способ работы тепловой электрической станции

Формула изобретения

Способ работы тепловой электрической станции, включающий конденсацию отработавшего в турбине пара, подогрев конденсата турбины паром регенеративных отборов в регенеративных подогревателях, подогрев поступающей от потребителей сетевой воды паром отопительных отборов в сетевых подогревателях, отличающийся тем, что в схему тепловой электростанции устанавливают тепловой насос, часть полностью отработавшего в турбине водяного пара конденсируют в конденсаторе турбины, а часть – в испарителе теплового насоса, конденсат турбины перед нагревом в регенеративных подогревателях и поступающую от потребителей сетевую воду перед нагревом в сетевых подогревателях нагревают в конденсаторах теплового насоса, при этом обеспечивают увеличение КПД станции с тепловым насосом в соответствии с формулой

где - КПД тепловой электростанции с тепловым насосом;

m – доля подведенного тепла, возвращенного в цикл тепловым насосом;

– коэффициент преобразования теплового насоса;

_с - КПД тепловой электростанции без теплового насоса;

_Э - КПД тепловой электростанции по отпуску электроэнергии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях.

Известен способ работы тепловой электрической станции (RU №2170828 С1. Способ работы тепловой электрической станции. МПК F 01 К 13/00, 2000), заключающийся в том, что основной конденсат турбины последовательно подогревают в регенеративных подогревателях низкого давления, добавочную питательную воду деаэрируют в вакуумном деаэраторе, в качестве греющего агента в котором используют конденсат из регенеративного подогревателя. Это позволяет повысить экономичность ТЭС (тепловой электрической станции). Однако регенеративный подогрев менее экономичен, чем подогрев сетевой воды паром отопительных отборов в сетевых подогревателях теплофикационных турбин теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) (см. книгу: Теплотехника /А.М.Архаров, С.И.Исаев, И.А.Кожинов и др.; Под ред. В.И.Крутова. - М.: Машиностроение, 1986. - С. 356). С другой стороны, регенеративные отборы пара уменьшают полезную работу, совершаемую 1 кГ пара, поскольку часть пара расширяется в турбине не до конечного давления, а лишь до давления отбора (см. книгу: Теплотехника /А.П.Баскаков, Б.В.Берг, О.К.Витт и др.; Под ред. А.П.Баскакова. - М.:Энергоиздат, 1982. - С. 211-213).

В качестве прототипа принимаем RU №2164604 С1. Способ работы тепловой электрической станции. МПК F 01 К 17/02, 1999. Способ работы тепловой электрической станции заключается в том, что поступающую от потребителей сетевую воду нагревают паром отопительных отборов в сетевых подогревателях теплофикационных турбин, а дополнительный нагрев сетевой воды осуществляют в поверхностных водо-водяных теплообменниках водой, которую нагревают в водогрейных котлах.

Основным недостатком прототипа является то, что в данном способе сетевые отборы пара также уменьшают полезную работу, совершаемую 1 кГ пара, поскольку часть пара расширяется в турбине не до конечного давления, а лишь до давления отбора.

Цель изобретения - повысить экономичность работы тепловой электрической станции и увеличить выработку электроэнергии на тепловом потреблении.

Суть изобретения состоит в том, что реализуется способ работы тепловой электрической станции, включающий конденсацию отработавшего в турбине пара в конденсаторе, подогрев конденсата турбины паром регенеративных отборов в регенеративных подогревателях, подогрев поступающей от потребителей сетевой воды паром отопительных отборов в сетевых подогревателях, отличающийся тем, что часть отработавшего в турбине пара конденсируют в испарителе теплового насоса, конденсат турбины и поступающую от потребителей сетевую воду нагревают в конденсаторе теплового насоса, а высвободившийся пар ступеней низкого давления сетевого и регенеративного отборов направляют в турбину для выработки дополнительной электроэнергии. Экономичность работы тепловой электрической станции увеличивается за счет того, что теплота конденсации отработавшего в турбине пара полезно используется, нагревая конденсат турбины и сетевую воду, а высвободившийся пар ступеней низкого давления сетевого и регенеративного отборов, направленный в турбину, вырабатывает дополнительную электроэнергию.

