CZ7672U1 - Tepelně energetické zařízení - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká tepelně energetických zařízení tvořených alespoň jedním zařízením pro ohřev pracovního media a alespoň jedním tepelným motorem.

Dosavadní stav techniky

Tepelně energetická zařízení, v nichž dochází ke kompresi, ohřevu a následné expanzi pracovního media při přeměně na mechanickou/elektrickou energii, pracují na principu Camotova cyklu. Účinnost zařízení je tím vyšší, čím je vyšší teplota a tlak pracovního media na vstupu do tepelného motoru, kterým může být např. parní nebo plynová turbina, a čím je naopak nižší teplota a tlak na výstupu. Nejvyšší účinnosti při přeměně tepelné energie na mechanickou se dosahuje ve velkých klasických parních elektrárnách, v nichž turbiny zpracovávají páru na vstupu o teplotě nad 500 °C a tlaku ca 20 MPa na hodnoty desítek stupňů a vakua.

Vedle těchto zařízení konstruovaných výhradně pro výrobu elektrické energie ve velkých objemech se provozují teplárenská zařízení, která kromě výroby elektřiny dodávají teplo odběratelům tepla, a dále různé náhradní zdroje elektrické energie, u nichž se účinnosti transformace tepelné energie na elektrickou nevěnuje příliš velká pozornost. U tepelně energetických zařízení sloužících zároveň k vytápění, mohou klesat, zejména v letním období, odběry tepla z pracovního media po průchodu turbinou a tím se snižuje účinnost Camotova cyklu. U spalovacích turbin, které nepracují v paroplynovém cyklu, odchází část využitelného tepla se spalinami do vzduchu. Nevýhodou popsaných zařízení dále je, že veškerou tepelnou energii, která je k dispozici, musejí využít v reálném čase; teplo, které není okamžitě využito, se ztrácí.

Technické řešení si klade za úkol potlačit uvedené nevýhody popsaných známých tepelně energetických zařízení.

Podstata technického řešení

Uvedený úkol řeší tepelně energetické zařízení tvořené alespoň jedním zařízením pro ohřev pracovního media a alespoň jedním tepelným motorem, jehož podstata spočívá v tom, že na výstupu z tepelného motoru je zapojen akumulátor tepla integrovaný se zařízením k výměně tepla mezi teplejším pracovním mediem a chladnějším pracovním mediem.

Zařízením pro ohřev pracovního media může být parní kotel a tepelným motorem parní turbina, přičemž akumulátor tepla je napojen na výstup páry z turbiny. Akumulátor tepla může být napojen na vstup napájecí vody do parního kotle. Akumulátor tepla může mít přívod čerstvé napájecí vody. Výstup akumulátoru tepla může být napojen na ekonomizérový stupeň nebo varný stupeň parního kotle.

V dalším provedení může být tepelně energetické zařízení tvořeno alespoň dvěma systémy, jejichž součástí je parní kotel a parní turbina a které se vzájemně liší tlakem páry na vstupu do turbiny, přičemž akumulátor tepla je propojen s výstupem turbiny systému o vyšším tlaku a se vstupem do turbiny systému o nižším tlaku.

Přitom akumulátor může být napojen na výstup páry z koncového stupně turbiny nebo na výstup páry z prvního stupně nebo mezistupně turbiny.

Akumulátor může být zařazen mezi dva stupně turbiny. V tom případě je akumulátor napojen na výstup páry z nižšího stupně parní turbiny a na vstup do vyššího stupně téže parní turbiny.

- 1 CZ 7672 Ul

Zařízením pro ohřev pracovního media může být spalovací komora, tepelným motorem plynová turbina a tepelně energetické zařízení je pak vybaveno kompresorem, přičemž akumulátor tepla je napojen na výstup spalin z plynové turbiny. Akumulátor může být napojen na vstup stlačeného vzduchu do spalovací komory nebo na vstup vzduchu do kompresoru.

Tepelně energetické zařízení může být tvořeno alespoň jedním systémem zahrnujícím spalovací komoru a spalovací turbinu a alespoň jedním systémem zahrnujícím parní turbinu, přičemž akumulátor teplaje napojen na výstup spalovací komory a na vstup parní turbiny.

