СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ПРЯМОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ Российский патент 2018 года по МПК F01K9/00 

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано как для производства промышленной электроэнергии в электрогенераторе, так и электростатической энергии, которую можно использовать в системах дробления угля на ТЭЦ, работающих на каменных углях и в системах очистки газов для запитки высоковольтных коронирующих электродов в электрофильтрах.

Известны в научной литературе схемы с высокотемпературным преобразованием энергии [1] Однако для эффективного преобразование тепла в электроэнергию нужна высокотемпературная плазма с температурой свыше 2000°C. С потока отработанного после турбины пара такой способ неприемлем.

Известен способ получения электроэнергии [2], включающий подготовку воды, нагревание воды в котле для получения насыщенного пара, получение перегретого пара в пароперегревателе, преобразование энергии пара во вращение паровой турбины 3, сопряженной с электрическим генератором, превращение отработанного пара в воду в конденсаторе потоком охлаждающей воды. Однако на таких электростанциях не предусмотрено низкотемпературное прямое преобразование тепла в электростатическую энергию. Основные потери тепла на классической ТЭЦ происходят в конденсаторе, снимать электроэнергию с пара, содержащего капли воды, считается нецелесообразным.

В качестве прототипа выбран способ получения электроэнергии [3], включающий подготовку воды, нагревание воды в котле 1 для получения насыщенного пара, получение перегретого пара в пароперегревателе 2, преобразование энергии пара во вращение паровой турбины 3, сопряженной с электрическим генератором 4, превращение отработанного пара в воду в конденсаторе 5 потоком охлаждающей воды. Особенность способа поучения энергии заключается в том, что извлечение из потока охлаждающей воды тепловой энергии в дополнительном теплообменнике путем воздействия на него снежной массой, преобразуемой в талую воду, которую используют в качестве котловой воды. Однако и такой способ не предусматривает возможность снятия электроэнергии с отработанного пара, содержащего капли воды.

Предлагаемый способ получения энергии включает подготовку воды, нагревание воды в котле для получения насыщенного пара, получение перегретого пара в пароперегревателе, преобразование энергии пара во вращение паровой турбины, сопряженной с электрическим генератором, превращение отработанного пара в воду в конденсаторе потоком охлаждающей воды.

Особенность предлагаемого способа заключается в том, что перед превращением отработанного пара в воду, поток пара после турбины разделяют на два потока, проходящие через диэлектрические каналы и в каждом из потоков устанавливают сетчатый ионизатор и коллектор, причем сетчатый коллектор в каждом из потоков электрически соединяют с ионизатором в другом потоке.

На фиг. 1 схематично изображена электростанция, включающая подготовку воды, нагревание воды в котле 1 для получения насыщенного пара, получение перегретого пара в пароперегревателе 2, преобразование энергии пара во вращение паровой турбины 3, сопряженной с электрическим генератором 4, превращение отработанного пара в воду в конденсаторе 5 потоком охлаждающей воды.

Особенность предлагаемого способа получения энергии заключается в том, что перед превращением отработанного пара в воду, поток пара после турбины 3 разделяют на два диэлектрических канала 6 и 7, в каждом из потоков устанавливают сетчатый ионизатор 8 и коллектор 9, причем сетчатый коллектор 9 в каждом из потоков электрически соединяют с ионизатором 8 в другом потоке

Можно использовать часть потока пара как от последней ступени турбины, так и от одного из потока, используемого для промежуточного подогрева питательной воды. Основным требованием к потоку пара является наличием в нем капель конденсата. Работает предлагаемый способ следующим образом. Поток пара, содержащий капли конденсата, разделяют на два. Благодаря тому что в каждом из потоков устанавливают сетчатый ионизатор 8 и коллектор 9, причем сетчатый коллектор 9 в каждом из потоков электрически соединяют с ионизатором 8 в другом потоке, мельчайшие колебания в потоках электростатических зарядов на каплях приводит к тому, что происходит самовозбуждение электростатического генератора и на коллекторах в обоих каналах быстро накапливаются потенциалы в несколько десятков тысяч вольт. Предугадать, какой из коллекторов 9 будет иметь положительный заряд, а какой отрицательный, практически невозможно. Сам процесс запуска генератора по своей природе стохастичен. Для очистки газов в электрофильтрах используется подача высокого напряжения на коронирующие электроды в виде тонких проволок или иголок. Вольт-амперные характеристики коронного разряда для положительных и отрицательных потенциалов отличаются друг от друга, поэтому желательным является однозначный запуск генератора с нужным знаком потенциала.

Пример выполнения способа

В качестве теплоносителя использовалась обыкновенная техническая вода. Поток пара имитировался воздушным потоком со скоростями до 30 метров в секунду. Вода разбрызгивалась в простейших центробежных форсунках. Электростатические потенциалы на коллекторах 9 возникали практически сразу и в течение минуты достигали десятков тысяч вольт. В качестве ионизаторов 8 использовалась плетеная сетка из нержавеющей стали диаметром 100 микрон, а в качестве коллектора использовалась сетка, сплетенная из проволок размером 1000 микрон. Более мелкая сетка на ионизаторе использовалась для дополнительной зарядки капель коронным разрядом, а более крупная сетка на коллекторе использовалась, наоборот, для подавления коронного разряда и более эффективного преобразования газового потока, содержащего капли воды, в электростатическую энергию.

