Цикл Ренкина на НРТ (низкокипящее рабочее тело)

Органический цикл Ренкина (от англ. Organic Rankine Cycle) назван так в честь Вильяма Ренкина (1820–1872) – шотландского инженера и физика, внесшего огромный вклад в термодинамику. ORC- или ОЦР-технология – это применение подобных систем для получения электроэнергии из различных источников тепла.

Одним из распространенных НРТ является органическая жидкость пентан С₅Н₁₂ (отсюда и название – «пентановая технология», хотя оно условно). До температуры +36 ⁰С (при атмосферном давлении) он находится в жидком состоянии, а после +36 ⁰С переходит в газообразное состояние. Примерами других НРТ могут быть циклопентан, углеводороды (бутан, пропан), хладоны (R11, R12, R114, R123, R245+а), аммиак, толуол, дифенил, силиконовое масло, а также СО₂ при высоком давлении или новое синтетическое вещество Novec 649 – разработка компании «3М», известной по брэнду «Скоч» и др.  Последнее, в отличие от пентана, является негорючим, инертным, неэлектропроводным и экологичным.

Типовая схема электростанции (системы утилизации тепла для газотурбинной установки (ГТУ) на основе ОЦР представлена на рисунке. Основные ее части –  термомасляный утилизационный котел, турбодетандер с электрогенератором и различные теплообменные блоки (испаритель, подогреватель, рекуператор и воздушный конденсатор).

Выхлопные газы от ГТУ через переключающий шибер (дивертор) поступают в термомасляный котел. Переключающий шибер позволяет не останавливать работу газовой турбины в случае необходимости прекращения работы системы утилизации. В первичном контуре системы применяется термическое масло.  Это вызвано тем, что большинство НРТ – горючие вещества, а температура выхлопных газов у современных ГТУ достигает 500 ⁰С. Термомасло более устойчиво к высоким температурам  и позволяет передать тепло НРТ не выше заданной температуры. Температура термического масла на выходе из утилизационного котла находится в пределах 280–315 ⁰С.

Нагретое масло передает тепло НРТ в подогревателе и испарителе. В последнем  происходит процесс парообразования – из жидкого состояния органическая жидкость переходит в газообразное и по трубопроводу направляется в турбодетандер.

Расширяющийся газ в турбодетандере вращает генератор, который вырабатывает электроэнергию, со скоростью 1500 об/мин.

Отработавшее после турбины рабочее тело поступает в рекуператор и далее в воздушный конденсатор. После конденсатора оно насосами направляется в пароперегреватель, где подогревается до температуры 220–250 ⁰С и затем снова направляется в турбину.

При использовании в основном контуре CO₂ на сверхкритические параметры промежуточный термомасляный контур не требуется, CO₂ напрямую подается в котел.

По соображениям взрывопожаробезопасности часто оборудование ОЦР-установки размещается на открытом воздухе. Таким образом, в случае утечки рабочего вещества исключается образование  взрывоопасной концентрации его паров.

Кроме основного оборудования, парового котла и паровой турбины в составе системы утилизации тепла на базе паротурбинной технологии используется много вспомогательного оборудования: охлаждающие устройства (градирни) для паровой турбины, деаэраторы, система водоподготовки, питательные, конденсатные и циркуляционные насосы.  Все оно связано многочисленными трубопроводами: питательными, паропроводами, циркуляционными, конденсационными, химочищенной, сырой, технической воды. На этих трубопроводах установлено огромное количество регулирующей и запорной арматуры, как ручной, так и с электроприводом.

ВНИМАНИЕ: Данная информация получена путем сканирования, цифровой обработки физических носителей или обмена с неравнодушными пользователями. Она не имеет отметок грифа секретности и тайны, если вы считаете, что эта информация нарушает Ваши авторские или другие права. Незамедлительно сообщите администратору для удаления ее из портала.