V tepelně energetickém zařízení mohou být zařízení pro ohřev pracovního media a tepelný motor integrovány v jednom prostoru, jak je tomu u plynové turbiny se vstřikem paliva do turbiny nebo u pístového spalovacího motoru, a akumulátor je napojen na výstup spalin z motoru.

Akumulátorem může být zásobník pracovního media nebo akumulační náplň odlišná od pracovního media. Akumulátorem může být i rozvodná soustava tepla.

Přehled obrázků na výkrese

Technické řešení bude dále objasněno pomocí výkresu, na kterém jsou schémata zapojení jednotlivých příkladů provedení tepelně energetických zařízení. Na obr. 1 až 5 jsou zapojení parního kotle, parní turbiny a akumulátoru, na obr. 6 je zapojení dvojitého systému parní kotel turbina s vřazeným akumulátorem, na obr. 7 a 8 jsou schémata zapojení plynové turbiny s akumulátorem a na obr. 9 je schéma kombinovaného paroplynového energetického zařízení s akumulátorem tepla.

Příklady provedení technického řešení

Tepelně energetické zařízení je obecně tvořeno zařízením pro ohřev pracovního media, kterým může být např. parní kotel I viz obr. 1 až 6 nebo spalovací komora 2 - víz obr. 7 až 9 a tepelným motorem, kterým může být parní turbina 3 nebo plynová turbina 4. Jako 11 je na obr. 4 označen ekonomizérový stupeň, jako 12 výpamíkový stupeň a jako 13 přehřívací stupeň kotle. Jako 5 je označen systém tepelných výměníků u odběratelů topné páry ajako 6 akumulátor tepla s integrovaným výměníkem tepla. 7 je kompresor plynové turbiny 4. Jako 8 je označeno sání spalovacího vzduchu ajako 9 výfuk spalin.

V zapojení parní turbiny 3 podle obr. 1 je do akumulátoru 6 tepla řazenému na vstupu do kotle I přiváděna pára z koncového stupně parní turbiny 3 obtokem systému 5 výměníků odběratelů tepla. Toto zapojení umožňuje např. v případě poklesu odběru tepla ohřívat pracovní medium na vstupu do kotle 1 a zároveň akumulovat teplo v akumulátoru 6 pro případ zvýšení odběru.

Zapojení podle obr. 2 je obdobné s tím rozdílem, že odběr páry do akumulátoru 6 je proveden z mezistupně turbiny 3.

Na obr. 3 je schéma provedení podle obr. 1 s přívodem 10 čerstvé napájecí vody do akumulátoru

6.

Obr. 4 znázorňuje alternativní možnost přívodu pracovního media z akumulátoru 6 před ekonomizérový stupeň 11, do ekonomizérového stupně 11 a do výpamíkového stupně 12.

Obr. 5 ukazuje zapojení akumulátoru 6 mezi dva sousední stupně parní turbiny 3 s tím, že je akumulátor 6 napojen na počátek prvního stupně turbiny 3.

Obr. 6 je příkladem použití akumulátoru 6 tepla k přenosu tepla a jeho akumulaci mezi dvěma energetickými systémy parní kotel i - parní turbina 3, ve kterém je akumulátor 6 zapojen na výstupu turbíny 3 systému o vyšším tlaku a vyšší teplotě pracovního media a na vstupu turbiny 3 systému o nižším tlaku a teplotě pracovního media.

-2CZ 7672 Ul

Obr. 7 a 8 ukazují příklady zapojení akumulátoru 6 v systému plynové turbiny 4, v příkladu na obr. 7 se předehřívá vzduch ve výtlaku kompresoru 7 a v příkladu na obr. 8 vzduch v sání kompresoru 7.

Na obr. 9 je příklad použití akumulátoru 6 tepla s integrovaným výměníkem u kombinovaného 5 paroplynového tepelně energetického zařízení, kde spaliny vystupující ze spalovací turbiny 4 ohřívají pracovní medium před vstupem do parní turbiny 3.

