PL217172B1 - Elektrownia parowa z hermetycznym turbogeneratorem parowym - Google Patents

Abstract

Elektrownia parowa z hermetycznym turbogeneratorem parowym z głównym obiegiem cieplnym pracującym na niskowrzącym czynniku, biegnącym od podgrzewacza (6) i wytwornicy pary (5) do turbiny (2) umieszczonej wraz z generatorem elektrycznym (3) wewnątrz wspólnego szczelnego korpusu (1), następnie do skraplacza (7), zbiornika buforowego (14) i przez pompę obiegową (8) do podgrzewacza (6), gdzie czynnikiem chłodzącym generator elektryczny (3) jest rozprężona para czynnika roboczego, przy czym wlot sprężonej pary czynnika roboczego umiejscowiony jest w korpusie (1) przed turbiną (2), a wylot rozprężonej pary czynnika roboczego umiejscowiony jest w korpusie (1) za generatorem (3) charakteryzuje się tym, że ma dodatkowy, wewnętrzny obieg cieczy czynnika roboczego do smarowania łożysk ślizgowych zespołu wirującego turbogeneratora, który składa się z przewodu zasilającego (12) połączonego z głównym obiegiem czynnika roboczego za pompą obiegową (8), z korpusów łożysk ślizgowych turbogeneratora oraz przewodu odprowadzającego (10) połączonego ze zbiornikiem buforowym (14) a także z zawierającego pompę awaryjną (15) przewodu (18) idącego od zbiornika buforowego (14) do przewodu zasilającego (12), przy czym na przewodach (12) i (18), przed punktem ich połączenia, znajdują się zawory zwrotne, odpowiednio (16) i (17).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest elektrownia parowa z hermetycznym turbogeneratorem parowym z obiegiem cieplnym elektrowni, w których jako czynniki obiegowe stosuje się czynniki robocze niskowrzące inne niż woda oraz elektrownia parowa z hermetycznym turbogeneratorem parowym. Elektrownia wykorzystuje organiczny obieg Rankine'a (elektrownia ORC).

Znany jest z opisu polskiego zgłoszenia wynalazku P 390472 hermetyczny turbogenerator parowy stosowany w elektrowniach parowych z obiegiem cieplnym pracującym na niskowrzącym czynniku roboczym, w którym czynnikiem chłodzącym generator elektryczny, umieszczony wraz z turbiną parową wewnątrz wspólnego szczelnego korpusu, jest rozprężona w turbinie parowej para czynnika roboczego. Wlot sprężonej pary czynnika roboczego umiejscowiony jest w korpusie przed turbiną parową. Wylot rozprężonej pary czynnika roboczego umiejscowiony jest w korpusie za generatorem elektrycznym. Z opisu wynalazku GB1083239 znany jest system generowania mocy, w którym czynnik jest ogrzewany w wytwornicy pary, rozprężany na turbinie, chłodzony w skraplaczu do cieczy i następnie podawany do wytwornicy pary, przy czym czynnikiem roboczym jest tiofen. W rozwiązaniu tym tiofen jest czynnikiem smarującym łożyska turbiny. Rozwiązanie to nie dotyczy turbogeneratora hermetycznego oraz nie zawiera przewodu odprowadzającego z łożysk czynnik smarujący w fazie ciekłej. Z opisu wynalazku US 29561550 znana jest przenośna mikro-elektrownia pracująca na obiegu pary rtęci. Układ zawiera hermetyczny turbogenerator i smarowanie łożysk zespołu wirującego za pomocą czynnika roboczego w stanie ciekłym, podawanego pod niskim ciśnieniem ze skraplacza. Rozwiązanie nie dotyczy turbogeneratora chłodzonego parą czynnika roboczego i nie nadaje się do przypadków, gdy czynnikiem roboczym jest czynnik niskowrzący. Z opisu wynalazku US 20110047958 znana jest elektrownia parowa zawierająca turbinę z generatorem, czynnik roboczy zmieszany ze smarem, parowacz, skraplacz, pompę. Czynnikiem roboczym jest mieszanina HFE i smaru w postaci fluorowego oleju. Część czynnika roboczego, o dużej zawartości środka smarującego, wydzielana jest w wytwornicy pary i służy do smarowania łożysk tocznych. Z międzynarodowej publikacji WO 9205342 znana jest metoda zabezpieczania smarowania łożysk w hermetycznej maszynie wysokoobrotowej pracującej w obiegu ORC, w której to metodzie w przypadku awaryjnego zatrzymania pracy głównego obiegu parowacz, poprzez połączenie z maszyną wysokoobrotową i odpowiedni system zaworów, zabezpiecza smarowanie łożysk wirnika wykorzystując narastające w nim ciśnienie. Rozwiązanie to nie dotyczy hermetycznego turbogeneratora chłodzonego parą czynnika roboczego oraz nie uwzględnia bezwładności procesów cieplnych w parowaczu, wskutek której awaryjne zasilanie łożysk nie jest w rzeczywistości możliwe. Znana jest z opisu polskiego zgłoszenia wynalazku P 390472 elektrownia parowa z hermetycznym turbogeneratorem parowym, w której czynnikiem chłodzącym generator elektryczny, umieszczony wraz z turbiną parową wewnątrz wspólnego szczelnego korpusu, jest rozprężona para czynnika roboczego. Wlot sprężonej pary czynnika roboczego umiejscowiony jest w korpusie przed turbiną parową. Na turbinie parowej rozpręża się czynnik roboczy. Wylot rozprężonej pary czynnika roboczego umiejscowiony jest w korpusie za generatorem elektrycznym. Rozprężona para czynnika roboczego omywając generator elektryczny chłodzi go odbierając od niego ciepło.

