ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2099653
ЭКОНОМИЧНАЯ ТЕПЛОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ И СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ
Имя изобретателя: Мазий Василий Иванович
Имя патентообладателя: Мазий Василий Иванович
Адрес для переписки:
Дата начала действия патента: 1994.07.22
Использование: область энергетики, изобретение решает техническую задачу
утилизации солнечного тепла, рассеянного в земной атмосфере. Сущность изобретения:
экономичная тепловая электростанция (ЭТЭ) состоит из: котельной установки, в которой
последовательно смонтированы теплообменники паросиловой установки (ПСУ),
газотурбинного двигателя твердого топлива (ГТДТТ), аммиачной турбины. В состав ЭТЭ
входят паровая турбина, аммиачная турбина, воздушная турбина теплового насоса,
воздушный компрессор ГТДТТ и воздушный компрессор теплового насоса. Все турбины и
воздушные компрессоры смонтированы на одном валу, причем через дисковые муфты можно
отключать тепловой насос и выключать генератор электрического тока и наоборот
отключать генератор электрического тока и включать тепловой насос при выработке тепла
и холода. Способ работы ЭТЭ заключается в том, что горячие газы ГТДТТ после воздушной
турбины ГТДТТ подаются в топку котла, причем тепло, поглощаемое теплообменником ПСУ в
сумме с теплом, поглощаемым теплообменником ГТДТТ больше тепла, подводимого в топку
котельной установки с угольной пылью, кроме того, тепло конденсации паров воды
используется для парообразования жидкого аммиака.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к области энергетики. Преимущественная область использования зимой производство тепла,
преимущественная область использования летом производство электричества.
Существующие тепловые электростанции (ТЭЦ) используют тепло топлива, для производства
электроэнергии до 40%
Существующие котельные установки для производства (тепла) горячей воды используют
тепло топлива до 80%
Прототипом изобретения может быть тепловая электростанция [1] и способ работы тепловой
электростанции [2]
Основным недостатком парогазовых установок, вырабатывающих электроэнергию является
практическая невозможность их работы на чисто твердом топливе, а также относительно
низкие значения их коэффициентов полезного действия.
Основным недостатком котельных установок теплофикации является относительно низкий
их коэффициент полезного действия.
Цель изобретения значительное повышение КПД при работе ЭТЭ в режиме выработки
электроэнергии и значительное повышение КПД при работе ЭТЭ в режиме выработки тепла и
холода за счет утилизации солнечного тепла, рассеянного в земной атмосфере.
Сущность изобретения и его отличительные признаки от прототипа заключаются в
использовании находящихся в последовательной тепловой связи паросиловой установки (ПСУ),
газотурбинного двигателя твердого топлива (ГТДТТ) аммиачной турбины, при этом горячие
газы воздушной турбины ГТДТТ подаются в топку котельной установки. Конденсат аммиака
используется для охлаждения влажных паров воды ПСУ.
Влажные пары воды конденсируются и свое тепло конденсации передают жидкому аммиаку
для его парообразования.
Таким образом, тепло паров воды передается парам аммиака, уменьшая тем самым потери
тепла ПСУ в холодильнике.
На чертеже изображена принципиальная схема (ЭТЭ) экономической тепловой
электростанции.
Пример конкретного выполнения ЭТЭ показан на чертеже, где:
1 котельная установка (КУ),
2 паросиловая установка (ПСУ),
3 газотурбинный двигатель твердого топлива (ГТДТТ),
4 аммиачная турбина (АТ),
5 тепловой насос (ТН),
6 генератор электрического тока,
7 потребители горячей воды и холодного воздуха (жилые дома),
8 водяной насос теплофикации,
9 водяной конденсатор паров аммиака,
10 насос жидкого аммиака,
11 аммиачно-паровой теплообменник,
12 аммиачно-газовый теплообменник,
Паровая турбина, аммиачная турбина, газотурбинный двигатель твердого топлива,
генератор электрического тока и тепловой насос смонтированы на одном валу.
При этом при включении дисковой муфты "б" и отключении дисковой муфты "а" ЭТЭ
работает в режиме производства электроэнергии и наоборот, при включении дисковой
муфты "а" и выключении дисковой муфты "б" ЭТЭ работает в режиме производства
горячей воды (тепла) и холодного воздуха.
Работа ЭТЭ в режиме производства электроэнергии:
Дисковая муфта "а" отключена, дисковая муфта "б" включена.
В этом случае суммарное тепло от сгорания угольной пыли Qсм и подводимых в топку
котла горячих газов Qг поступает на теплообменники ПСУ, которая работает с
двойным перегревом и регенерацией пара. Оставшаяся часть тепла поступает на
теплообменник ГТДТТ, обеспечивая его работу.
Тепло, которое остается после теплообменника, ГТДТТ поступает к аммиачному
теплообменнику, причем количество аммиака, поступающее в теплообменник, должно
обеспечить конденсацию паров воды ПСУ с одной стороны, а количество паров воды ПСУ
должно обеспечить парообразование аммиака. Таким методом утилизируется тепло
конденсации водяного пара.
Технико-экономическая эффективность, конкретный термодинамический расчет. Работа ЭТЭ
в режиме производства электроэнергии.
