Спосіб виробництва електричної енергії у тепловій установці за двома паросиловими циклами

1. Спосіб виробництва електричної енергії у тепловій установці за двома паросиловими циклами з високотемпературною та низькотемпературною частинами, який відрізняється тим, що процес проводять одночасно за двома паросиловими циклами з перегрітою водяною парою у високотемпературній частині установки і перегрітою парою C2 1 3 - низький ККД ТЕС, який досягає всього 3541%; - великі втрати тепла в деаераторі; - здійснюється всмоктування повітря турбіною, конденсаційним насосом із-за підтримання глибокого вакууму в конденсаторі; - значні втрати тиску із-за тертя при проходженні найбільшої об„ємної частки водяної пари в проточній частині останніх східців парової турбіни; - механічна міцність робочих лопаток останніх східців турбіни знаходиться на граничній межі із-за великої їх висоти; - велике ерозійне зношення останніх східців соплових і робочих лопаток турбіни водяної пари; - обмежено використання середнього температурного теплового перепаду; - значні втрати тепла із-за наявності у тепловій схемі великої кількості підігрівників конденсату і живильної води; - великі капіталовкладення на 1 кіловат потужності при спорудженні ТЕС і АЕС. Метою цього винаходу є: - зменшення в 2-е рази питомої витрати палива на відпуск 1квт год.. електричної енергії; -зменшення втрат тепла в конденсаторі з охолоджуючою водою з розрахунку на 1квт год. відпущеної електричної енергії; - зменшити капіталовкладення на 1квт. встановленої потужності ТЕС і АЕС; - збільшити ККД ТЕС до 65%, а також АЕС; - збільшити тиск конденсації водяної пари; - збільшити середній температурний рівень підведення теплоти у паросиловому циклі; - збільшити використання середнього температурного перепаду; - зменшити кількість підігрівників у тепловій схемі водяної частини ТЕС і АЕС; - спростити спосіб виробництва електричної енергії у пароводяній частині паросилової установки; - збільшити економічність і ефективність виробництва електроенергії у тепловій паросиловій установці. Перевага винаходу полягає в тому, що тиск у конденсаторі при конденсації відпрацьованої водяної пари збільшують, із-за чого зменшують просочення повітря у турбіну, конденсатор і конденсаційний насос. При конденсації водяної пари в конденсаторі від 100°С тиск пари стає вищим за атмосферний, а цим зменшують витрати тепла в деаераторі, зменшують вологість пари на останніх східцях турбіни, зменшують ерозійне зношення робочих і соплових лопаток турбіни і одночасно зменшують їх розміри. Сутність винаходу полягає у тому, що процес виробництва електричної енергії у тепловій установці за двома паросиловими циклами з використанням різних робочих тіл проводять у двох окремих частинах установки - перегрітим водяним паром у високотемпературній частині установки і перегрітим паром робочого тіла легкокиплячої рідини з низькою температурою кипіння у низькотемпературній частині установки. Комбінованим і одночасним способом перегріву пари робочих тіл розширюють середній температурний рівень під 68584 4 вода теплоти в установці із-за чого збільшують використання загального температурного теплового перепада. Для досягнення мети, яка поставлена в способі виробництва електричної енергії у тепловій установці за двома паросиловими циклами з різними робочими тілами, застосовують у низькотемпературній частині установки перегрітий пар робочого тіла рідина якого кипить при низьких температурах, має добрі термодинамічні властивості, а також зменшують відвід тепла в конденсаторі з охолоджуючою водою на 1квт год. відпущеної електричної енергії. При цьому, витрату охолоджуючої води в конденсаторі для конденсації пари зменшують. Утворену в парогенераторі насичену водяну пару направляють у пароперегрівник парогенератора. Застосовують одноразовий, або дворазовий (вторинний, проміжний) перегрів водяної пари. Суть дворазового перегріву робочого пара полягає в тому, що пар після розширення у перших східцях турбіни при постійному тиску піддається вторинному перегрівові в другому пароперегрівнику парогенератора до заданої температури, а потім його направляють у наступні східці