Предлагаемая схема работает следующим образом:
- В результате горения топлива в топке 1 нагревается теплообменник-перегреватель 2, при этом образуется острый пар с давлением, равным давлению, развиваемому питательным насосом 15.
- Полученный острый пар проходит по трубопроводу 19 через высокотемпературную полость теплообменника парового рекуператора 20, преобразуется и через 6 направляется в турбину 7.
- От высокотемпературной полости парового рекуператора 20 происходит отдача теплоты от острого пара численно равной 0,3 от латентной теплоты при конденсации отработанного пара.
- После отдачи латентной теплоты, острый пар преобразуется (трансформируется) в перегретый свежий пар, который поступает по трубопроводу 6 в турбину 7.
Данный, пар обладает особыми свойствами:
- Давление равно рабочему давлению острого пара.
- Массовый расход равен расходу острого пара.
- Пониженной температурой.
- Повышенной плотностью.
- При поступлении в турбину 7 свежий пар отдает свою потенциальную энергию и сообщает вращательное движение электрическому генератору 8. При этом происходит расширение пара, охлаждение и последующая конденсация. В связи с этим, общий объем в каждой последующей ступени турбины 7 уменьшается.
- Образовавшийся конденсат поступает в редуктор — сепаратор сбора конденсата 9, а остатки мятого пара направляются в конденсатор 11, где охлаждается и конденсируется.
- По трубопроводам 12, 13 и 14 происходит всасывание конденсата насосом 15.
- Сжатый конденсат по трубопроводу 16 подается в подогревательную секцию топливного теплообменника 3.
- После подогревательной секции теплообменника 3, поток конденсата делится на две части, основной и поглощенный потоки.
- Одна часть (основной) потока направляется в испарительную секцию теплообменника 3 и через сепаратор 17, трубопровод 18 влажный пар поступает в теплообменник перегреватель 2.
- Вторая часть (поглощенный) горячего конденсата по трубопроводу 21 поступает в паровой рекуператор 20, где происходит его преобразование во влажный пар.
- Из парового рекуператора 20 через сепаратор 22 и трубопровод 23 влажный пар поступает в теплообменник перегреватель 2.
- Далее цикл повторяется, начиная с п. 1.
Теоретические расчеты и выводы:
В рамках проведенных работ над проектом были произведены теоретические расчеты, доказывающие эффективность предлагаемого технического решения.
- Параметры перегретого пара:
2. Теплофизические свойства пара при заданных параметрах:
- iпе = 3516,24 кДж/кг.
- iп = 2744,76 кДж/кг.
- r = 1389,33 кДж/кг.
где
- iпе — энтальпия перегретого пара.
- iп — энтальпия сухого насыщенного пара.
- r — теплота парообразования.
- Параметры конденсации пара:
- P = 1,12 ат.
- tкон = 17,51 оС.
- iп = 2460,19 кДж/кг, — энтальпия сухого насыщенного пара.
- r = 2533,64 кДж/кг, — теплота конденсации.
- rk = 0,3 * r = 0,3 * 2533,64 = 760,09 кДж/кг, — теплота конденсации в количестве 0,3 (30%) от потока пара в системе.
- Необходимое количество теплоты (Проект) на парообразование поглощенного потока в зоне высокой температуры:
- Qисп(к) = (0,3 * r) G = (0,3 * 1389,33) G = 416,8 G кДж/кг.
- Количество теплоты перегретого острого пара:
- Qпе = G ( iпе — iп ) = (3516,24 — 2744,76) G = 771,5 G кДж/кг.
- Избыток теплоты перегретого свежего пара перед турбиной:
- А = Qпе — Qисп(к) = (771,5 – 416,8) G = 354,7 G кДж/кг.
Существует естественная физическая диспропорция затрат теплоты на процессы парообразования и конденсации в горячей и холодной зонах замкнутого термодинамического цикла.
В рамках исходных и конечных параметров рабочего агента, расчеты показывают, что нет отклонений от действующих требований норм эксплуатации КЭС.
Из теоретических расчетов следует, что предлагаемое техническое решение является работоспособным.
Предложенная схема дает следующие преимущества:
- Разделение горячего конденсата на основной и поглощенный потоки;
- Поток, поглощаемый латентную теплоту, позволяет использовать бросовые потери от рабочего агента при конденсации его путем образования параллельного замкнутого контура системы;
- Экономия тепловой энергии топлива, затрачиваемой на испарение подогретого жидкого конденсата в замкнутой высокотемпературной части системы станции;
- Предложенная теплосиловая схема превосходит все существующие и цикл Ренкина по экономичности, уменьшает тепловое и экологическое загрязнение атмосферы.
Выше наглядно описано за счет чего достигается экономия топлива до 30% в производстве полезной электрической энергии и улучшении экологии при реализации Проекта.