Celem wynalazku jest stworzenie rozwiązania pozwalającego na smarowanie łożysk ślizgowych w hermetycznym turbogeneratorze chłodzonym parą czynnika obiegowego, pracującym w typowej elektrowni parowej ORC o średniej wielkości mocy, bez obniżenia sprawności elektrowni i z pominięciem dodatkowych czynników smarujących oraz posiadającym skuteczne zabezpieczenie łożyskowania zespołu wirującego przed skutkami awarii głównego obiegu cieplnego elektrowni.

Elektrownia parowa z hermetycznym turbogeneratorem parowym według wynalazku, z pracującym na nisko wrzącym czynniku obiegiem cieplnym biegnącym od podgrzewacza i wytwornicy pary do turbiny umieszczonej wraz z generatorem elektrycznym na wspólnym wale wewnątrz wspólnego szczelnego korpusu, następnie do skraplacza, zbiornika buforowego i przez pompę obiegową do podgrzewacza, który to obieg cieplny stanowi główny obieg czynnika roboczego. Czynnikiem chłodzącym generator elektryczny jest rozprężona para czynnika roboczego i wlot sprężonej pary czynnika roboczego umiejscowiony jest w korpusie przed turbiną parową, a wylot rozprężonej pary czynnika roboczego umiejscowiony jest w korpusie za generatorem elektrycznym. Istota wynalazku polega na tym, że ma dodatkowy, wewnętrzny obieg cieczy czynnika roboczego do smarowania łożysk ślizgowych składający się z przewodu zasilającego, połączonego z głównym obiegiem czynnika roboczego za pompą obiegową, z korpusów łożysk ślizgowych i przewodu odprowadzającego zasadniczą część

PL 217 172 B1 cieczy do zbiornika buforowego znajdującego się przed pompą obiegową. Pozostała część cieczy rozprężona w uszczelnieniach łożysk do postaci parowej kierowana jest do skraplacza głównym obiegiem czynnika roboczego wraz ze strumieniem pary wylotowej z turbiny. Do przewodu zasilającego łożyska doprowadzony jest ze zbiornika buforowego dodatkowy przewód zasilający zawierający awaryjną pompę zasilania łożysk, na wypadek awarii głównej pompy obiegowej. Na wymienionych wyżej przewodach zasilających łożyska, przed miejscem ich złączenia, znajdują się zawory zwrotne.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest to, że pozwala ono na długookresowe smarowanie łożysk turbogeneratora, w odróżnieniu do znanego hermetycznego turbogeneratora. Dodatkowo pozwala ono na smarowanie łożysk ślizgowych zapewniających długotrwałą nieprzerwaną pracę turbogeneratora wymaganą dla warunków przemysłowych. Rozwiązanie według wynalazku pozwala na doprowadzenie czynnika smarującego - cieczy czynnika roboczego - pod wysokim ciśnieniem w stosunku do ciśnienia panującego na zewnątrz łożyska. Zaletą rozwiązania jest to, że nie wprowadza dodatkowego czynnika smarującego tylko wykorzystuje czynnik roboczy, co zapewnia jednolitość i czystość czynnika roboczego, a co za tym idzie nie obniża sprawności elektrowni. W proponowanym rozwiązaniu nie trzeba dodatkowo uszczelniać łożysk i zabezpieczać ich przed mieszaniem się smaru z czynnikiem roboczym. Takie rozwiązanie eliminuje konieczność stosowania skomplikowanego układu wychwytywania i separacji oleju stosowanego w standardowych rozwiązaniach w łożyskach jako środka smarującego. Dodatkowo, ponieważ układy wychwytywania i separacji nie działają perfekcyjnie, smarowanie łożysk czynnikiem roboczym eliminuje konieczność okresowej wymiany kosztownego czynnika roboczego w obiegu elektrowni ze względu na jego zanieczyszczenie pogarszające sprawność pracy elektrowni. Istotną zaletą rozwiązania według wynalazku jest skuteczne zabezpieczenie zespołu łożyskowego układu wirującego turbogeneratora przed skutkami awarii głównego obiegu cieplnego elektrowni.

