ТЕПЛОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ Российский патент 2003 года по МПК F01K25/10 

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 электростанциях, солнечных теплоэлектрогенераторах, атомных электростациях и других.

Тепловые, атомные и гидроэлектростанции приносят человечеству много вреда. Тепловые выбрасывают много пыли и вредных газов. Гидроэлектростанции нарушают водный режим рек, подтопляют леса, вредно влияют на флору и фауну. Атомные выделяют радиоактивные отходы, захоронение которых представляет неразрешимую проблему. Электростанции морских приливов и ветровые считаются экологически чистыми, но из-за своей малой мощности они не могут решить глобальную проблему энергетики.

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения (прототипом) является тепловая электростанция по заявке PCT/RU00204, содержащая трубчатый цилиндрический котел 1 с встроенным транспортером 4, вентилятор 2, пароперегреватель 3 с встроенным транспортером 4, вентилятор 5, турбину с генератором 6, конденсатор 7, сосуд Дьюара для рабочего тела 8, насос 9, теплообменник 10, компрессор 11, сосуд Дьюара для хладагента 12 с испарителем 13, компрессор 14, насос 15, фильтры 16 и вентиль 17 с трубопроводами и запорно-регулирующей арматурой.

Недостатком этой электростанции являются большие ледяные образования на трубах котла и пароперегревателя. Вторым недостатком является отсутствие возможности контроля за поддержаним температуры рабочего тела в сосуде Дьюара 8 на заданном уровне.

Задача настоящего избретения состоит в том, чтобы уменьшить количество льда в котле и пароперегревателе и осуществить поддержание температуры рабочего тела на заданном уровне.

Новый технический результат достигается тем, что в тепловой электростанции, содержащей трубчатый цилиндрический котел, турбину с генератором, два вентилятора, два насоса, два фильтра, два компрессора, два сосуда Дьюара, конденсатор, испаритель, 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 воздуха в котел и пароперегреватель установлены устройства для осушки воздуха, к сосуду Дьюара для рабочего тела пристроен испаритель и третий компрессор, который поддерживает температуру рабочего тела в сосуде Дьюара на заданном уровне.

Новый технический результат достигается также и тем, что второй компрессор отбирает пар из испарителя сосуда Дьюара для хладагента и через теплообменник возвращает в испаритель.

Предлагаемая тепловая электростанция состоит из цилиндрического трубчатого котла (см. чертеж), вентилятора 2, пароперегревателя 3, транспортеров 4, вентилятора 5, турбины с генератором 6, конденсатора 7, сосуда Дьюара для рабочего тела 8 с испарителем 18, питательного насоса 9, теплообменника 10, компрессора 11, сосуда Дьюара для хладагента 12 с испарителем 13, компрессора 14, насоса 15, фильтра 16, вентиля 17, компрессора 19, устройства для осушки воздуха 20.

Верхний барабан котла оборудован мерным стеклом (не показано). На котле 1 и пароперегревателе 3 смонтирована ультразвуковая установка (не показана) для удаления льда с конструкций. В нижней части обечайки котла и пароперегревателя выполнено окно, выходящее в продольный короб, внутри которого установлен транспортер 4 для удаления льда в отвал.

Предлагаемая тепловая электростанция работает следующим образом.

Сосуд Дьюара 8 заполняется криогенной жидкостью, например азотом, которая будет использоваться в качестве рабочего тела.

С помощью компрессора 19 температура рабочего тела доводится до температуры минус 209^oС, т.е. на один градус выше температуры затвердевания. Сосуд Дьюара 12 заполняется криогенной жидкостью, например жидким воздухом, которая будет использоваться в качестве хладагента. С помощью компрессора 14 температура хладагента доводится до -212^oС. С помощью питательного насоса 9 котел 1 заполняется жидким рабочим телом, после чего включается в работу вентилятор 2. Вентилятор 2 продувает внутреннее пространство котла атмосферным воздухом. Криогенная жидкость в котле нагревается и испаряется. Газообразное рабочее тело с низкой температурой поступает в пароперегреватель 3. Включается в работу вентилятор 5. Вентилятор 5 продувает внутреннее пространство пароперегревателя атмосферным воздухом. Температура атмосферного воздуха (энергоносителя) в зависимости от времени года и климатических районов планеты Земля колеблется от -80^oС (или 193 К - Антарктида) до +50^oС (или 323 К - Сахара). Температура рабочего тела после пароперегревателя будет чуть ниже указанных значений и в пределах 190-320 К.

