РЕГЕНЕРАТИВНАЯ ТЕПЛОГИДРОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2005 года по МПК F01K13/00 

Изобретение относится к энергетическим установкам для производства электрической энергии, в частности к регенеративным теплогидротурбинным установкам (РТГТУ), в которых в качестве рабочего тела для гидротурбины используется нагретая вода.

Известна паротурбинная установка (ПТУ), содержащая парогенератор, паровую турбину, конденсатор, градирню (далее холодильник).

Недостатками известной ПТУ являются громоздкий, металлоемкий парогенератор, требующий дорогих материалов для изготовления, сложная, дорогая, работающая на высоких параметрах паровая турбина, дорогой и, как правило, засоряющий питательную воду солями жесткости конденсатор, через который выносится в атмосферу теплота парообразования (основная потеря), что приводит к существующему снижению КПД установки, причем работа тепловых электростанций сопряжена с большими нагрузками на экологию /1/, /2/.

Известны прямоточные котлы по выработке сухого насыщенного пара высокого давления на установках ППУА, обслуживающие нефтяные промыслы /3/ и гидравлические турбины для турбинного бурения нефтяных и газовых скважин /4/, которые следует выбрать в качестве прототипа, как синтез механизмов для одной установки и использования их по другому назначению - выработка электрической энергии.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи, состоящей в повышении КПД, удешевлении установок и снижении нагрузок на экологию, что обеспечивается в результате:

- использования в тепловой схеме установки недорогого, компактного парогенератора (без пароподогревателя), работающего с наддувом топки;

- замены паровой турбины гидравлической;

- высокой степени регенерации тепла при использовании теплоты парообразования в закрытом рабочем цикле;

- экономии технологической воды;

- высокой степени автоматизации производства;

- резкого снижения вредных выбросов в атмосферу.

На фиг.1 представлена общая схема РТГТУ, на фиг.2 - схема многоструйного силового инжектора (пароводяного струйного насоса).

РТГТУ содержит (см. фиг.1) парогенератор 1, инжектор холодильника 2, компрессор 3, силовой инжектор 4, гидротурбину 5, электрогенератор 6, холодильник 7, насос силового инжектора 8, насос деаэратора 9, деаэратор 10, питательный насос 11, воздухоподогреватель 12, дутьевую машину 13, теплообменник теплосети 14, теплосъемник 15.

РТГТУ работает следующим образом. Сухой насыщенный пар высокого давления от парогенератора 1 направляется к инжектору холодильника 2, к которому компрессором 3 подается “вторичный пар” из холодильника 7, затем пар в общем потоке с несколько меньшими давлением и температурой, но с большим расходом в качестве рабочей среды поступает к соплам силового инжектора 4.

Силовой инжектор 4, в качестве пароводяного струйного насоса /5/, с помощью насоса 8 подает оставшуюся от испарения и охлажденную воду холодильника 7 на гидравлическую турбину 5, где происходит, как и в паровой турбине, понижение давления в сопловых каналах с уменьшением энтальпии; в соплах срабатывается перепад тепла, который затрачивается на получение кинетической энергии водяной струи, которая на рабочих лопатках преобразуется в механическую работу.

С целью исключить возможные гидроудары за гидротурбиной, а также обеспечить наибольшее рассеивание воды в холодильнике 7, гидротурбина работает с некоторым противодавлением на выходе.

Выход воды гидротурбины 5 разделяется на несколько потоков, главным из которых является вода на холодильник 7, где за счет давления от турбины 5 и перфорации коллекторов, в холодильнике происходит рассеивание воды и ее испарение с последующим охлаждением, причем данный процесс происходит в среде низкого давления (вакуум), создаваемого работой компрессора 3 и инжектора 2, обеспечивающих генерацию “вторичного пара” и утилизацию теплоты парообразования.

Тепловая схема установки содержит деаэратор 10, вода к которому подается насосом 9, а пар - от парогенератора 1 (может быть взят за инжектором 2), питание котла осуществляется питательным насосом 11.

В схеме предусмотрен подогрев циклового воздуха в подогревателе 12 и воды теплосети в теплообменнике 14, что снижает температуру циркуляционной воды (рабочее тело для гидротурбины), наддув в топке котла обеспечивает дутьевая машина 13.

В тепловую схему установки с целью понижения температуры воды рабочего цикла при возможно чрезмерном ее повышении, а также с задачей увеличить плотность рабочего тела для турбины, введен теплосъемник 15.

Использование предложенной РТГТУ для производства электрической энергии позволит значительно повысить КПД установок, удешевить изготовление, монтаж, ремонт и эксплуатацию, а также существенно снизить нагрузку на экологию, что стало особенно актуальным в настоящее время.

Источники информации:

/1/ H.A.Килелев. Котельные установки. “Высшая школа”, 1975.

/2/ П.Н.Шляхин. Паровые и газовые турбины. “Энергия”, Москва, 1974.

/3/ Спецагрегаты и спецмашины. Уфа, УНТиС АНК, “Башнефть”, 2002.

/4/ П.П.Шумилов. Турбинное бурение нефтяных скважин. Издательство “Недра”, Москва, 1968.

/5/ К.И.Лысов, К.Т.Григорьев. Насосы и насосные установки, с.17-18. Издательство “Колос”, Москва, 1969 г.

Изобретение относится к энергетическим установкам для производства электрической энергии, в частности к регенеративным теплогидротурбинным установкам (РТГТУ), в которых в качестве рабочего тела для гидротурбины используется нагретая вода. РТГТУ содержит парогенератор, инжектор холодильника, компрессор, силовой инжектор, гидротурбину, электрогенератор, холодильник, насос силового инжектора, насос деаэратора, деаэратор, питательный насос, воздухоподогреватель, дутьевую машину, теплообменник теплосети, теплосъемник, причем парогенератор подключен к инжектору холодильника, а компрессор соединен с холодильником и входом в приемную камеру инжектора, выход инжектора соединен с сопловой камерой силового инжектора, в приемную камеру которого подводится насосом охлажденная вода от холодильника, выход силового инжектора подключен к гидротурбине, а выход турбины соединен с холодильником и через насос с деаэратором, а также с воздухоподогревателем, теплообменником теплосети и теплосъемником. Изобретение позволяет повысить КПД установки, удешевить ее и снизить нагрузку на экологию. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Регенеративная теплогидротурбинная установка, содержащая парогенератор, компрессор, гидравлическую турбину и холодильник, отличающаяся тем, что парогенератор подключен к инжектору холодильника, приемная камера которого соединена с выходом компрессора, подключенного к холодильнику, а выход инжектора холодильника соединен с силовым инжектором, к приемной камере которого через насос подведена вода из холодильника, выход силового инжектора подключен к гидравлической турбине, а выход турбины соединен с холодильником, через насос с деаэратором, а также с подогревателем воздуха, теплообменником теплосети и теплосъемником.2. Регенеративная теплогидротурбинная установка по п.1, отличающаяся тем, что гидравлическая турбина выполнена быстроходной.