Енергетична установка з бінарним циклом перетворення енергії і спосіб її роботи

1. Енергетична установка з бінарним циклом перетворення енергії, яка складається з високотемпературного циклу, що містить парогенератор, з'єднаний з паровою турбіною, викид з якого виведений на конденсатор-випарник, і насос для відкачування конденсату водяної пари, а також - з низькотемпературного циклу, що містить турбіну, до викиду якої підключений конденсатор, який через насос живлення під'єднаний до конденсатора випарника, яка відрізняється тим, що у високотемпературному циклі установки використана парова турбіна з протитиском відпрацьованої водяної пари. 2. Спосіб роботи енергетичної установки з бінарним циклом перетворення енергії, який полягає у випаровуванні теплоносіїв з високою та низькою температурами кипіння, перегріві пари теплоносія з низькою температурою кипіння, подачі обох теплоносіїв в турбіни відповідних циклів і наступній їх конденсації, причому конденсацію теплоносія з високою температурою кипіння здійснюють нагрівом теплоносія з низькою температурою кипіння, який відрізняється тим, що температуру пари теплоносія з низькою температурою кипіння у низькотемпературному циклі встановлюють в температурному інтервалі від 150 до 350°С, в залежності від її фізичних і термодинамічних властивостей, причому у зв'язку з цією вимогою оптимальне значення протитиску пари за турбіною вибирають у відповідності з максимальним значенням к.к.д., який визначають розрахунковим методом з врахуванням тиску і температури водяної пари перед турбіною та різних значень протитиску пари за турбіною. Винахід відноситься до галузі теплоенергетики і може бути використаний для перетворення енергії в електрогенеруючих енергетичних установках з бінарним циклом. Відома конструкція енергетичної установки з бінарним циклом перетворення енергії (1) при використанні теплоносія з низькою температурою кипіння, в якій гріючим середовищем для його випаровування є потік відпрацьованої водяної пари з низькими параметрами (тиском і температурою), який спрямовується у конденсатор турбіни, що працює на водяній парі у високотемпературній частині циклу перетворення енергії. Суттєвим недоліком такої установки є те, що водяна пара спрямована до конденсатора турбіни має незначну цінність теплоти. Як відомо, цінність теплоти для перетворення її в механічну (електри чну) енергію за допомогою установки будь-якого типу є тим вищою, чим вища початкова температура потоку теплоносія. Незалежно від виду та фізичної природи теплоносія, який використовується, і у відповідності до другого закону термодинаміки цінність теплоти описується рівнянням: t=1-Ta/Ti де: t - термічний к.к.д. перетворення теплової енергії в інші її види; Ті, Тг - абсолютні значення температури потоку теплоносія на вході і виході енергетичної установки. Так, наприклад, при значеннях температури пари після турбіни Т1=353°С і температури конденсації Т2=313°С термічний к.к.д. турбіни низькотемпературної частини циклу складатиме величи CM О со" о> 41747 ти можливість оптимізацп режимів її роботи, що в ну свою чергу підвищить к к д F 1 -313/353=0,113, Поставлене завдання вирішується тим, що в тобто лише дуже незначна частина теплоти, енергетичній установці з бінарним циклом перещо поступає в агрегат, може бути перетворена в творення енергії, яка складається з високотемпемеханічну роботу Крім того, вказані розрахунки не ратурного циклу, що містить парогенератор, з'єдвраховують додаткових втрат у теплообміннику і наний з паровою турбіною, викид з якого механічних втрат в енергетичній установці виведений на конденсатор-випарювач, і насос для З метою збільшення величини к к д циклу завідкачування конденсату водяної пари, а також з стосовуються різні способи підвищення темперанизькотемпературного циклу, що містить турбіну, тури пари теплоносія з низькою температурою до викиду якої підключений конденсатор, який чекипіння на вході турбіни низькотемпературної часрез насос живлення під'єднаний до конденсатора тини циклу, що досягаються різноманітними заховипарювача, згідно з винаходом, у високотемперадами, але практично завжди за рахунок значного турному циклі установки використана парова турускладнення схеми енергетичної установки і спобіна з протитиском відпрацьованої водяної пари собів її роботи, а саме проміжні відбори турбіни (1), використання тепла нетрадиційних джерел Поставлене завдання вирішується ще й тим, енергії і т і (2) що в способі роботи енергетичної установки з бінарним циклом перетворення енергії, який полягає Прототипом вибрана