ТЕПЛОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 1999 года по МПК F01K25/10 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к технологии выработки электроэнергии по традиционной схеме "котел-турбина-генератор энергии" и, может быть широко использовано в народном хозяйстве для выработки электроэнергии без образования вредных отходов.

Общеизвестны способы получения электроэнергии на тепловых электростанциях, где в качестве рабочего тела используют пар. Перед подачей пара на турбину его нужно нагревать, используя уголь, природный газ или нефтепродукты природного происхождения. Известны также способы выработки электроэнергии на гидроэлектростанциях, ветровых энергетических установках, приливных электростанциях, солнечных тепло-электрогенераторах, атомных электростанциях и др. Тепловые, атомные и гидроэлектростанции приносят человечеству много вреда. Тепловые выбрасывают много вредных газов и пыли. Гидроэлектростанции нарушают водный режим рек, подтопляют леса, пагубно влияют на флору и фауну. Атомные приносят радиоактивные отходы, захоронение которых представляет неразрешимую проблему. Электростанции морских приливов и ветровые считают экологически чистыми, однако они маломощны и не смогут решить проблему энергетики.

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является обычная тепловая электростанция, работающая на твердом, газообразном или жидком топливе, описанная в книге "Основы гидравлики и теплотехники" Чернов А.В. и др. Издательство "Энергия". Москва. 1976 г., с. 378-379. Эта электростанция состоит из котлоагрегата, турбины с генератором, конденсатора, вентилятора, градирни, насоса с трубопроводами и запорно-регулирующей арматурой.

Для сооружения такой ТЭС, представляющей собой комплекс зданий и сооружений, требуются значительные производственные площади, большие запасы топлива, добываемого из недр земли, которые небеспредельны и за последнее время сильно истощились.

Задача изобретения состоит в создании такой ТЭС, которая исключила бы потребление топлива и обеспечила экологически чистую технологию получения электроэнергии с высокой эффективностью.

Новый технический результат достигается тем, что в тепловой электростанции, содержащей трубчатый цилиндрический котел с нижним и верхним барабанами для рабочего тела, турбину с генератором и систему нагрева (охлаждения) рабочего тела, включающую вентилятор, насос, конденсатор, теплообменник, два компрессора, два сосуда Дьюара с трубопроводами, выполненными в виде сосудов Дьюара, и запорно-регулирующей арматурой, в качестве энергоносителя применен атмосферный воздух, в качестве хладагента - жидкий воздух, а в качестве рабочего тела азот, циркулирующий в системе котел-турбина-конденсатор-сосуд Дьара-насос-теплообменник-котел, причем последний установлен горизонтально и снабжен системой нагрева рабочего тела, выполненной в виде воздуховодов, при этом всасывающий коллектор для подачи атмосферного воздуха установлен на входе в котел со стороны, противоположной входу рабочего тела в нижний барабан, вентилятор установлен в месте входа рабочего тела в нижний барабан, а напорная линия рабочего тела за питательным насосом проходит через теплообменник в противотоке с холодным воздухом из котла.

Новый технический результат достигается также и тем, что верхний и нижний барабаны котла соединены трубками, выполненными в виде концентрических окружностей, перпендикулярных продольной оси котла, в обечайке котла под нижним барабаном выполнено окно, выходящее в пристроенный к обечайке котла короб прямоугольного сечения, внутри которого установлен ленточный транспортер для удаления льда.

Кроме того, технический результат достигается тем, что тепло от хладагента, до второго искусственно созданного уровня температуры, отбирается с помощью компрессора, который создает вакуум в испарителе сосуда хладагента, заставляет хладагент кипеть при понижающейся температуре за счет внутренней энергии, а образующийся пар (газообразный воздух) выбрасывает в окружающую среду.