турбіни де проводять його розширення до тиску конденсації водяної пари в конденсаторі. Насичену пару легкокиплячої рідини з низькою температурою кипіння утворюють у випарнику конденсатора-випарника низькотемпературної частини установки за рахунок відбору теплоти від конденсованої водяної пари у високотемпературній частині. Утворений у випарнику насичений пар низькотемпературної частини установки подають на перегрів у пароперегрівник. Суть одноразового перегріву пари легкокиплячої рідини полягає у тому, що пар після пароперегрівника подають у турбіну, де вона розширюється до кінцевого тиску конденсації. Сутність винаходу пояснюють наступним прикладом - для якого в низькотемпературній частині установки використовують у якості робочого тіла аміак. Аміак - легкокипляча рідина, що кипить при температурі мінус 33,4°С. Аміак, як робоче тіло, задовольняє певним термодинамічним вимогам: - має значний перепад тисків насичення у випарнику при кипінні і при конденсації у конденсаторі; - має високі критичні параметри тиску і температури; - має тиск насичення при конденсації вищий за атмосферний. Аміак володіє добрими термодинамічними властивостями і дає відносно невисокі тиски в циклі. Конденсацію відпрацьованої пари в конденсаторі після аміачної турбіни проводять при тисках у межах від 0,2 до 1,4МПа. Аміак застосовують у медицині, промисловості і сільському господарстві. У природі аміак діє на навколишнє середовище - як розкислювач після випадання кислотних опадів. Перевага аміаку полягає і в тому, що незначна частка концентрації його в повітрі відносно легко виявляється людиною і тому отруєння від нього можна попередити. Лише при температурі меншій за мінус 33,4°С тиск аміаку стає нижчим за атмосферний. 5 68584 6 Таблиця Термодинамічні і фізико-хімічні властивості робочих тіл Робоче тіло Хімічна формула Молекулярна вага Вода Аміак Н2О NH3 18,016 17,03 Нормальна Критична темтемпература пература, °С кипіння, °С +100 +374 -33,4 +132,4 Для прикладу на кресленні наведена принципова теплова схема способу виробництва електричної енергії у тепловій установці за двома паросиловими циклами з різними робочими тілами. У парогенераторі 1 утворюють насичену водяну пару при тиску насичення - Р1 і температурі кипіння. Насичену водяну пару направляють у пароперегрівник 2, де проводять його перегрівання до заданої температури t1. Перегріту водяну пару з параметрами Р1 і t1 подають у парову турбіну 3 де її розширюють до тиску P2 обертаючи ротор турбіни і заодно ротор електричного генератора 4. Відпрацьовану водяну пару з параметрами Р2 і t2 від турбіни відводять у конденсатор-випарник 5, де здійснюють її конденсацію з підвищеним тиском Р2 при температурі t2. Далі, за допомогою конденсаційного насоса 6, конденсат при тиску Р1 подають у парогенератор 1. У конденсаторі-випарнику 5, який являє собою поверхневий теплообмінник, виконують конденсацію водяної пари за рахунок віддачі прихованого тепла киплячій аміачній рідині з якої утворюють насичену аміачну пару при постійній температурі і тиску. Отже, у конденсаторі відбирають тепло від водяної пари при підвищеному тиску і при цьому перетворюють її у водяний конденсат з параметрами Р2 і t2, а відібране тепло використовують у випарній частині для нагрівання рідкого аміаку з якого утворюють насичений аміачний пар при тиску Р1а, після чого його подають у пароперегрівник аміачної пари 7, де доводять перегрівання аміачної пари до температури t1а при тиску Р1а. Перегрітий аміачний пар з параметрами Р1а і t1а подають у парову аміачну турбіну 8, де проводять його розширення і при цьому здійснюють корисну роботу обертаючи ротор турбіни і заодно ротор електрогенератора 9. Від турбіни відпрацьований аміачний пар з параметрами Р2а і t2а направляють у конденсатор 10, де його конденсують за рахунок віддачі тепла охолодній воді. Конденсатор 10 являє собою поверхневий теплообмінник. Аміачний конденсат за допомогою конденсаційного аміачного насоса 11 при тиску Р1а подають у випарну частину конденсатора-випарника 5. Термічний коефіцієнт корисної дії (ККД) - t способу виробництва електричної енергії у тепловій установці за двома паросиловими циклами