При достижении давления в котле и пароперегревателе порядка 30 МПа и заданной температуры, которую можно регулировать, рабочее тело подается на турбину 6, где производит работу и охлаждается. После турбины 6 рабочее тело поступает в конденсатор 7, куда противотоком с помощью насоса 15 подается хладагент с температурой -212^oС (61 К). В конденсаторе рабочее тело полностью конденсируется, охлаждается до -208^oС и стекает в испаритель 18, где происходит дальнейшее охлаждение рабочего тела до -209^oС. Охлаждение рабочего тела в испарителе 18 осуществляется с помощью компрессора 19, который создает вакуум в испарителе 18, при этом рабочее тело кипит за счет внутренней энергии. Отобранный пар компрессор 19 направляет в теплообменник 10, а охлажденное до -209^oС рабочее тело с помощью насоса 9 направляется в котел 1 через теплообменник 10, где рабочее тело нагревается, а пар от компрессора 19 конденсируется и охлаждается до температуры -208^oС и возвращается в испаритель 18, где происходит дальнейшее охлаждение.

Хладагент в конденсаторе 7 нагревается до температуры -197^oС и поступает в испаритель 13 сосуда Дьюара 12. Испаритель 13 имеет значительную длину, которая необходима для увеличения времени пребывания хладагента в испарителе. Охлаждение хладагента производится с помощью компрессора 14, который создает вакуум в испарителе, хладагент интенсивно кипит за счет внутренней энергии, а отобранный компрессором пар направляется в теплообменник 10, где конденсируется, охлаждается до -208^oС и возвращается в испаритель 13. В испарителе 13 происходит смешивание хладагента из конденсатора 7 с температурой - 197^oС и хладагента из теплообменника 10 с температурой -208^oС и дальнейшее охлаждение до -212^oС. Охлажденный хладагент стекает в сосуд Дьюара 12 и с помощью насоса 15 подается в конденсатор 7. Совершенно очевидно, что рабочее тело и хладагент находятся в оборотном состоянии. Неизбежные потери рабочего тела и хладагента пополняются с помощью компрессора 11, который отбирает холодный воздух с температурой -190^oС, выходящий из котла после вентилятора 2, и направляет его в теплообменник 10. В теплообменнике 10 этот воздух сжижается, охлаждается до -208^oС и подается в испарители 13 и 18.

Периодический слив хладагента осуществляется с помощью вентиля 17.

В процессе работы устройства для осушки воздуха 20, возможно, не полностью будет осушен воздух и остаточная влага будет образовывать лед на конструкциях котла и пароперегревателя.

Лед удаляется с помощью ультразвука, попадает на транспортер 4 и удаляется в отвал.

Главным преимуществом предлагаемой электростанции является надежность в работе.

Изобретение предназначено для использования в области теплоэнергетики. Тепловая электростанция, содержащая трубчатый цилиндрический котел, пароперегреватель, турбину с генератором, два вентилятора, два насоса, два фильтра, два компрессора, два сосуда Дьюара, конденсатор, испаритель, 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, содержит два устройства для осушки воздуха, установленных на входе воздуха в котел и пароперегреватель, второй испаритель, пристроенный к сосуду Дьюара для рабочего тела, и третий компрессор, который поддерживает температуру рабочего тела в сосуде Дьюара на заданном уровне, а отобранный пар направляет через теплообменник в испаритель сосуда Дьюара рабочего тела. Изобретение позволяет повысить надежность в работе путем уменьшения количества льда в котле и пароперегревателе и поддержания температуры рабочего тела на заданном уровне. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Тепловая электростанция, содержащая трубчатый цилиндрический котел, пароперегреватель, турбину с генератором, два вентилятора, два насоса, два фильтра, два компрессора, два сосуда Дьюара, конденсатор, испаритель, 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, отличающаяся тем, что содержит два устройства для осушки воздуха, установленных на входе воздуха в котел и пароперегреватель, второй испаритель, пристроенный к сосуду Дьюара для рабочего тела, и третий компрессор, который поддерживает температуру рабочего тела в сосуде Дьюара на заданном уровне, а отобранный пар направляет через теплообменник в испаритель сосуда Дьюара рабочего тела. 2. Тепловая электростанция по п.1, отличающаяся тем, что второй компрессор отбирает пар из испарителя сосуда Дьюара хладагента и через теплообменник возвращает в испаритель.