установка (3), яка склау випаровуванні теплоносіїв з високою та низькою дається з високотемпературного і низькотемператемпературою кипіння, перегріву пари теплоносія з турного циклів низькою температурою кипіння, подачі обох тепВисокотемпературний цикл містить парогенелоносіїв в турбіни ВІДПОВІДНИХ циклів і наступною їх ратор, з'єднананий з паровою турбіною, викид паконденсацією, причому конденсацію теплоносія з ри якої виведений на конденсатори-випарювачі, а високою температурою кипіння здійснюють нагрітакож містить насос для відкачування конденсату вом теплоносія з низькою температурою кипіння, водяної пари Низькотемпературний цикл містить згідно з винаходом, температуру пари теплоносія з турбіну, до якої підключене через конденсатор і низькою температурою кипіння у низькотемпераживильний насос джерело вторинних енергоресутурному циклі, встановлюють в температурному рсів, а до відборів і викиду турбіни високотемпераінтервалі від 150 до 350°С, в залежності від й фітурного циклу підключені конденсаторизичних і термодинамічних властивостей, причому у випарювачі в яких випаровується теплоносій з зв'язку з цією вимогою оптимальне значення пронизькою температурою кипіння титиску пари за турбіною вибирають у ВІДПОВІДНОССпосіб роботи вище згаданої установки здійсТІ з максимальним значенням к к д , який визначанюють таким чином ють розрахунковим методом з врахуванням тиску і Водяну пару з парогенератора направляють в температури водяної пари перед турбіною та різпарову турбіну і далі в конденсатор-випарювач, них значень протитиску пари за турбіною конденсат з якого повертають в парогенератор Наприклад при однаковому тиску відпрацьоТеплоносій з низькою температурою кипіння випаваної водяної пари за турбіною у високотемпераровують, використовуючи джерела вторинних турному циклі і різних (стандартних) значеннях енергоресурсів Отриману пару перегрівають витиску і температури водяної пари на вході в турбікидом і відборами пари турбіни високотемператуну, термічний к к д турбіни, яка працює на парі рного циклу і пара направляється в турбіну, яка теплоносія з низькою температурою кипіння в нипрацює на парі теплоносія з низькою температузькотемператуному циклі, буде вищий при нижчорою кипіння Відпрацьована пара конденсується в му значенні параметрів водяної пари на вході в конденсаторі і насосом повертається до джерела турбіну високотемпературного циклу і коли вищий тепла від вторинних енергоресурсів протитиск за цією турбіною Проте і ця установка є складною за конструкНа фіг 1 показана принципова схема енергецією, тому що в склад її входить додаткова енертичної установки з бінарним циклом перетворення гетична установка по утилізації теплоти вторинних енергії, на фіг 2 - графік зміни коефіцієнта ЦІННОСТІ енергетичних ресурсів для збільшення температутеплоти в залежності від температури потоку тепри пари теплоносія з низькою температурою килоносія піння Використання в схемі енергетичної установЕнергетична установка з бінарним циклом пеки двох незалежних джерел теплоти (водяної пари ретворення енергії складається з парогенератора після парової турбіни і пари п викидів, а також те1 для виробництва водяної пари заданих тиску і плоти від утилізації вторинних енергетичних ретемператури, парової турбіни 2 з протитиском відсурсів і/або джерел енергії які відновлюються) ропрацьованої водяної пари, конденсаторабить практично не здійснимою оптимізацію випарювача 3 в якому проходить конденсація ворежимів роботи енергетичної установки з викорисдяної пари, а також випаровування і перегрів пари танням природного зберігання ПОСТІЙНОСТІ оптиматеплоносія з низькою температурою кипіння, насольного співвідношення параметрів взаємодіючих са 4 для подання конденсату водяної пари в паротеплових потоків, у всіх можливих експлуатаційних генератор в якості живильної води, турбіни 5, яка режимах роботи енергетичної установки, що не працює на парі теплоносія з низькою температузабезпечує максимально можливих значень к к д рою кипіння, конденсатора 6 для конденсації відв експлуатаційних режимах роботи установки працьованої пари теплоносія з низькою темпераВ основу винаходу поставлене завдання шлятурою кипіння, яка охолоджується водою або хом зміни конструкції енергетичної установки з повітрям і насоса 7 подання конденсату теплонобінарним циклом перетворення енергії, забезпечи сія з низькою температурою кипіння в конденсатор - випарювач Водяна пара з парогенератора 1 подається в парову турбіну 2 з протитиском відпрацьованої пари високотемпературної частини циклу установки В