На чертеже показано устройство для реализации предлагаемого способа. Устройство содержит парогенератор 1, турбину 2, конденсатор 7, конденсатный насос 13, регенеративный подогреватель низкого давления 12, деаэратор 14, питательный насос 15, регенеративный подогреватель высокого давления 16. В схему тепловой электростанции установлен тепловой насос (ТН) парокомпрессионного типа, состоящий из компрессора 9, испарителя 8, дросселя 10, конденсаторов 11 и 12. Схема теплоснабжения состоит из сетевого подогревателя первой ступени 11, сетевого подогревателя второй ступени 3, потребителя тепла 4, сетевого насоса 6. При работе тепловой электрической станции пар из парогенератора 1 подается в турбину 2, где совершает работу. Отработавший в турбине 2 пар поступает в конденсатор 7 турбины и в испаритель 8 теплового насоса, где к рабочему телу теплового насоса подводится низкопотенциальная теплота конденсации отработавшего в турбине пара, которая с затратой необходимой работы преобразуется в теплоту более высокой температуры. Дроссель 10 в контуре теплового насоса создает необходимый перепад давлений рабочего тела ТН. Мощность электродвигателя компрессора 9 преобразуется в тепло, которое в конденсаторах 11 и 12 передается нагреваемой сетевой воде и конденсату вместе с теплом, отводимым в испарителе 8 от отработавшего в турбине пара при его конденсации. Конденсат из конденсатора 7 и испарителя 8 отводится конденсатным насосом 13, нагревается в конденсаторе теплового насоса 12 (заменяет регенеративный подогреватель низкого давления ПНД), деаэрируется в деаэраторе 14, затем питательным насосом 15 подается в подогреватель высокого давления 16 и парогенератор 1. Сетевая вода подается сетевым насосом 6, нагревается в конденсаторе 11 (заменяет сетевой подогреватель I ступени) и в сетевом подогревателе II ступени 3 и поступает потребителю тепла 4. Пар сетевого отбора конденсируется в подогревателе 3, а конденсат дренажным насосом 5 подается в деаэратор 14.

Пример. Способ работы тепловой электрической станции реализуют на блоке мощностью 250 МВт с турбиной Т-250-240. В соответствии с основными характеристиками блока доля тепла, расходуемая на выработку электроэнергии, составляет 64%, а отпуск тепла на теплофикацию - 36% (Теплотехнический справочник/ Под ред. В.Н.Юренева и П.Д.Лебедева. T.1. - М.: Энергия, 1975. - С. 482). Для таких блоков среднее значение КПД по отпуску электроэнергии составляет 45%, а КПД по отпуску тепловой энергии - 90% (Справочник энергетика промышленных предприятий.Т.3. Теплоэнергетика /Под общ. ред. В.Н.Юренева. - М.-Л.: Энергия, 1965. - С. 312). В общем виде КПД тепловой электростанции _с (Кириллин В.А. Техническая термодинамика. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - С. 325) определяется по формуле:

где _с - КПД станции с комбинированной выработкой тепла и электроэнергии;

l_э - полезная работа, затраченная на выработку электроэнергии;

l_t - полезная работа, затраченная на выработку и передачу тепла потребителю;

q₁ - количество подведенного тепла, выделившегося при сгорании топлива;

х - доля подведенного тепла, направленного на выработку электроэнергии;

_Э - КПД тепловой электростанции по отпуску электроэнергии;

у - доля подведенного тепла, направленного на выработку тепловой энергии;

_Т - КПД тепловой электростанции по отпуску тепловой энергии.

Коэффициент преобразования теплового насоса (Янтовский Е.И. Парокомпрессионные теплонасосные установки. - М.: Энергоиздат, 1982. - С. 13) определяется по уравнению:

где - коэффициент преобразования теплового насоса;

q_ТН - тепловая производительность теплового насоса;

l_ТН- работа привода компрессора теплового насоса.

Так как при реализации предлагаемого способа часть дополнительно вырабатываемой энергии затрачивается на работу привода компрессора теплового насоса, то КПД тепловой электростанции в этом случае , с учетом зависимостей (1) и (2), определится уравнением:

где - КПД тепловой электростанции при реализации предлагаемого способа;

m - доля подведенного тепла, теряемого в конденсаторе турбины, но при реализации предлагаемого способа возвращенного в цикл тепловым насосом и направленного на выработку дополнительной электроэнергии.

Для блока Т-250-240 х=0,64, у=0,36, =0,45, =0,9. Для первой ступени сетевого подогревателя доля m=0,2, а коэффициент преобразования теплового насоса в этом случае может быть принят =5. По формуле (1) КПД станции с комбинированной выработкой тепла и электроэнергии составит _c=0,612, а КПД тепловой электростанции при реализации предлагаемого способа =0,7, при этом выработка электроэнергии увеличивается на 8,8%.