Способ эксплуатации энергетической установки и установка для его осуществления

Способ эксплуатации энергетической установки и установка для его осуществления

Реферат

 

Способ эксплуатации энергетической установки и установка для его осуществления относятся к области теплоэнергетики, в том числе и атомной техники, и могут быть использованы в энергетических комплексах, в которых для потребителя одновременно производятся электрическая и тепловая энергия заданных параметров. При эксплуатации энергетической установки в режиме с максимальной или увеличенной выдачей потребителю тепловой энергии сжатое рабочее тело направляют в обход теплообменника-рекуператора в нагреватель. Мощность нагревателя при этом увеличивают соответственно расширившемуся диапазону температур нагреваемого рабочего тела. Теплообменник-рекуператор подключают по обогреваемой стороне к отбору теплоты для энерготехнических нужд и/или теплоснабжения потребителя. Для этого используют по меньшей мере один циркуляционный теплообменный контур. В период эксплуатации установки в режиме с минимальной или уменьшенной выдачей потребителю тепловой энергии сжатое рабочее тело пропускают в качестве обогреваемой среды через теплообменник-рекуператор. При этом мощность установленного за ним нагревателя уменьшают в соответствии с сократившимся диапазоном температур нагреваемого рабочего тела. Такое осуществление изобретения приводит к росту КПД установки. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области теплоэнергетики (в том числе атомной техники) и может быть использовано в энергетических установках или энерготехнологических комплексах, в которых одновременно производятся электрическая и тепловая энергия заданных параметров.

Одна из наиболее важных проблем топливно-энергетического комплекса - проведение активной энергосберегающей политики, обеспечивающей достижение необходимого эффекта при минимальных затратах энергии и минимальной металлоемкости. В промышленности простейший пример энергосбережения - использование низкопотенциального тепла, являющегося отходом большого числа технологий (теплоснабжения и т.п.). Кроме того, весьма эффективно рациональное использование средне- и высокотемпературного тепла, прежде всего в металлургии, химической промышленности, газификации угля, нефтепереработке и промышленности строительных материалов.

Современная структура потребления топливно-энергетических ресурсов в России характеризуется следующими приближенными данными: освещение - 0,5%, силовые процессы - 25%, высокотемпературные процессы (свыше 400^oC) - 25%, средне- и низкотемпературные процессы (соответственно 100 - 400^oC и 100 - 150^oC) - 49,5% (см. , например, книгу "Теплотехника", ред. В.И.Крутов, М, "Машиностроение", 1986 г., стр. 392). Одним из наиболее действенных средств повышения эффективности потребления топлива является переход к комплексным энерготехнологическим методам использования топлива: к извлечению всех ценных составляющих топлива при обязательном комбинировании процесса сжигания части топлива для производства тепловой и электрической энергии с различными технологическими процессами.

Расход энергии на освещение и приводы механизмов и машин (электродвигатели) определяют потребность в электроэнергии. Затраты энергии на высокотемпературные процессы формируют необходимый расход топлива, электроэнергии и пара. Затраты энергии на среднетемпературные процессы определяют расход топлива и пара. Для низкотемпературных процессов в качестве теплоносителя используются, как правило, горячая вода.

Известен способ эксплуатации энергетической установки (ЭУ), производящей электрическую и тепловую энергию заданных параметров (см., например, книгу "Техническая термодинамика". В.Д.Кириллин и др., М, Энергоатомиздат, 1983 г. , стр. 323 - 325, рис. 11.34), по которому жидкую фазу рабочего тела установки, (например, воду) сжимают в циркуляторе установки (насосе) и направляют в источник тепла, где нагревают, в результате чего вода превращается в рабочее тело установки - сухой насыщенный или перегретый пар, который затем расширяют в турбине, приводящей в действие электрогенератор, после чего отработавший в турбине пар подают в поверхностный теплообменник-конденсатор, где пар конденсируют при величине давления насыщения, обеспечивающей нагрев до необходимой температуры охлаждающей воды конденсатора, которая передает потребителю тепловую энергию, например, для теплоснабжения, далее образующийся конденсат рабочего тела установки опять сжимают в циркуляторе и подают в источник тепла установки.