паровій турбіні 2 енергія пари частково спрацьовує для виробництва електричної енергії, а відпрацьований потік пари направляється в конденсатор-випарювач 3, в якому проходить конденсація потоку водяної пари і за рахунок теплоти, яка виділилася при її конденсації проходить випаровування теплоносія з низькою температурою кипіння і перегрів пари, яка отримується Конденсат водяної пари за допомогою насоса 4 повертається в конденсатор-випарювач Таким чином замикається високотемпературна частина циклу енергетичної установки Перегріта пара теплоносія з низькою температурою кип/ння з конденсатора-випарювача 3 поступає в турбіну 5, в якій енергія пари спрацьовується для виробітку електричної енергії в максимально повному обсязі Потік відпрацьованої пари теплоносія з низькою температурою кипіння направляється в конденсатор 6, в якому за рахунок охолодження водою або повітрям проходить його конденсація Остаточне тепло пари передається охолоджуючому теплоносію, а конденсат пари теплоносія з низькою температурою кипіння насосом 7 повертається в конденсатор-випарювач З Таким чином замикається низькотемпературна частина циклу енергетичної установки Запропонована енергетична установка забез 41747 печує оптимальний і достатньо високий рівень економічності (к к д ) низькотемпературної частини бінарного циклу за рахунок вибору потоку гріючої водяної пари з оптимальною величиною температури на вході в конденсатор-випарювач теплоносія з низькою температурою кипіння Ті приріст термічного к к д процесу в залежності від зростання температури Ті при постійному значенні температури Т 2 після енергетичної установки, що має місце в реальних енергетичних установках, носить нелінійний характер Оптимальні значення приросту к к д досягаються в інтервалі величин температури Ті від 423 до 623К (150-350°С), при якому величина термічного к к д є достатньо високою (25-43%), а рівень необхідних температур теплоносія близький до оптимального (Фіг 2) Крім цього енергетична установка забезпечує постійну величину КІЛЬКОСТІ теплоти, яка передається охолоджуючому середовищу, в даному випадку теплоносія з низькою температурою кипіння, незалежно від величини тиску в конденсаторівипарювачі КІЛЬКІСТЬ передано» теплоти складає 520-530ккал на 1 кг сконденсованої пари, що видно з даних табл 1, а надлишок теплоти, який не використовується паровою турбіною, забезпечує підвищення температури живильної води до парогенератора, що дозволяє економити частину палива для підготовки водяної пари заданих параметрів Це суттєво спрощує теплову схему турбіни, яка працює на водяній парі, за рахунок виключення з теплової схеми підігрівників високого тиску Таблиця 1 Параметри свіжої Параметри водяної пари з протити- Параметри конденсату пари з КІЛЬКІСТЬ тепла, яке водяної протитиском ском прередається пари ккал/кг І, ккал/кг І, ккал/кг Р,кгс/см2 t°C t, °С 650,80 133,0 133,5 517,30 3,0 133 152,11 520,64 182 672,74 152,1 5,0 Рпп=35кГС/СМ2 ТПП=435°С 179,04 .. 181,2 527,00 10,0 260 708,20 tnn=789,251 ккал/кг 200,7 530,30 15,0 731,00 197,36 310 20,0 211,38 215,9 533,60 350 749,50 Необхідно також врахувати, що в залежності від параметрів свіжої пари на вході в турбіну високотемпературного циклу при однаковому значенні тиску пари за турбіною, температура і тепловмют пари, що поступає в конденсатор-випарювач, де проходить її конденсація і нагрів за рахунок цього теплоносія з низькою температурою кипіння, буде суттєво відрізнятися 3 метою забезпечення параметрів пари теплоносія з низькою температурою кипіння у діапазоні температур 150-350°С з врахуванням вказаних обставин вибирають значення тиску водяної пари, що поступає в конденсаторвипарювач енергетичної установки в залежності від параметрів свіжої пари, що поступає в турбіну від парогенератора Це створює додаткові переваги запропонованої енергетичної установки через те, що оптимальні значення температури теплоносія з низькою температурою кипіння можуть бути досягнуті при використанні парової турбіни, яка працює на водяній парі з більш низькими параметрами свіжої водяної пари Ця обставина дає можливість здешевіти виготовлення установки за рахунок використання більш дешевших марок металу Джерела інформації 1 Авторське свідоцтво СРСР №1525287, кл F04K23/04, публ 1988р 2 Авторське свідоцтво СРСР №1612099, кл Р04К23/04,публ 1990р 3 Авторське свідоцтво СРСР №1377420, кл Р04К23/04, публ 1987р 41747 VI 7 300 400 500 600 Температура потоку теплоносія °С Фіг.2. Комп ютерна верстка М Клюкін Підписне Тираж 28 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ - 42, 01601