В качестве прототипа при рассмотрении устройства выбрана установка [3] для низкотемпературного прямого преобразования энергии, содержащая преобразователь энергии 3 в виде турбины, пароотводящий канал от турбины 3 и конденсатор пара 5.

Особенность предлагаемого устройства заключается в том, что между турбиной и конденсатором пароотводящий канал разделен на два диэлектрических канала, и в каждом из каналов расположены сетчатые ионизаторы и коллекторы, причем сетчатый коллектор в каждом из каналов электрически соединен с ионизатором в другом канале, на входе перед ионизаторами обеих диэлектрических каналов установлены сопла, внутренняя поверхность сопел покрыта электретами с разноименными зарядами, а каждый коллектор снабжен системой высоковольтных разрядных конденсаторов.

К особенностям, не входящим в формулу изобретения, можно предложить пожелание к гидравлическим сопротивлением - сумма гидравлических сопротивлений тракта без преобразователя и с преобразователем должны быть одно порядка. В противном случае можно поднять давление на выходе из турбины и снизить выработку электроэнергии в классическом электрогенераторе. Предпосылки для этого есть - для этого оба диэлектрических канала должны иметь тот же диаметр, что и в классическом случае. Что касается сопел, имеющих большое гидравлическое сопротивление, то они нужны только для запуска. В стационарном режиме сопла можно убрать. Проработка этого варианта - предмет новой заявки на изобретение.

На фиг. 2 схематично изображена установка для низкотемпературного прямого преобразования энергии. Она содержит пароотводящий канал от турбины 3 и конденсатор пара 5.

Особенность предлагаемой установки заключается в том, что между турбиной 3 и конденсатором 5 пароотводящий канал разделен на два диэлектрических канала 6 и 7, в каждом из каналов расположены сетчатые ионизаторы 8 и коллекторы 9, причем сетчатый коллектор 9 в каждом из каналов электрически соединен с ионизатором 8 в другом канале, на входе перед ионизаторами 8 обоих диэлектрических каналов установлены сопла 10, внутренняя поверхность сопел 10 покрыта электретами 11 с разноименными зарядами, а каждый коллектор 9 снабжен системой высоковольтных разрядных конденсаторов 12.

Работает предлагаемая установка следующим образом. В каждом из диэлектрических каналов перед ионизаторами 8 установлены сопла 10, покрытые электретами 11 с разноименными зарядами. Поэтому капли конденсата, проходя через эти сопла помимо ускорения потока, однозначно приобретают заряд этого электрета. Процесс перестает быть стохастичным, что позволяет всегда однозначно знать знак заряда на коллекторах 9. Для сохранения электростатической энергии и увеличения мощности разряда (что особенно нужно, например, для дробления крупных кусков каменного угля) каждый коллектор 9 снабжен системой высоковольтных разрядных конденсаторов 12.13 - условно показан высоковольтный разъем.

Таким образом, предложен способ и устройство для получения на ТЭЦ электрической энергии разного качества.

Источники информации

1. Паровые и газовые турбины. Под ред. Костюка. - М.: Энергоатомиздат, 1985, с. 12-14).

2. Патент РФ №2267013.

3. Патент РФ32278280.

Изобретение относится к области электроэнергетики. Перед превращением отработанного пара в воду поток пара после турбины разделяют на два потока, проходящие через диэлектрические каналы и в каждом из потоков устанавливают сетчатый ионизатор и коллектор, причем сетчатый коллектор в каждом из потоков электрически соединяют с ионизатором в другом потоке. На входе перед ионизаторами обоих диэлектрических каналов установлены сопла, внутренняя поверхность сопел покрыта электретами с разноименными зарядами, а каждый коллектор снабжен системой высоковольтных разрядных конденсаторов. Изобретение позволяет осуществлять производство промышленной электроэнергии как в электрогенераторе, так и электростатической энергии, которую можно использовать в системах дробления угля на ТЭЦ, работающих на каменных углях, и в системах очистки газов для питания высоковольтных коронирующих электродов в электрофильтрах. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ получения энергии, включающий подготовку воды, нагревание воды в котле для получения насыщенного пара, получение перегретого пара в пароперегревателе, преобразование энергии пара во вращение паровой турбины, сопряженной с электрическим генератором, превращение отработанного пара в воду в конденсаторе потоком охлаждающей воды, отличающийся тем, что перед превращением отработанного пара в воду поток пара после турбины разделяют на два диэлектрических канала и в каждом из потоков устанавливают сетчатый ионизатор и коллектор, причем сетчатый коллектор в каждом из потоков электрически соединяют с ионизатором в другом потоке.

2. Установка для низкотемпературного прямого преобразования энергии, содержащая пароотводящий канал от турбины и конденсатор пара, отличающаяся тем, что между турбиной и конденсатором пароотводящий канал разделен на два диэлектрических канала и в каждом из каналов расположены сетчатые ионизаторы и коллекторы, причем сетчатый коллектор в каждом из каналов электрически соединен с ионизатором в другом канале, на входе перед ионизаторами обеих диэлектрических каналов установлены сопла, внутренняя поверхность сопел покрыта электретами с разноименными зарядами, а каждый коллектор 9 снабжен системой высоковольтных разрядных конденсаторов.