Вместе с тем, данному способу эксплуатации ЭУ присущ недостаток, свойственный известным паротурбинным теплоэлектроцентралям (ТЭЦ), производящим электроэнергию и тепловую энергию. Тепловая энергия, выдаваемая потребителю от паротурбинных ТЭЦ, характеризуется ограничением по максимальной температуре теплоносителя (около 200^oC), что соответственно сдерживает мощность выдаваемой тепловой энергии, а также препятствует ее использованию в высокотемпературных промышленно-технологических процессах. В связи с изложенным особенно актуальной является задача разработки систем высокотемпературной теплофикации. Данная задача может быть решена с помощью газотурбинных энергетических установок, положительными особенностями которых по сравнению с паротурбинными являются: 1) незначительная потребность в охлаждающей воде, 2) возможность применения более высоких температур рабочего тела, 3) меньшие вес установки и расход металла, приходящиеся на единицу мощности, 4) возможность быстрого пуска и форсирования мощности.

Указанным преимуществам отвечают следующие известные способы эксплуатации энергетических установок, производящих электрическую и тепловую энергию заданных параметров. Например, известен способ эксплуатации ЭУ, по которому газообразное рабочее тело (для газотурбинных установок с открытым циклом - атмосферный воздух) сжимают в одном компрессоре или по меньшей мере в двух компрессорах с промежуточным охлаждением и затем подают в источник тепла, где нагревают до максимальной рабочей температуры, и далее с выделением части внутренней энергии рабочего тела расширяют в турбине, приводящей в действие электрогенератор, затем отработавший в турбине газ охлаждают в теплообменнике, обеспечивающем нагрев сетевой воды, поступающей к потребителю тепла, и потом выпускают в дымовую трубу или сухую градирню (см., например, книгу "Теплофикационные системы", Л.С.Хрилев, М, Энергоатомиздат, 1988 г., стр. 237), а также книгу "Теплотехнический справочник", ред. В.И.Юренев и П. Д.Лебедев, М, Энергия, 1975 г., том. 1, стр. 495).

Кроме того, известен способ эксплуатации ЭУ, по которому, в отличие от вышеуказанного, передача тепловой энергии потребителю (для технологических процессов химических, нефтеперерабатывающих и металлургических производств) обеспечивается за счет отбора части расхода рабочего тела более высоких параметров из газовой турбины между ее ступенями (см. , например, книгу "Теплотехника", ред. В.И.Крутов, М, Машиностроение, 1986 г., стр. 193, рис. 4.15д).

Для обеспечения передачи потребителю тепловой энергии высоких параметров (при одновременной выработке электрической энергии) служит также известный способ эксплуатации энергетической установки, по которому газообразное рабочее тело установки закрытого цикла (например, инертный газ - гелий) сжимают в компрессоре, затем подают в источник тепла (активную зону высокотемпературного газоохлаждаемого ядерного реактора) и далее охлаждают в поверхностном теплообменнике, обогреваемая сторона которого (например, с таким же теплоносителем - гелием) обеспечивает передачу тепловой энергии потребителю, после чего расширяют в турбине, приводящей в действие электрогенератор, и затем направляют опять для сжатия и циркуляции рабочего тела в компрессор (см. , например, книгу "Теплотехника", ред. В.И.Крутов, М, Машиностроение, 1986 г., стр. 389, рис. 12.9).

Вместе с тем указанным способам эксплуатации энергетических установок, основанных на газотурбинных установках разомкнутого (открытого) или замкнутого циклов присущи следующие общие недостатки, снижающие экономичность и приводящие к снижению их экологической эксплуатации: 1) достаточно низкая для современного уровня энергетики величина абсолютного электрического коэффициента полезного действия (КПД) установок, 2) большие потери тепловой энергии (и соответственно топлива) в периоды эксплуатации производящих электроэнергию установок с минимальной (уменьшенной) выдачей потребителю тепловой энергии, что заметно снижает общий (годовой) коэффициент использования тепла топлива установок и соответственно увеличивает тепловое "загрязнение" внешней среды.