Далее новый технический результат достигается еще и тем, что пополнение потерь хладагента осуществляется вторым компрессором, который отбирает охлажденный в котле воздух из газохода после вентилятора и пропускает его через теплообменник в противотоке с холодным рабочим телом после питательного насоса, в результате холодный воздух сжимается и поступает в емкость хладагента в необходимом количестве и качестве.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где показан пример заявляемой электростанции. На фиг. 1 показана принципиальная схема электростанции, на фиг. 2 - поперечный разрез котла.

Предлагаемая тепловая электростанция состоит из горизонтального цилиндрического котла 1 (фиг. 1-2), центробежного вентилятора 2, активной турбины с генератором 3, установленной за котлом 1, конденсатора 4, сосуда Дьюара для жидкого рабочего тела 5, плунжерного насоса 6, теплообменника 7, компрессора 8, циркуляционного центробежного наоса 9, сосуда Дьюара для хладагента 10, компрессора отбора тепла 11, испарителя 12.

Непосредственно сам котел состоит из обечайки 13, верхнего барабана 14, нижнего барабана 15. Верхний и нижний барабаны соединены трубками 16, выполненными в виде концентрических окружностей, перпендикулярных продольной оси котла.

Верхний барабан котла оборудован мерным стеклом (на чертежах не показано). На котле 1 также смонтирована ультразвуковая установка (на чертежах не показана) для удаления льда с конструкций котла. Под нижним барабаном 15 котла 1 в обечайке 13 выполнено окно, выходящее в продольный канал прямоугольного сечения-короб 17, внутри которого установлен ленточный транспортер 18 для удаления льда в отвал. Короб 17 закрыт крышкой 19. Крышка 19 смонтирована на петлях 20 и имеет угол поворота. Котел установлен на опорах 21, одна из которых выполнена "мертвой". Предлагаемая тепловая электростанция работает следующим образом.

Сосуд Дьюара 5 заполняется рабочим телом (жидким азотом) в необходимом количестве при температуре -198^oC.

Сосуд Дьюара 10 заполняется хладагентом (жидким воздухом) при температуре -205^oC.

С помощью плунжерного насоса 6 котел 1 заполняется жидким азотом, после чего включается в работу центробежный вентилятор 2. Вентилятор 2 продувает внутреннее пространство котла. Жидкий азот нагревается и испаряется. При достижении давления в котле, к примеру, 300 кгс/см² и температуре 0^oC газообразный азот подается на турбину 3, где производит работу и охлаждается. После турбины 3 рабочее тело поступает в конденсатор 4, куда с противотоком с помощью циркуляционного насоса 9 подается хладагент (жидкий воздух) с температурой -205^oC. В конденсаторе рабочее тело полностью конденсируется, охлаждается до -198^oC и стекает в сосуд Дьюара 5, а хладагент нагревается до температуры -197^oC и поступает в испаритель 12 сосуда Дьюара 10.

Испаритель имеет значительную длину, которая необходима для того, чтобы увеличить время пребывания хладагента в испарителе. Хладагент течет по испарителю не полным сечением, т.е. имеет поверхность испарения.

Охлаждение хладагента производится с помощью компрессора 11, который создает вакуум в испарителе. Хладагент интенсивно кипит при низкой температуре за счет внутренней энергии. Пар (воздух) отбирается компрессором 11 и удаляется в окружающую среду, а хладагент охлаждается до заданной температуры и стекает в сосуд Дьюара 10, а с помощью циркуляционного насоса 9 подается в конденсатор.

Количество хладагента постоянно уменьшается за счет того, что компрессор 11 выбрасывает его в окружающую среду в газообразном состоянии. Пополнение потерь хладагента происходит с помощью компрессора 8, который отбирает холодный воздух с температурой -190^oC, выходящий из котла, и направляет его в теплообменник 7, куда с противотоком попадается рабочее тело с температурой -198^oC.

Поскольку поток воздуха от компрессора 8 будет в три раза меньше потока рабочего тела, то в теплообменнике воздух ожижается и охлаждается до температуры -197^oC и поступает в испаритель 12 сосуда Дьюара 10, где произойдет его дальнейшее охлаждение до необходимой температуры.

