тепловая электростанция экологически чистая и безопасная для человека и окружающей среды

Формула изобретения

Тепловая электростанция, содержащая парогенератор, турбину, электрический генератор, трансформатор, электрические и тепловые сети, отличающаяся тем, что парогенератор расположен в полости герметичной оболочки с теплоизоляционным материалом слоем 50-500 мм, расположенным по внутренними периметру наружной оболочки, например керамзитом, в полости оболочки парогенератора установлены трубы в количестве 1-50 змеевидной, или прямолинейной, или спиралеобразной формы, на крышке и боковых стенках которого установлены керамические катушки с проводами накаливания, соединенными со вторичными и первичными обмотками трансформаторов с электрической сетью с электрическим генератором - двигателем на газовом топливе или с проводами гидроэлектростанции, ветровой электростанции и солнечной батареей, провода накаливания расположены в промежутке между трубами под углом 90°-180° относительно горизонтальной линии, а трансформаторы, установленные на крышке парогенератора расположены по одной горизонтальной линии или в шахматном порядке, в количестве 1-15 в одном ряду, трубы парогенератора с одной стороны соединены с входным каналом турбины, а с другой - с 1-5 рядами трубопроводов, которые установлены по высоте на расстоянии 10-300 мм, каждый трубопровод в одном ряду установлен на расстоянии 5-50 мм, образуя колосник для прохода воздуха и горящего газа, трубопроводы расположены над трубами с горящими факелами завода по сжижению природного газа и нефтеперерабатывающего завода, в полостях дифференциальных устройств с окнами, снабженных крышками для предотвращения попадания воды во время ливневых дождей в указанные полости и трубы с горящими факелами, которые закреплены к стойкам с опорой на крышу завода, с насосом, развиваемым давление воды 10-40 МПа с приводом от электродвигателя, с емкостью, заполненной кристально чистой водой, с трубопроводом, с фильтром для очистки воды, с трубопроводом спиралеобразной или змеевидной формы, расположенным в емкости, с трубопроводом спиралеобразной или змеевидной формы, расположенными в емкости, и турбиной, подводящие каналы емкости соединены с насосом низкого давления, равного 0,1-1,0 МПа, с фильтром для очистки холодной воды и подводящими трубопроводами, а отводящие каналы емкости и насос через вентиль с электродвигателем соединены трубопроводами с емкостью, с наружной стороны емкости установлен датчик температуры с автоматической системой управления электродвигателя вентиля, отводящий канал емкости соединен с насосом, развивающим давления воды 10-40 МПа и трубами парогенератора и тепловой сетью, в крышке парогенератора и в наружной оболочке установлен трубопровод с вентилем, соединенный с вакуумным насосом, трубопроводы обмотаны слоем 5-200 мм теплоизоляционного материала, например стекловатой и стальным листом, которые закреплены растяжками к поверхности земли, парогенераторы выполнены в виде отдельных секций.

Описание изобретения к патенту

Тепловая электростанция относится к области энергетики для создания пара и использования его в паровых турбинах с целью вращения турбины и ротора электрического генератора и получения электрической энергии, а также отпуска тепла для нужд промышленного производства и отопления зданий.

Известны тепловые электростанции, в которых пар для их работы получают в парогенераторах за счет химической энергии сжигаемого топлива (угля, нефти, газа и т.д.) и кислорода, содержащегося в воздухе, а также за счет использования энергии расщепления ядерного топлива и разогрева ядерного сердечника до нескольких миллионов градусов.

Известные тепловые станции содержат общие с заявленной тепловой станцией существенные признаки: парогенератор, паротурбину, электрический генератор, трансформатор, электросети и тепловые сети (см. Трухний А.Д., Ломакин Б.В. Теплофикационные паровые турбины и турбоустановки: - М.: Издательство МЭИ, 2002. - 540 с., рис.1.1 с.11-15).