V uvedených příkladech provedení technického řešení vystupují zařízení pro ohřev pracovního media a tepelný motor jako dvě samostatné součásti tepelně energetického zařízení. Technické řešení se však týká rovněž případů, kdy je zařízení pro ohřev pracovního media integrováno do ío stejného prostoru jako tepelný motor, jako je tomu u spalovacích turbin s přímým vstřikem paliva nebo u pístových spalovacích motorů. Akumulátor s integrovaným výměníkem je u těchto zařízení napojen na výstup spalin.

Claims (3)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Tepelně energetické zařízení, tvořené alespoň jedním zařízením pro ohřev pracovního 15 media a alespoň jedním tepelným motorem, vyznačující se tím, že na výstupu z tepelného motoru je zapojen akumulátor (6) tepla integrovaný se zařízením k výměně tepla mezi teplejším pracovním mediem a chladnějším pracovním mediem.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že zařízením pro ohřev pracovního media je parní kotel (1) a tepelným motorem je parní turbina (3), přičemž akumulátor (6) teplaje

20 napojen na výstup páry z turbiny (3).

3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že akumulátor (6) tepla je napojen na vstup napájecí vody do parního kotle (1).

4. Zařízení podle nároku 2 nebo 3, vy z n a č uj í c í se t í m , že akumulátor (6) tepla má přívod (10) doplňované napájecí vody.

25 5. Zařízení podle nároků 2až5, vyznačující se tím, že výstup akumulátoru tepla (6) je napojen na vstup napájecí nádrže.

6. Zařízení podle nároků 2až5, vyznačující se tím, že výstup akumulátoru (6) teplaje napojen na ekonomizérový stupeň (11) nebo varný stupeň (12) parního kotle (3).

7. Zařízení podle nároků 2až6, vyznačující se tím, že je tvořeno alespoň dvěma

30 systémy, jejichž součástí je parní kotel (1) a parní turbina (3) a které se vzájemně liší tlakem páry na vstupu do turbiny (3), přičemž akumulátor (6) tepla je propojen s výstupem turbiny (3) systému o vyšším tlaku a se vstupem do turbiny (3) systému o nižším tlaku.

8. Zařízení podle nároků 2 až 7, vyznačující se tím, že akumulátor (6) je napojen na výstup páry z koncového stupně turbiny (3).

35 9. Zařízení podle nároků 2až7, vyznačující se tím, že akumulátor (6) je napojen na výstup páry z prvního stupně nebo mezistupně turbiny (3).

10. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že akumulátor (6) je zařazen mezi dva stupně turbiny (3) tak, že akumulátor (6) je napojen na výstup páry z nižšího stupně parní turbiny (3) a na vstup do vyššího stupně téže parní turbiny (3).

-3CZ 7672 Ul

11. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že zařízením pro ohřev pracovního media je spalovací komora (2), tepelným motorem plynová turbina (4) a tepelně energetické zařízení je vybaveno kompresorem (7), přičemž akumulátor (6) tepla je napojen na výstup spalin z plynové turbiny (4).

5 12. Zařízení podle nároku 11, vyznačující se tím, že akumulátor (6) je napojen na vstup stlačeného vzduchu do spalovací komory (2).

13. Zařízení podle nároku 11, vyznačující se tím, že akumulátor (6) je napojen na vstup vzduchu do kompresoru (7).

14. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že je tvořeno alespoň jedním ío systémem zahrnujícím spalovací komoru (2) a spalovací turbinu (4) a alespoň jedním systémem zahrnujícím parní turbinu (3), přičemž akumulátor (6) tepla je napojen na výstup spalovací komory (2) a na vstup parní turbiny (3).

15. Zařízení podle nároků 1 nebo llažl4, vyznačující se tím, že zařízení pro ohřev pracovního media a tepelný motor jsou integrovány v jednom prostoru a akumulátor (6)

15 teplaje napojen na výstup spalin z tepelně energetického zařízení.

16. Zařízení podle nároků lažlO, vyznačující se tím, že akumulátorem (6) je zásobník pracovního media.

17. Zařízení podle nároků lažl5, vyznačující se tím, že akumulátor (6) má akumulační náplň odlišnou od pracovního media.

20 18. Zařízení podle nároků 1 až 17, vyznačující se tím, že akumulátorem (6) je rozvodná soustava tepla.

3 výkresy