнергии потребителю.

Теплофикационная турбоустановка // 2621437

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Теплофикационная турбоустановка содержит теплофикационную турбину с отборами пара, подключенными к регенеративным и сетевым подогревателям, конденсатор, охладитель пара уплотнений турбины, трубопровод основного конденсата турбины с включенными в него охладителем основных эжекторов и регенеративными подогревателями низкого давления, деаэратор добавочной питательной воды с подключенными к нему трубопроводами исходной воды, греющего агента, деаэрированной добавочной питательной воды.

Тепловая электрическая станция // 2607437

Изобретение относится к области теплоэнергетики и предназначено для использования на тепловых электростанциях. Тепловая электрическая станция содержит парогазовую установку с газовой турбиной, компрессором газотурбинной установки, камерой сгорания, котлом-утилизатором, паровой турбиной с конденсатором, к которому подключены трубопроводы охлажденной и нагретой циркуляционной воды.

Теплофикационная турбоустановка // 2605683

Изобретение относится к области теплоэнергетики. В теплофикационной турбоустановке, содержащей теплофикационную турбину с отборами пара, подключенными к регенеративным и сетевым подогревателям, конденсатор с подключенным к нему основным эжектором, трубопровод основного конденсата турбины с включенными в него регенеративными подогревателями низкого давления, охладитель пара уплотнений турбины, деаэратор подпиточной воды тепловой сети с подключенными к нему трубопроводами исходной воды, греющего агента, деаэрированной подпиточной воды тепловой сети, трубопровод отработавшего пара основного эжектора подключен к патрубку греющего агента деаэратора подпиточной воды тепловой сети, а охладитель пара уплотнений турбины по охлаждающей среде включен в трубопровод исходной воды перед деаэратором подпиточной воды тепловой сети.

Способ работы теплоэлектроцентрали с открытой теплофикационной системой и устройство для его осуществления // 2600655

Изобретение относится к теплоэнергетике. В способе работы теплоцентрали (ТЭЦ) с открытой теплофикационной системой с турбоагрегатами типа Р и ПТ и приключенной теплофикационной паровой турбиной, подключенной к промышленному паропроводу ТЭЦ и снабженной конденсатором с двумя поверхностями нагрева, в первой поверхности нагрева подогревают смешанные потоки холодной и подогретой в ней рециркулируемой сырой воды, для конденсации этих потоков на первой поверхности используют 70-75% от номинального расхода пара в конденсатор этой турбины, вторую поверхность нагрева конденсатора используют для конденсации 30-25% пара с пропуском через нее циркуляционной воды; кратность рециркуляции сырой воды, дополнительно подогреваемой в первой поверхности нагрева, регулируют с учетом расхода и температуры холодной сырой воды и ее температуры перед умягчением, паром из теплофикационного отбора приключенной турбины производят дополнительный подогрев сырой воды перед ее умягчением, а также подогрев декарбонизированной подпиточной воды.

Способ двухступенчатого подогрева сетевой воды // 2592008

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для повышения экономичности теплофикационных турбин с двухступенчатым подогревом сетевой воды на режимах с повышенной по отношению к номинальной температурой прямой сетевой воды.

Способ контроля герметичности вакуумных систем турбоустановок // 2580850

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Способ контроля герметичности вакуумных систем турбоустановок, по которому по местам истечения пара избыточного давления визуально определяют неплотности вакуумной системы, опрессовку паром цилиндра среднего давления теплофикационной турбоустановки и подключенных к этому цилиндру сетевых подогревателей и регенеративных подогревателей низкого давления производят паром избыточного давления, который подают в цилиндр среднего давления, например, через паропровод отопительного отбора, при включенном валоповоротном устройстве турбоустановки, при полностью закрытой поворотной регулирующей диафрагме, при закрытой запорной арматуре на паропроводах отборов к деаэратору питательной воды и подогревателям высокого давления и при открытой запорной арматуре на паропроводах отборов к сетевым подогревателям и регенеративным подогревателям низкого давления.

Способ разнесения топливных затрат на тэц // 2647241

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для разнесения топливных затрат между видами производимой энергии на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) и в энергообъединениях для оптимизации режимов их работы в целях экономии топлива и улучшения экологической обстановки в стране в целом. Предлагаемый способ позволяет увеличить экономию топлива за счет оптимизации режимов работы ТЭЦ как комбинированного источника по производству электрической и тепловой энергии, максимизировать прибыль производителя и минимизировать себестоимость производства электрической и тепловой энергии. Это достигается тем, что в известном способе распределения топливных затрат на ТЭЦ, при котором для заданного состава работающего оборудования (котлов и турбин) распределяют расход материального энергоресурса (расход топлива, пара) между производством электрической и тепловой энергий по критерию максимизации прибыли за счет регулирования отбора пара с турбин с помощью регулирующего клапана части высокого давления турбинного отделения, определяют энергетические характеристики станции на основе принципа равенства относительных приростов расхода топлива, а также строят на их основе характеристику предельных издержек станции по каждому сезону года и предельных доходов станции на основе кривых спроса по сезонам года, определяют объем оптимальной электрической мощности станции, при этом в начале осуществляют оптимальное распределение электрической энергии тепловых электростанций с учетом ограничений по вынужденному теплофикационному режиму по критерию максимизации прибыли, затем распределяют тепловую энергию между агрегатами станции по методу для оптимизации режимов работы станции по электрической энергии, а далее осуществляют разнесение топливных затрат (топлива, пара) между видами производимой энергии (электрической и тепловой) путем регулирования значений отборов пара с турбин с помощью регулирующего клапана части высокого давления турбинного отделения по критерию максимума прибыли и в результате находят оптимальный режим работы станций для комбинированного способа производства электрической и тепловой энергии, на заключительном этапе производят корректировку распределения нагрузки на станции на основе сравнения результатов наивыгоднейшего распределения электроэнергии между агрегатами станции по сезонам года и результатов управления функционированием станции как источника комбинированного производства и распределяют расход топлива между выработкой электрической и тепловой энергий на станции по разработанной модели оптимального распределения электроэнергии между ее агрегатами по критерию максимизации прибыли. 5 ил.