Недостатками известных тепловых электростанций являются:

- при сгорании на планете земля около трех миллиардов тон топлива (угля, нефти, природного газа, торфа, дров и альтернативны; видов топлива на основе кукурузы и т.д.) сгорает около четырех с половиной миллиардов тонн кислорода в год, содержащегося в воздухе, образуя при этом большие скопления углекислого газа в атмосфере (по данным независимых экспертов РФ по экологии за последние 10 лет в атмосфере углекислый газ увеличился на 30%), что приводит к кислородному голоданию людей и животных, потребляющих ежедневно около 10 кг кислорода каждым человеком;

- при сгорании топлива выбрасываются в атмосферу сотни миллионов тонн пыли с вредными химическими веществами, в результате чего возникают болезни людей и сокращается их жизнь;

- при расщеплении ядерного топлива в замкнутом объеме кислород не горит, но в атмосфере распространяется радиоактивность, от которой возникают неизлечимые болезни людей.

Техническим результатом является создание тепловой электростанции экологически чистой и безопасной для человека и окружающей среды.

Тепловая электростанция содержит парогенератор, турбину, электрический генератор, трансформатор, электрические и тепловые сети, отличающаяся тем, что парогенератор расположен в полости герметичной оболочки с теплоизоляционным материалом, слоем 50-500 мм, расположенным по внутреннему периметру наружной оболочки, например керамзитом, в полости оболочки парогенератора установлены трубы в количестве 1-50 змеевидной или прямолинейной или спиралеобразной формы, на крышке и боковых стенках которого установлены керамические катушки с проводами накаливания, соединенными со вторичными и первичными обмотками трансформаторов, электрической сетью, контактными переключателями с автоматической системой управления, которые с одной стороны соединены с основным трансформатором и с электрическим генератором, турбиной, а с другой - с электрическим генератором - двигателем на газовом топливе или с проводами гидроэлектростанции, ветровой электростанции и солнечной батареей, провода накаливания расположены в промежутке между трубами под углом 90-180° относительно горизонтальной линии, а трансформаторы, установленные на крышке парогенератора, расположены по одной горизонтальной линии или в шахматном порядке в количестве 1-15 в одном ряду, трубы парогенератора с одной стороны соединены с входным каналом турбины, а с другой - с 1-5 рядами трубопроводов, которые установлены по высоте на расстоянии 10-300 мм, каждый трубопровод в одном ряду установлен на расстоянии 5-50 мм, образуя колосник для прохода воздуха и горящего природного газа, трубопроводы расположены над трубами с горящими факелами завода по сжижению природного газа и нефтеперерабатывающего завода, в полостях дифференциальных устройств с окнами, снабженных крышками для предотвращения попадания воды во время ливневых дождей в указанные полости, и трубы с горящими факелами, которые прикреплены к стойкам с опорой на крышу завода, с насосом, развиваемым давление воды 10-40 МПа с приводом от электродвигателя, с емкостью, заполненной кристально чистой водой, с трубопроводом, с фильтром для очистки воды, с трубопроводом спиралеобразной или змеевидной формы, расположенным в емкости, с трубопроводом спиралеобразной или змеевидной формы, расположенным в емкости, и турбиной, подводящие каналы емкости соединены с насосом низкого давления, равного 0,1-1,0 МПа, с фильтром для очистки холодной воды и подводящими трубопроводами, а отводящие каналы емкости и насос через вентиль с электродвигателем соединены трубопроводами с емкостью, с наружной стороны емкости установлен датчик температуры с автоматической системой управления электродвигателя вентиля, отводящий канал емкости соединен с насосом, развивающим давления воды 10-40 МПа, и трубами парогенератора и тепловой сетью, в крышке парогенератора и в наружной оболочке установлен трубопровод с вентилем, соединенный с вакуумным насосом, трубопроводы обмотаны слоем 5-200 мм теплоизоляционного материала, например стекловатой и стальным листом, которые закреплены растяжками к поверхности земли, парогенераторы выполнены в виде отдельных секций.

На фиг.1 показаны общий вид тепловой электростанции и вид А - секционное расположение парогенераторов.