Первый из вышеназванных недостатков связан с тем, что абсолютный электрический КПД используемых в вышеуказанных энергоустановках газотурбинных двигателей с подводом тепла в цикле при постоянном давлении и с адиабатным сжатием рабочего тела в компрессорах при промежуточном охлаждении газа не достаточно велик и составляет для ныне освоенных максимальных температур рабочего тела величину 30 - 36%, что практически близко к величине электрического КПД известных паротурбинных энергоустановок (см., например, книгу "Техническая термодинамика", В.А.Кириллин и др., М, Энергоатомиздат, 1983 г. , стр. 276 - 277, а также книгу "Термодинамика", М.П.Вукалович и И.И.Новиков, М, Машиностроение, 1972 г., стр. 549 - 552 и книгу "Парогазовые установки электростанций", А. И. Андрюшенко и В.Н.Лапшов, М, Энергия, 1965 г., стр. 233, рис. 7.5).

Второй из вышеуказанных недостатков известных способов эксплуатации ЭУ вытекает из достаточно низкой величины абсолютного электрического КПД установок, а также связан с тем, что потребителю тепла не всегда, а только периодически, требуется максимальная мощность или высокий потенциал получаемой от ЭУ тепловой энергии, а производство при этом электроэнергии (особенно передаваемой в региональную или во всероссийскую электросистему) должно быть практически постоянным, то есть близкой к номинальной мощности. В связи с этим энергоустановки, эксплуатируемые по вышеуказанным способам и производящие практически постоянно в течение года электроэнергию на уровне мощности, близком к номинальному, в периоды минимальной выдачи потребителю тепловой энергии (например, для теплофикационных энергоустановок - в летний, неотопительный сезон, а для промышленно-технологических энергоустановок - во время плановых и т.п. перерывов в технологических процессах, потребляющих тепловую энергию установок) вынуждены практически сбрасывать не нужную в это время потребителю работоспособную тепловую энергию в окружающую среду, не рационально сжигая при этом исходное топливо, а также нанося соответствующий экологический ("тепловой") вред природе.

Так, например, длительность отопительного сезона в большинстве регионов России колеблется в пределах от 199 (г. Воронеж) до 251 (г. Архангельск) суток в год (см., например, книгу "Теплотехнический справочник", М, Энергия, 1976 г., ред. В.Н.Юренев и П.Д.Лебедев, стр. 568 - 569). Это говорит о том, что вышеуказанные энергоустановки, производящие электрическую и тепловую энергию для теплоснабжения, будучи вынуждены почти 5 мес. в году (когда также, как и в течение года производится электроэнергия) весьма непроизводительно сбрасывать во внешнюю среду значительное количество тепловой энергии сжигаемого топлива. При этом потребителю выдается уменьшенное (примерно в 4 - 5 раз) количество тепловой энергии, необходимое для функционирования горячего водоснабжения.

Следовательно, энергоустановки, эксплуатируемые по вышеуказанным способам, неэкономичны для условий их эксплуатации с достаточно длительными (плановыми или вынужденными) перерывами в потреблении производимой ими тепловой энергии.

Вышеотмеченных недостатков лишен известный способ эксплуатации энергетической установки, по которому газовое рабочее тело сжимают в одном или, преимущественно, в двух и более компрессорах с промежуточным охлаждением газа в газоохладителе, выполненном с возможностью обеспечения отбора теплоты на теплофикацию, и/или в холодильнике путем передачи теплоты внешней среде, далее сжатый газ пропускают в качестве обогреваемой среды через по меньшей мере один нагреватель, где газ нагревают до рабочей температуры, после чего рабочее тело расширяют в приводящей в действие компрессоры и электрогенератор турбине, потом отработавший в турбине газ направляют в греющую сторону вышеуказанного теплообменника, после которого в качестве греющей среды пропускают через газоохладитель, выполненный с возможностью передачи потребителю тепловой энергии, а затем еще больше охлаждают путем передачи теплоты внешней среде, после чего охлажденное рабочее тело установки опять сжимают (см. , например, книгу "Теплотехника", ред. В.И.Крутов, М.: Машиностроение, 1986 г., стр. 350, рис. 9.14).

Энергетическая установка для осуществления указанного способа эксплуатации может содержать объединенные, например, трубопроводами циркуляции рабочего тела установки, по меньшей мере два компрессора с установленными между ними газоохладителем, выполненным с возможностью обеспечения отбора теплоты на теплофикацию, и/или холодильником, обеспечивающим передачу теплоты рабочего тела внешней среде, обогреваемую сторону по меньшей мере одного теплообменника, по меньшей мере один нагреватель газа, выполненный, например, в виде камеры сгорания органического топлива и соединенный с установленной за ним трубой, выход газа из которого соединен с атмосферой, при этом обогреваемая сторона последнего газоохладителя присоединена к циркуляционному теплообменному контуру потребителя тепловой энергии.