В процессе работы на трубках и барабанах котла образуется лед. Лед сбрасывается с конструкцией котла с помощью ультразвука, попадает на ленточный транспортер 18 и удаляется в отвал.

Главным преимуществом предлагаемой тепловой электростанции является то, что она экологически чиста. По сравнению с другими тепловыми электростанциями, применяющими или преобразовывающими энергию топлива или атомного ядра, заявляемая ТЭС позволяет использовать атмосферный воздух и азот, которые находятся в оборотном состоянии.

Для предлагаемой электростанции не надо строить зданий и сооружений, кроме турбинного зала. Тепловая электростанция может работать в автоматическом режиме и ее можно строить в любом уголке земного шара.

Изобретение предназначено для выработки электроэнергии и может быть использовано в народном хозяйстве. Тепловая электростанция содержит трубчатый цилиндрический котел с нижним и верхним барабанами, турбину с генератором, систему нагрева и охлаждения рабочего тела, включающую вентилятор, насос, конденсатор с трубопроводами и воздуховодами, оборудованными запорно-регулирующей арматурой. Существенными моментами станции являются: применение атмосферного воздуха (зимой и летом) для нагрева жидкого азота и превращение его в газовую фазу с заданными параметрами давления и температуры, причем всасывающий коллектор для атмосферного воздуха установлен на входе в котел со стороны, противоположной входу рабочего тела в нижний барабан, а напорная линия рабочего тела за насосом проходит через теплообменник в противотоке с холодным воздухом из котла. Изобретение позволяет обеспечить экологически чистую технологию получения электроэнергии с высокой эффективностью. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Тепловая электростанция, содержащая трубчатый цилиндрический котел, турбину с генератором и систему нагрева (охлаждения) рабочего тела, включающую компрессор, конденсатор, теплообменник и сосуд Дьюара с трубопроводами и запорно-регулирующей арматурой, отличающаяся тем, что содержит вентилятор, насос, второй сосуд Дьюара и второй компрессор, которые вместе с первым компрессором составляют контур хладагента - жидкого воздуха, в качестве энергоносителя применен атмосферный воздух, а в качестве рабочего тела - азот, циркулирующий в системе котел - турбина - конденсатор - сосуд Дьюара - насос - теплообменник - котел, причем последний установлен горизонтально, снабжен системой нагрева рабочего тела, выполненной в виде воздуховодов, при этом всасывающий коллектор для подачи атмосферного воздуха установлен на входе в котел со стороны, противоположной входу рабочего тела в нижний барабан, вентилятор установлен в месте входа рабочего тела в нижний барабан, а напорная линия рабочего тела за питательным насосом проходит через теплообменник в противотоке с холодным воздухом из котла. 2. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что верхний и нижний барабаны котла соединены трубками, выполненными в виде концентрических окружностей, перпендикулярных продольной оси котла, в обечайке котла под нижним барабаном выполнено окно, выходящее в пристроенный к обечайке короб прямоугольного сечения, внутри которого установлен ленточный транспортер для удаления льда. 3. Электростанция по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что тепло от хладагента до второго искусственно созданного уровня температуры отбирается с помощью компрессора, который создает вакуум в сосуде хладагента, заставляет хладагент кипеть при понижающейся температуре за счет внутренней энергии, а образующийся пар (газообразный воздух) выбрасывает в окружающую среду. 4. Электростанция по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что пополнение потерь хладагента осуществляется вторым компрессором, который отбирает охлажденный в котле воздух из газохода после вентилятора и пропускает его через теплообменник в противотоке с холодным рабочим телом после питательного насоса, в результате холодный воздух сжижается и поступает в емкость хладагента в необходимом количестве и качестве. 5. Электростанция по пп.1 - 4, отличающаяся тем, что в котле установлены антиобледенители, например, в виде ультразвукового генератора.