Niniejszy wynalazek jest bliżej przedstawiony w poniższym przykładzie wykonania i na rysunku, na którym przedstawiono elektrownię parową z dodatkowym wewnętrznym obiegiem cieczy roboczej do smarowania łożysk.

Obieg parowy elektrowni ORC służy do konwersji niskotemperaturowego ciepła na energię elektryczną. W głównym obiegu krąży specjalny czynnik roboczy, najczęściej organiczny. Czynnik roboczy przepływa przez podgrzewacz 6 i wytwornicę pary 5, w których odbiera ciepło od nośnika energii 9. Następnie czynnik roboczy w postaci gorącej pary kierowany jest do turbiny 2, w której wskutek jego rozprężenia generowana jest moc mechaniczna. Turbina poprzez połączenie wałem 4 napędza generator 3. Turbina 2 i generator 3 umieszczone są we wspólnym hermetycznym korpusie 1. Generator 3 chłodzony jest parą czynnika organicznego płynącą z wylotu turbiny, rozprężoną i mającą obniżoną temperaturę. Para czynnika, po opuszczeniu przestrzeni wewnątrz wspólnego korpusu 1, kierowana jest przewodem 13 kolejno do skraplacza 7, w którym dzięki czynnikowi chłodzącemu 11 jest schładzana i skraplana. Powstała ciecz czynnika roboczego płynie ze skraplacza 7 poprzez zbiornik buforowy 14 do pompy 8, a następnie kierowana jest ponownie do podgrzewacza 6 i cały cykl się powtarza. Do głównego obiegu czynnika roboczego dołączony jest dodatkowy, wewnętrzny obieg cieczy czynnika roboczego pozwalający na smarowanie łożysk ślizgowych bez dodatkowego czynnika, tylko czynnikiem roboczym. Za pompą obiegową 8 przyłączony jest przewód zasilający 12 doprowadzający pod wysokim ciśnieniem ciecz czynnika roboczego do korpusu łożysk wału 4. Ciecz czynnika roboczego smaruje łożyska jednocześnie się rozprężając. Wylot rozprężonej cieczy czynnika roboczego z korpusu łożysk połączony jest z przewodem odprowadzającym 10 czynnik roboczy do zbiornika buforowego 14. Część cieczy rozprężona w uszczelnieniach łożysk do postaci parowej kierowana jest do skraplacza przewodem 13 wraz z głównym strumieniem pary wylotowej z turbiny. Do przewodu zasilającego 12 doprowadzającego ciecz czynnika roboczego do łożysk dołączony jest przewód 18 biegnący od zbiornika buforowego 14 i zawierający awaryjną pompę 15 dla zasilania łożysk. Na przewodach 12 i 18, przed punktem ich połączenia, znajdują się zawory zwrotne, odpowiednio 16 i 17. W przypadku awarii głównej pompy 8 bądź innej przyczyny spadku ciśnienia w głównym obiegu czynnika roboczego odpowiedni układ automatyki elektrowni odłączy generator od sieci i załączy jednocześnie pompę awaryjną 15, umożliwiając wybieg zespołu wirującego turbogeneratora bez uszkodzenia łożysk.

Claims (1)

1. Elektrownia parowa z hermetycznym turbogeneratorem parowym, z pracującym na niskowrzącym czynniku obiegiem cieplnym biegnącym od podgrzewacza i wytwornicy pary do turbiny umieszczonej wraz z generatorem elektrycznym wewnątrz wspólnego szczelnego korpusu, następnie do skraplacza, zbiornika buforowego i przez pompę obiegową do podgrzewacza, gdzie czynnikiem chłodzącym generator elektryczny jest rozprężona para czynnika roboczego, przy czym wlot sprężonej pary czynnika roboczego umiejscowiony jest w korpusie przed turbiną parową, a wylot rozprężonej pary czynnika roboczego umiejscowiony jest w korpusie za generatorem elektrycznym, znamienna tym, że ma dodatkowy, wewnętrzny obieg cieczy czynnika roboczego smarującej łożyska ślizgowe turbogeneratora i obieg ten składa się z przewodu zasilającego (12) ciecz połączonego z głównym obiegiem czynnika roboczego za pompą obiegową (8), z korpusów łożysk ślizgowych wału (4) i z przewodu odprowadzającego ciecz (10) połączonego z głównym obiegiem czynnika roboczego za skraplaczem, korzystnie w miejscu zbiornika buforowego (14) przed pompą obiegową (8) oraz z przewodu (18) wychodzącego ze zbiornika buforowego (14) i poprzez pompę awaryjną (15) połączonego z przewodem zasilającym (12), przy czym na przewodzie zasilającym (12) i przewodzie (18), przed punktem ich połączenia, znajdują się zawory zwrotne, odpowiednio (16) i (17).