Абсолютный электрический КПД указанной известной установки существенно повышен (до 44 - 48%) в основном за счет введения в термодинамический цикл исходного газотурбинного двигателя установки регенерации теплоты внутри цикла (см., например, книгу "Термодинамика", М.П.Вукалович и И.И.Новиков, М, Машиностроение, 1972 г., стр. 554 - 559). При этом введенный в состав установки теплообменник-регенератор передает часть тепловой энергии рабочего тела, вышедшего из единственной или последней турбины цикла, сжатому компрессором газу до его нагрева в нагревателе. Отсюда следует, что при достигнутом увеличении абсолютного электрического КПД и, соответственно, мощности производимой электроэнергии потенциал и мощность тепловой энергии, которую можно передавать с указанной энергоустановки потребителю соответственно уменьшаются. Следует также упомянуть, что мощность выдаваемой тепловой энергии должна существенно уменьшаться в период эксплуатации энергоустановки (при сохранении производительности электроэнергии) в режимах с минимальной (или уменьшенной) выдачей тепловой энергии потребителю (например, в период неотопительного сезона и т.п.). При этом для безусловного обеспечения параллельного производства электроэнергии ненужные потребителю "излишки" тепловой энергии охлаждаемого в цикле рабочего тела должны быть переданы в итоге во внешнюю среду.

Указанные обстоятельства в итоге препятствуют достижению высокой тепловой экономичности установки, которая оценивается для энергетических установок (в том числе и для тех установок, которые одновременно производят для потребителей электрическую и тепловую энергию) таким образом универсальным показателем, как (среднегодовой) коэффициент термодинамической эффективности цикла установки (см. , например, книгу "Парогазовые установки электростанции", А.И.Андрюшенко и В.Н.Лапшов, М, Энергия, 1965 г., стр. 176 - 179): ^т_ц^.э.= (L_ц+E^т_q)/Q₁, где L_ц - полезная работа цикла; E^т_q - работоспособность тепла, отводимого в цикле потребителю; Q₁ - тепло топлива, подведенное в цикле.

При этом E^т_q= Q_т(1-T_o/T_ср), где Q_т - отданное потребителю (например, в тепловую сеть) тепло; T_о - абсолютная температура холодного источника; T_ор - средняя абсолютная температура отдачи тепла теплоносителем.

Кроме того, для характеристики экономичности теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) применяется коэффициент использования тепла топлива K_и.т., определяемый как отношение суммы полезной работы, производимой в цикле, L_э и теплоты q_т, отданной внешнему потребителю, к количеству теплоты q₁, выделившийся при сгорании топлива: K_и.т. = (L_э + q_т)/q₁ Для современных паротурбинных ТЭЦ K_и.т. = 0,6 - 0,8.

С учетом изложенного известному способу эксплуатации энергетической установки и энергоустановке для его осуществления присущи следующие недостатки: недостаточная термодинамическая эффективность и соответственно невысокая экономичность энергоустановки, одновременно производящей электрическую и тепловую энергию, в связи с пониженными величинами мощности и потенциала (t_макс. 250 - 300^oC) тепловой энергии, передаваемой потребителю в периоды эксплуатации в режимах с максимальной (увеличенной) выдачей ему тепловой энергии, а также из-за необходимости сброса заметного количества работоспособной тепловой энергии во внешнюю среду в периоды эксплуатации ЭУ в режимах с минимально (уменьшенной) выдачей потребителю тепловой энергии. Кроме того, ограниченность потенциала тепловой энергии, которая может быть передана потребителю, препятствует использованию подобных известных ЭУ в широко распространенных промышленно-технологических циклах, для которых, кроме электроэнергии, требуется средне - (до 400^oC) и высоко - (свыше 400^oC) потенциальное тепло.

Необходимость устранения вышеназванных недостатков известного способа эксплуатации ЭУ подкрепляется также следующими известными положениями теплоэнергетики (см. , например, книгу "Теплотехника", ред. В.И.Крутов, М, Машиностроение, 1986 г., стр. 334 - 338, 353 - 354, 380 - 387).