Тепловая электростанция содержит парогенератор 1, который расположен в полости герметичной оболочки 2 с теплоизоляционным материалом 3 слоем 50-500 мм, расположенным по внутреннему периметру наружной оболочки, например керамзитом, в полости оболочки парогенератора установлены трубы 4, 5 в количестве 1-50 змеевидной или прямолинейной или спиралеобразной формы, на крышке и боковых стенках которого установлены керамические катушки 6 с проводами накаливания 7, соединенными со вторичными и первичными обмотками трансформаторов 8, электрической сетью 9, контактными переключателями 10, 11 с автоматической системой управления (на фиг.1 автоматическая система управления переключателями не показана), которые с одной стороны соединены с основным трансформатором 12 и с электрическим генератором 13, турбины 14, а с другой - с электрическим генератором 15 - двигателем 16 на газовом топливе, или с проводами гидроэлектростанции, ветровой электростанции и солнечной батареей (на фиг.1 указанные электростанции не по казаны), провода накаливания 7 расположены в промежутке между трубами 4, 5 под углом 90°-180° относительно горизонтальной линии, а трансформаторы 8, установленные на крышке парогенератора расположены по одной горизонтальной линии или в шахматном порядке, в количестве 1-15 в одном ряду, трубы 4, 5 парогенератора 1 с одной стороны соединены с входным каналом турбины 14, а с другой - с 1-5 рядами трубопроводов 17, 18, которые установлены по высоте на расстоянии 10-300 мм, каждый трубопровод 1-10 в одном ряду установлен на расстоянии 5-50 мм, образуя колосник для прохода воздуха и горящего газа (см. фиг.1, сечение А-А), трубопроводы расположены над трубами 19 с горящими факелами завода 20 по сжижению природного газа и нефтеперерабатывающего завода, в полостях дифференциальных устройств 21 с окнами 22, снабженных крышками 23 для предотвращения попадания воды во время ливневых дождей в указанные полости, и трубы с горящими факелами, которые закреплены к стойкам 24 с опорой на крышу завода, с насосом 25, развиваемым давление воды 10-40 МПа с приводом от электродвигателя, с емкостью 26, заполненной кристально чистой водой, с трубопроводом 27, с фильтром 28 для очистки воды, с трубопроводом 29 спиралеобразной или змеевидной формы, расположенным в емкости 30, с трубопроводом 31 спиралеобразной или змеевидной формы, расположенным в емкости 32, и турбиной 14, подводящие каналы емкости соединены с насосом 33 низкого давления, равного 0,1-1,0 МПа, с фильтром 34 для очистки холодной воды и подводящими трубопроводами, а отводящие каналы емкости 30, 32 и насос 33 через вентиль 35 с электродвигателем соединены трубопроводами с емкостью 36, с наружной стороны емкости установлен датчик температуры 37 с автоматической системой управления электродвигателя вентиля 35 (на фиг.1 автоматическая система управления датчика температуры и электродвигателя вентиля не показана), отводящий канал емкости 36 соединен с насосом 38, развивающим давления воды 10-40 МПа и трубами 39, 40 парогенератора 41 и тепловой сетью 42, в крышке парогенератора 1 и в наружной оболочке 2 установлен трубопровод 43 с вентилем 44, соединенный с вакуумным насосом (на фиг.1 вакуумный насос не показан), трубопроводы 17, 18 обмотаны слоем 5-200 мм теплоизоляционного материала, например стекловатой и стальным листом, которые закреплены растяжками к поверхности земли (на фиг.1 растяжки не показаны), парогенераторы выполнены в виде отдельных секций 45, 46, 47 (см. фиг.1 вид А).

Тепловая электростанция работает следующим образом.