Расчет начинаем из условий, что лопатки соплового аппарата и воздушной турбины ГТДТТ
работают при Т3 1023 K (750oC).
Принимаем
 c КПД воздушного компрессора 0,8;
p КПД воздушной турбины 0,9;
T2 температура воздуха после воздушного компрессора,  t
= 1073-1023 = 50º;
Tн стандартная температура воздуха 288 K;
QГТДТТ тепло, поступающее на теплообменник ГТДТТ
m коэффициент, учитывающий изменение теплоемкости воздуха с изменением его
температуры ~1,02;
l степень повышения давления воздуха в воздушной турбине 1,63;
Qт тепло, поглощаемое теплообменником ГТДТТ
Qт Cp(T3 T2) 0,275(1023 514) 140 ккал.
Qг тепло, отводимое от воздушной турбины ГТДТТ
Qг Qa1 + Qт Qэ
Qa1 тепло атмосферного воздуха.
Qa1 CpTн 0,24·288 69 ккал.
Qг=69 + 140 34,2 174,8 ккал.
Qa2 тепло, уходящее в атмосферу с горячими газами.
Принимаем: Tg 325 K
Qa2 325·0,24 78 ккал.
Qa2 тепло, поглощаемое аммиачно-газовым теплообменником.
Принимаем: Qa2 200 ккал.
QПСУ тепло, поглощаемое теплообменником парообразования.
Принимаем: QПСУ 200 ккал.
Принимаем условие, что тепло, поглощаемое теплообменником ГТДТТ, равно теплу,
сбрасываемому в топку котельной установки
Qт= Q12
где Q12 тепло, сбрасываемое в топку котельной установки после воздушной
турбины ТТДТТ с учетом атмосферного тепла Q12 = Q2-0,107Qсм
Отсюда:
С учетом утилизации тепла конденсации паров воды для парообразования жидкого аммиака
принимаем КПД аммиачной турбины
ат= 0,5
С учетом регенерации и двойного перегрева водяного пара паросиловой установки
принимаем КПД ПСУ
ПСЧ= 0,4.
В этом случае КПД экономичной тепловой электростанции (ЭТЭ) составит:
экономия топлива составляет более 40%
Работа экономической тепловой электростанции в режиме производства тепла и холода.
Муфта "а" включена, муфта "б" отключена. Коэффициент преобразования теплового
насоса рассчитываем по формуле
где l степень повышения давления воздуха в воздушном компрессоре теплового насоса,
 температура воздуха на
входе в сопловой аппарат воздушной турбины (ТН),
 температуре воздуха,
покидающего морозильные камеры.
Принимаем: Tн= 288 K; l = 1,4; c= 0,8;
p=
0,9;
Эффективный коэффициент полезного действия ЭТЭ, работающей в режиме производства
тепла и холода:
 0,66·2,356
1,55
то есть 57% тепла, от затраченного на его производство, отжимается из атмосферного тепла,
нагреваемого солнечными лучами. При сжигании 1000 кг угля получаем горячей воды и
холодного воздуха, эквивалентного сжиганию 2000 кг угля. Экономия 100% ЭТЭ в режиме работы
по производству тепла и холода утилизирует солнечное тепло, рассеянное в земной
атмосфере.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Экономичная тепловая электростанция, содержащая котельную установку с
теплообменником паросиловой установки, теплообменник газотурбинного двигателя,
газовый теплообменник и газовую турбину, установленную на одном валу с турбиной
газотурбинного двигателя, жидкостные насосы и генератор электрического тока,
отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД экономичной тепловой электростанции,
трубопровод выхода горячего воздуха газотурбинного двигателя связан (соединен) с
топкой котельной установки, в котельной установке применено твердое топливо, в газовом
теплообменнике и турбине применен аммиак, выход аммиачной турбины соединен с водяным
конденсатором паров аммиака, выход которого связан через насос жидкого аммиака с
аммиачно-паровым теплообменником, связанным с паросиловой установкой, которая
установлена на одном валу с газотурбинным двигателем твердого топлива и аммиачной
турбиной, причем вал при помощи дисковой муфты "а" связан с тепловым насосом, а при
помощи муфты "б" связан с генератором электрического тока.
2. Способ работы экономичной тепловой электростанции в режиме получения горячей воды и
холодного воздуха путем использования теплового насоса, отличающийся тем, что при
включении дисковой муфты "а" и выключении дисковой муфты "б" вырабатываемая
постоянная мощность поглощается тепловым насосом, утилизирующим подводимую мощность,
а также утилизирующим солнечное тепло, рассеянное в земной атмосфере, при максимальном
значении коэффициента преобразования теплового насоса, который при параметрах
где l степень повышения давления воздуха воздушного компрессора теплового насоса (ТН),
равная 1,4;
c - КПД воздушного компрессора ТН,
равный 0,8;
p - КПД воздушной турбины ТН, равный
0,9;
m - механический КПД ТН, равный 0,97;
- температура воздуха на
входе в сопловой аппарат воздушной турбины, равная 315К;
- температура воздуха на
выходе из морозильных камер, равная 270К;
Тн стандартная температура воздуха, равная 288К,
составляет TH 2,356.
Версия для печати
Дата публикации 07.01.2007гг
вверх
|
