Теплоэнергетическая установка

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Брестский государственный технический университет(72) Автор Северянин Виталий Степанович(73) Патентообладатель Учреждение образования Брестский государственный технический университет(57) Теплоэнергетическая установка, содержащая парогенератор, соединенный с турбиной с электрогенератором, после которой установлен конденсатор, и рекуперативные теплообменники, отличающаяся тем, что содержит осмотический элемент с рабочим телом в виде раствора поваренной соли в воде, выполненный в виде камеры, разделенной пористой перегородкой на две полости, рекуперативными теплообменниками являются подогреватель раствора поваренной соли, подогреватель конденсата, выполненный с возможностью использования тепла от горячего раствора поваренной соли после парогенератора, и экономайзер, выполненный с возможностью дополнительного подогрева конденсата сбросными газами после парогенератора, осмотический элемент установлен после подогревателя конденсата перед парогенератором по ходу рабочего тела, полость осмотического элемента с раствором поваренной соли повышенной концентрации соединена с парогенератором через подогреватель раствора поваренной соли, а полость осмотического элемента с раствором поваренной соли пониженной концентрации соединена с конденсатором через экономайзер и подогреватель конденсата.(56) Теплотехнический справочник. Т. 1. - М. Энергия, 1975. - С. 463-469.601347, 1978.2027028 1, 1995.4193267 , 1980. Теплоэнергетическая установка относится к промышленной теплоэнергетике и может быть использована для выработки электроэнергии на тепловых электростанциях. В энергетике явление осмоса пока используется редко. Известно 1 гидроэнергетическое сооружение, имеющее осмотические элементы с целью создания напора воды между верховой и низовой перемычками, это устройство можно использовать при контакте речной пресной воды и соленой морской, т.е. в устьях рек, впадающих в моря и океаны. Прототипом настоящего изобретения является обычная теплоэнергоустановка 2, используемая в тепловых электростанциях. Эта теплоэнергоустановка состоит из парогенератора, в топке которого сжигается органическое топливо, теплота передается рабочему телу из тепловой машины (двигателя) в виде паровой турбины, являющейся приводом электрогенератора. Необходимыми элементами являются конденсатор для конденсации пара после турбины и питательный насос н линии конденсата. Элементами, совершенствующими схему, являются промежуточные (регенеративные) подогреватели. Однако основными элементами, составляющими цикл Ренкина, являются котел-турбина-конденсаторнасос. Недостаток прототипа - использование в качестве устройства для повышения давления рабочего тела в энергетическом цикле питательного насоса - механической машины сложной дорогой конструкции (многоступенчатый насос с уплотнениями), требующей затрат энергии на привод. Цель настоящего изобретения - создание теплоэнергетической установки с меньшими затратами на производство энергии, чем в обычных установках на тепловых электростанциях. Задача, решаемая изобретением, состоит в том, чтобы уменьшить расход энергии на перемещение и повышение давления рабочего тела в термодинамическом цикле за счет использования явления осмоса. Технико-экономический эффект при этом будет заключаться в энергосбережении при производстве электрической энергии. Это достигается тем, что теплоэнергетическая установка, содержащая парогенератор,соединенный с турбиной с электрогенератором, после которой установлен конденсатор, и рекуперативные теплообменники, содержит осмотический элемент с рабочим телом в виде раствора поваренной соли в воде, выполненный в виде камеры, разделенной пористой перегородкой на две полости, рекуперативными теплообменниками являются подогреватель раствора поваренной соли, подогреватель конденсата, выполненный с возможностью использования тепла от горячего раствора поваренной соли после парогенератора, и экономайзер, выполненный с возможностью дополнительного подогрева конденсата сбросными газами после парогенератора, осмотический элемент установлен после подогревателя конденсата перед парогенератором по ходу рабочего тела, полость осмотического элемента с раствором поваренной соли повышенной концентрации соединена с парогенератором через подогреватель раствора поваренной соли, а полость осмотического элемента с раствором поваренной соли пониженной концентрации соединена с конденсатором через экономайзер и подогреватель конденсата. Принципиальная