Перед началом работы тепловой электростанции вакуумным насосом откачивается воздух из полости парогенератора 1 через канал трубопровода 43, и вентилем 44 указанный канал трубопровода перекрывается. Включается электрический генератор 15 и двигатель внутреннего сгорания 16, который работает на природном газе. В этот момент сгорает кислород, содержащийся в воздухе, который является важнейшим элементом для жизни человека. Поэтому лучше электроэнергию использовать не от электрического генератора - двигателя, а от гидроэлектростанции, ветровой электростанции и солнечных батарей (на фиг.1 указанные электростанции не показаны). С появлением электрического тока в электрогенераторе 15 автоматически включается контактный переключатель 10, а контактный переключатель 11 и электрическая сеть за ним обесточена (на фиг.1 автоматическая система включения переключателей не показана). От электрогенератора 15 электрический ток по проводам 9 подается на первичные и вторичные обмотки трансформаторов 8 и провода накаливания 7 парогенератора 1. Одновременно разогреваются трубы 17, 18, расположенные над трубами 19 с горящими факелами, трубы 4, 5 и стенки оболочки парогенератора до температуры 700-1200°С. Затем включается электродвигатель и насос 25 (на фиг.1 автоматическая система включения контактного переключателя и включения электродвигателя насоса не показаны). Давление воды в емкости 26 равно нулю. Вода из емкости самотеком стекает в насос 25, который развивает давления воды 10-40 МПа в трубах 17, 18, 4, 5. Вода в трубах 17, 18 над горящими факелами разогревается до температуры 40-50°С в начальный момент, а в процессе работы парогенератора до температуры 80-90°С, а конец труб 4, 5 превращается в перегретый пар с температурой 550°С и давлением 10-40 МПа, который по трубопроводу подается в турбину 14, приводя ее во вращение и ротор электрогенератора 13. С обмоток статора электрогенератора электрический ток поступает в основной трансформатор 12 и общую электрическую сеть.

В этот момент времени автоматически контактный переключатель 10 включается, а контактный переключатель 11 выключается, электрогенератор 15 и двигатель 16 внутреннего сгорания также выключаются (на фиг.1, автоматическая схема включения и отключения контактных переключателей, электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания не показана).

С этого момента времени электрический ток на трансформаторы 8, электродвигатель насосов 25, 33, 38 и электродвигатели компрессоров завода по сжижению природного газа и в электрическую сеть для освещения (на фиг.1 электродвигатели и компрессора не показаны) подается только от тепловой электростанции.

Из турбины 14 отработанный пар подается по трубопроводу спиралеобразной или змееобразной формы 31, расположенному в емкости 32, заполненной холодной водой насосом 33, охлаждается до температуры 150-180°С. Затем пар поступает в спиралеобразный или змееобразный трубопровод 29, расположенный в емкости 30, охлаждается до температуры 60°С, превращаясь в воду, и по трубопроводу вода перемещается в фильтр 28 для ее очистки, трубопроводу 27 в емкость 26 и самотеком подается в насос 25, образуя при этом замкнутую систему перемещения воды и пара.

Поскольку насос 33 подает холодную воду беспрерывно в емкости 30, 32 и она от трубопроводов 29, 31 нагревается, то ее можно использовать в отопительной системе завода по сжижению природного газа и нефтеперерабатывающего завода.

Здесь предложен один из вариантов ее использования. Нагретая вода в нижней части емкости 32 до температуры 100-120°С и нагретая вода в верхней части емкости 30 до температуры 50-60°С насосом 33 подается по каналам указанных емкостей и трубам в емкость 36, и разнотемпературная вода в ней смешивается.

При температуре воды свыше 60°С от датчика температуры 37 срабатывает автоматическая система управления температурой, включается контактный переключатель, и ротор электродвигателя поворачивает вентиль 35 и открывает трубопровод, по которому насос 33 подает холодную воду в емкость 36. При достижении температуры воды 60°С в емкости 36 включается электродвигатель и насос 38, развиваемый давление воды 10-40 МПа, подает воду в трубы 39, 40 парогенератора 41, которая нагревается до температуры 550°C с давлением 10-40 МПа и направляется в тепловую сеть 42 для отопления зданий (на фиг.1 автоматическая схема управления датчика температуры, электродвигателя вентиля и электродвигателя насоса не показаны).

Тепловая электростанция при использовании электрического тока и тепловой энергии при сжижении природного газа и кислорода завода по снижению природного газа, построенного на острове Сахалин, и нефтеперерабатывающего завода, для разогрева труб и воды в трубах для получения пара в парогенераторах работает в замкнутом цикле, экологически чистая и безопасная для человека и окружающей среды. Кислород в безвоздушном пространстве парогенератора не сгорает, а, следовательно, человеку гарантированна жизнь и здоровья на планете земля. Использование тепловой энергии горящих факелов для нагрева воды в трубах до температуры 80-90°С позволяет уменьшить количество трансформаторов и нагревательных элементов и расход электроэнергии для получения перегретого пара, но горящие факелы природного газа сжигают большое количество кислорода, важнейшего для жизни человека (1 кг природного газа сжигает 1,5 кг кислорода).