Парна електроцентрала

Полезният модел се отнася до топлоелектрически централи. По-специално, за парни електроцентрали, работещи с нискокипящи вещества.

Целта на полезния модел е да намали загубите на енергия за задвижването на компресора и да създаде високоефективна пароелектрическа централа с добро работно вещество.

Това се постига с факта, че работният флуид в парната електроцентрала е едноатомен газ ксенон, освен това инсталацията има тристепенен компресор и три топлообменника, които са свързани последователно с парната машина втора степен, с междинен съд и отново с компресор, докато междинният съд е допълнително свързан чрез тръбопровод с сепаратор за течности, с помпа, с топлообменници, с нагревател и с парен котел.

По този начин, в парна електроцентрала, в която едноатомният газ ксенон е работна среда, ефективният КПД може да се увеличи чрез втория парен двигател и чрез охлаждане на околната среда, т.е. въздух или вода.

Такава работна течност обаче не позволява много икономичен термодинамичен цикъл, тъй като хелият има ниско критично налягане и много ниска критична температура, а титановият тетрахлорид има нисък адиабатен индекс.

Известна е и затворена паротурбинна инсталация за нискокипящи вещества, съдържаща парен котел, турбина, сепаратор за течности, компресор, кондензатор-топлообменник, помпи и нагревател (виж например полезен модел № 48364, IPC F 01K 25/10, 2005 г.).

Въглеродният диоксид обаче има висока точка на замръзване и значително сублимационно налягане.

Най-близкият аналог, приет запрототипът е парна електроцентрала, съдържаща парен котел, свързан последователно чрез парна линия с парна машина, с течен сепаратор, с компресори и кондензатори (вижте например полезен модел № 47442, IPC F 01 K 13/00, 2005).

В тази инсталация обаче се изразходва твърде много енергия за задвижване на компресора, тъй като при двустепенна компресия съотношението на налягането в компресора е много голямо и следователно водната пара ще бъде силно прегрята. Поради тези причини намаляването на температурата на водната пара по време на процеса на компресия е едно от основните условия за работата на парната електроцентрала, освен това водата има висока критична температура и високо критично налягане, което води до сложността на инсталацията.

Това се постига с факта, че работната течност в парната електроцентрала е едноатомен газ ксенон, освен това инсталацията има тристепенен компресор

и три топлообменника, които са свързани последователно с втория парен двигател, с междинния съд и отново с компресора, докато междинният съд е допълнително свързан чрез тръбопровод към сепаратора на течността, към помпата, към топлообменниците, към нагревателя и към парния котел.

На фигурата е показана схема на парна електроцентрала.

Пароелектрическата централа включва парен котел 1, свързан последователно през паропровод 2 с парна машина 3 от първия етап, с течен сепаратор 4, с компресор 5 от първия етап, с топлообменник 6, с компресор 7 от втория етап, с междинен топлообменник 8, с компресор 9 от третия етап, сдопълнителен топлообменник 10, с парен двигател 11 от втория етап, с междинен съд 12 и отново с компресор 5, докато междинният съд 12 е допълнително свързан чрез тръбопровод 13 с течен сепаратор 4, с помпа 14, с топлообменници 6, 8, 10, с нагревател 15 и с парен котел 1. В допълнение, валът на парната машина 3 на първият етап е свързан към вала на електрическия генератор 16, а валът на двигателя 11 на втория етап е свързан към вала на електрическия генератор 17.

Парната електроцентрала работи по следния начин.

Мокра ксенонова пара с първоначални параметри: налягане p 1=58,28 bar, температура T 1=290°K, плътност на парата 1''=1100 kg/m 3 от парния котел 1 през паропровода 2 постъпва в парната машина 3, където частично кондензира и адиабатно се разширява и се превръща в електричество с помощта на електрически генератор 16, свързан към турбината на парната машина. 3. При адиабатно разширение на мокра пара 8 пъти и адиабатичен индекс от 1,67, налягането на парата на изхода на турбината ще бъде около 37 пъти по-малко, отколкото в котела, а плътността на парата ще бъде около 77 пъти по-малка и ще бъде: p 2 \u003d 1,5 bar, 2 '' \u003d 14,24 kg / m 3, при T 2 \u0 03d 172 ° K, т.е. масата на течността на изхода на парната машина ще бъде приблизително 8,5 пъти по-голяма от масата на парата. След това парата и кондензатът се изпращат в сепаратора за течности 4, където се разделят на пара и течност. След това парата се компресира от компресора 5 на първия етап и се инжектира в топлообменника 6, в който се охлажда до температура от 184°К. На изхода на компресора 5 от първата степен парата е с налягане р 3=2,7 бара, при температура Т 3=223°К и степен на компресия =1,4. След това парата се компресира от компресора 7 на втория етап и се впръсква в междинния топлообменник 8, в който се охлажда до температура 198°К. на изхода на компресора 7 от втората степен, парата иманалягане 4,8 bar, при 239°K и

степен на компресия =1,4. От междинния топлообменник парата навлиза в компресора 9 на третия етап, където се компресира до налягане от 9 бара и се подава в допълнителен топлообменник 10. В допълнителния топлообменник 10 парата се охлажда до температура от приблизително 215 ° K при постоянно налягане и навлиза в парната машина 11 на втория етап, където частично се кондензира и се разширява адиабатно. При адиабатно разширение на мократа пара от 2,8 пъти и адиабатен индекс от 1,67, налягането и плътността на парата на изхода на парната машина 11 от втория етап ще бъде приблизително 5-6 пъти по-малка, отколкото преди да влезе в турбината и ще бъде p=1,5 bar, p''=14,23 kg/m 3, при T=172°K, т.е. масата на парата и течността ще бъде приблизително същото, така че производителността на турбината на втория етап трябва да бъде два пъти по-голяма от първата. След това парата и течността се изпращат в междинния съд 12, където се разделят на пара и течност. След това парата през паропровода 2 отново влиза в компресора 5 на първия етап. И кондензатът от сепаратора за течност 4 и междинния съд 12 се изпомпва от помпата 14 през тръбопровода 13 в топлообменника 6, в междинния топлообменник 8 и в допълнителния топлообменник 10, където течността се нагрява до температура 205-210 ° К и се подава в нагревателя 15. В нагревателя 15 течността отново се нагрява от топлина от околната среда. След това течността се подава в парния котел 1 и цикълът е завършен.

Парна електроцентрала, съдържаща парен котел, свързан последователно чрез паропровод с парадвигател, с течен сепаратор, с компресори и кондензатори, характеризиращ се с това, че работната среда в парната електроцентрала е едноатомен газ ксенон, освен това инсталацията има тристепенен компресор и три топлообменника, които са свързани към парната машина втора степен, към междинния съд и отново към компресора, докато междинният съд е допълнително свързан чрез тръбопровод към сепаратора за течности, към помпа, към топлообменници, към нагревател и към стена съм бойлер.