схема предлагаемой теплоэнергоустановки показана на чертеже, где обозначено 1 - парогенератор, 2 - турбина, 3 - электрогенератор, 4 - конденсатор, 5 - осмотический элемент, 6 - подогреватель раствора, 7 - подогреватель конденсата, 8 - экономайзер, 9 - пористая перегородка, 10 - полости, 11 - сбросные газы, 12 - конденсат, 13 раствор поваренной соли повышенной концентрации, 14 - раствор поваренной соли пони 2 6281 1 женной концентрации, 15 - раствор поваренной соли в воде, 16 - пары воды, 1 - подвод теплоты, 2 - отвод теплоты,- полезная работа. Теплоэнергоустановка состоит из парогенератора 1 (по сути это выпарной аппарат),который имеет топку для сжигания органического топлива или ядерный реактор. Горячий теплоноситель (продукты сгорания) проходит в трубках. Над зеркалом испарения расположены сепараторы для очистки пара от капель, а также пароперегреватель. Пароприводом парогенератор 1 соединен с турбиной 2, это обычная паровая турбина, вращающая ротор электрогенератора 3, например, переменного трехфазного тока. После турбины 2 установлен конденсатор 4 в трубки подается охлаждающая среда (вода, воздух), в межтрубном пространстве находится отработанный пар. Осмотический элемент 5 представляет собой камеру, связанную трубопроводами с вспомогательными рекуперативными теплообменниками подогревателем раствора 6, подогревателем конденсата 7и экономайзером 8. В схеме могут быть использованы конденсатный насос после конденсатора 4 и циркулярный насос на линии раствора после подогревателя конденсата 7. Пористая перегородка 9 делит осмотический элемент 5 на две полости 10. Газоходы для сбросного газа 11 связывают парогенератор 1 с экономайзером 8 и далее - с атмосферой. Конденсатор 4, подогреватель конденсата 7, экономайзер 8 связаны трубопроводом для конденсата 12. Осмотический элемент 5 подсоединен к парогенератору 1 трубопроводом для раствора поваренной соли повышенной концентрации 13,а левая полость 10 осмотического элемента 5 - к экономайзеру 8 трубопроводом для раствора поваренной соли пониженной концентрации 14. В парогенераторе 1 между трубок(в которых проходят продукты сгорания) находится раствор поваренной соли в воде 15. Паровая часть парогенератора 1 связана с турбиной 2 паропроводом для паров воды 16. Работает теплоэнергоустановка следующим образом. В топке парогенератора 1 сгорает топливо выделяется тепло 1, продукты сгорания проходят по теплообменным трубкам,передают тепло раствору 15, который кипит, пары растворителя 16 (вода), пройдя сепаратор (каплеуловитель) и трубки пароперегревателя, поступают в турбину 2, вращают ротор электрогенератора 3 и теплоэнергоустановка выделяет в сеть полезную электрическую мощность . Отработанный в турбине 2 пар поступает в конденсатор 4, где охлаждается внешним проточным теплоносителем с температурой окружающей среды и конденсируется. Тепло 2 выбрасывается в окружающую среду. Раствор с повышенной концентрацией 13 из парогенератора опускается в подогреватель раствора 6, а затем - в подогреватель конденсата 7, из последнего поступает в правую полость 10 осмотического элемента 5. Это движение происходит благодаря естественной конвекции (повышенный концентрат тяжелее разбавленного) или при помощи циркуляционного насоса. Конденсат 12 из конденсатора 4 передается в подогреватель конденсата 7, где он получает тепло от горячего раствора после парогенератора 1, а затем - в экономайзер 8, где добавочно нагревается сбросными газами 11 после парогенератора 1. Подогретый таким образом конденсат (аналогия регенеративному подогреву в прототипе) в виде раствора поваренной соли пониженной концентрации 14 поступает в левую полость 10 осмотического элемента 5. Молекулы растворителя диффундируют сквозь перегородку 9 осмотического элемента 5(течение слева направо) по закономерностям осмотического процесса, давление справа от перегородки растет до рабочего, это давление срабатывается в турбине. Разбавленный раствор через подогреватель раствора 6 поступает в парогенератор 1, там его концентрация повышается (циркуляция раствора показана на чертеже линией из точек). Таким образом, в термодинамический цикл установки вводится количество теплоты 1, выводится в окружающую среду 2, вырабатывается полезная мощность . Технико-экономический эффект заключается в уменьшении затрат внешней энергии на повышение давления рабочего тела, т.к. оно создается не насосом, потребляющим энергию, а осмотическим элементом, что является энергосберегающим мероприятием. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.