з різними робочими тілами, без регенерації тепла, знаходять за допомогою наступного рівняння: Lв Lа m , t Qв Qа m де: Lв - робота, яку виконують в установці 1кг водяної пари; La - робота, яку виконують 1кг аміачної пари; Критичний тиск, МПа Температура замерзання, °С 22,13 11,35 0,00 -77,7 m - кратність циркуляції аміаку, що показує, яка кількість аміаку в кг приходиться на 1кг води; Qв - кількість тепла підведеного у високотемпературній частині теплової установки на утворення 1кг перегрітої водяної пари; Qа - кількість тепла підведеного в низькотемпературній частині теплової установки на утворення 1кг перегрітої аміачної пари. Визначають роботу, яку виконують у високотемпературній частині теплової установки 1кг водяної пари: Lв=і1-і2=3520-2325=1195кДж/кг, де: і1=3520кДж/кг - ентальпія перегрітої водяної пари за пароперегрівником при Р1=13МПа і t1=565°С (знаходять по іS діаграмі для водяної пари М.П. Вукалович) [4]; і2=2325кДж/кг - ентальпія водяної пари за турбіною при Р2=0,05МПа і t2=81,33°С, а також степені сухості х=0,856 (знаходять по іS діаграмі для водяної пари M.П. Вукалович) [4]. Визначають роботу, яку виконують у низькотемпературній частині теплової установки 1кг аміачної пари: Lа=і1а-і2а=2492-1500=992кДж/кг, де: і1a=2492кДж/кг - ентальпія перегрітої аміачної пари за пароперегрівником при Р1а=3,798МПа і t1а=350°С (знаходять по іР діаграмі аміаку); і2а=1500кДж/кг - ентальпія аміачної пари після турбіни при температурі конденсації аміаку в конденсаторі t2а=26°С і тиску Р2а=1,035МПа, степені сухості х=0,82 (знаходять по іР діаграмі аміаку) [2]. Величину m знаходять з рівняння теплового балансу теплоти конденсатора-випарника 5: i2 i'2 2325 340,5 m 172 , , ' a i' a 1676,7 522,4 i1 2 де: i'2 =340,5кДж/кг - ентальпія 1кг водяного конденсату за конденсатором-випарником (знаходять по таблиці сухої насиченої пари і води) при t2=81,33°С і Р2=0,05МПа; - i1a =1676,7кДЖ/кг - ентальпія 1кг сухої аміачної насиченої пари за випарною частиною теплової установки (знаходять по таблиці властивостей NH3 на лінії насичення) [3] при температурі кипіння ' аміаку у випарнику теплової установки t1a =76°С і відповідним тиском насичення Р1а=3,798МПа; і'2а =522,4 кДж / кг - ентальпія 1кг аміачного конденсату при t '2а =26°С (знаходять по таблиці властивостей NН3 на лінії насичення) [3]. 7 68584 Знаходять кількість теплоти, яку підводять у теплову установку: Qв i1 i'2 3520 340,5 3179,5кДж / кг ; Qа ' i1а i1а 2492 1676,7 815,3кДж / кг . Отже, термічний ККД. способу виробництва електричної енергії у тепловій установці за двома паросиловими циклами з різними робочими тілами: 1195 172 992 , 0,633 . t 3179,5 172 815,3 , Знаходять питому витрату водяної пари в тепловій установці: 3600 3600 dв 3,01кг / квт год . і1 і2 3520 2325 Знаходять питому витрату аміачної пари в тепловій установці: 3600 3600 dа 3,63кг / квт год . і1а і2а 2492 1500 При виробництві 3,01кг водяної пари відповідно виробляють аміачної пари - 3,01 1,72=5,1772кг. Отже, на 1квт годину електричної енергії, яку відпускають від високотемпературної частини теплової установки за двома паросиловими циклами і з Комп‟ютерна верстка М. Клюкін 8 різними робочими тілами, які зазначено в цьому винаході, відпускають 5,1772/3,63=1,426квт години електричної енергії, яку виробляють у низькотемпературній частині цієї установки. Джерела інформації: 1. Вукалович М.П., Новиков И.И., Александров А.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. - М.: Изд-во стандартов,1969. 2. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. - М.: Наука,1972. – Термодинамические свойства аммиака на линиии насыщения. 3. Бучко Н.А. и др. Теплофизические основы получения искусственного холода: Справочник. М.: Пищевая промышленность, 1980. – Приложение I – Свойства NH3 на линии насыщения, стр.182-184. 4. iP діаграма аміака – i, P – диаграмма аммиака. 5. iS діаграма для водяної пари. М.П.Вукалович – iS-диаграмма для водяного пара до 700 С и 100Мпа по М.П.Вукаловичу. 6. Швець І.Т. і інші. Теплотехніка. В-во „Вища школа”, Київ, 1969, додаток 2, Таблиця 2, стор.581-583. Підписне Тираж 26 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