Электрические станции вырабатывают электрическую и тепловую энергию для нужд промышленности и коммунально-бытового обслуживания. В зависимости от источника энергии различают тепловые электростанции (ТЭС), гидроэлектростанции (ГЭС), атомные электростанции (АЭС) и др. К ТЭС относятся конденсационные электростанции (КЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). ТЭЦ в отличие от КЭС наряду с электроэнергией производят тепловую энергию (например, горячую воду и пар для нужд теплофикации). В настоящее время на долю ТЭС (КЭС и ТЭЦ) приходится основная часть (около 71%) нарабатываемой в России электроэнергии. Электрическая и тепловая энергия, производимая ТЭС, должны использоваться потребителями практически в момент их производства. Эта особенность работы электрических станций обуславливают требование высокой надежности из работы. Надежность электроснабжения повышается при объединении электростанций линиями передач в энергетические системы. Переменность графика нагрузок энергосистемы приводит к невозможности работы всех электростанций на полной установленной мощности, которая равна сумме номинальных мощностей электрогенераторов и теплофикационного оборудования отдельно взятой станции или энергетической установки. В этом режиме на полной установленной мощности работают лишь электростанции, покрывающие базовую часть нагрузки, составляющую 0,4 - 0,6 от максимальной мощности энергосистемы. Для обеспечения переменной части графика нагрузки электросистемы предусмотрены полупиковые и пиковые электростанции. Пиковые электростанции эксплуатируются 55 - 1500 ч в году, полупиковые - 3500 - 4500 ч, а базовые - более 5500 ч в году. В настоящее время и ближайшей перспективе базовая часть графика нагрузки общей энергетической системы страны будет покрываться электропередачей электроэнергии от достаточно мощных ТЭС и ГЭС. При этом коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) базовых электростанций, производящих только электроэнергию (КЭС и ГРЭС), достаточно высок и составляет 0,62 - 0,74. Дальнейшее увеличение КИУМ (который пропорционален времени обязательной загрузки станции в течение года) может привести к неоправданному росту затрат, связанных с обеспечением требуемой в этих условиях надежности оборудования, и поэтому должно обосновываться для каждого конкретного проекта ЭУ.

В отличие от вышеизложенного график тепловых нагрузок (суточный, годовой), выдаваемых потребителю, характеризуется, как правило, еще большей неравномерностью, чем график электрических нагрузок. Так, например, отопительная тепловая нагрузка имеет сезонный характер и зависит от климатических условий (для большинства регионов России отопительный сезон длится 7 мес. в году). Круглогодичное горячее водоснабжение (доля нагрузки которой от номинальной тепловой нагрузки ТЭЦ составляет всего 20%) определяется днями недели и резко меняется в течение суток.

Более равномерна в течение года промышленная тепловая нагрузка, но в то же время она изменяется в течение суток, в результате для ТЭЦ, обеспечивающих покрытия теплофикационной нагрузки, КИУМ оказывается заметно меньше, чем для КЭЦ и составляет КИУМ = 0,46 - 0,63. Это означает, что генерирующие мощности ТЭЦ (главным образом мощности производства или тепловой энергии) превышают почти в 1,6 - 2,2 раза мощности, необходимые для выработки такого же количества энергии при работе с равномерной номинальной нагрузкой в течение года.

Таким образом, для энергетических установок ТЭЦ, производящих электрическую и тепловую энергию, наличие достаточно длительных периодов (в течение года, например) эксплуатации, как в режиме с максимальной (увеличенной), так и с минимальной (уменьшенной) выдачей потребителю тепловой энергии различных параметров (низкого, среднего и высокого потенциала) - широко распространенная объективная реальность, которую необходимо учитывать при создании новых высокоэкономичных энергетических установок для ТЭЦ.

В связи с изложенным задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение термодинамической эффективности и соответственно экономичности, а также расширение областей эффективного применения энергетической установки, одновременно производящей электрическую и тепловую энергию, путем увеличения мощности и потенциала тепловой энергии, передаваемой потребителю в период эксплуатации с максимальной (увеличенной) выдачей ему тепловой энергии, а также путем снижения количества работоспособной тепловой энергии, сбрасываемой во внешнюю среду, в периоды эксплуатации энергоустановки в режимах с минимальной (уменьшенной) выдачей потребителю тепловой энергии при обеспечении возможности высокоэффективного производства (во всех режимах эксплуатации) практически постоянного количества электроэнергии при сохранении номенклатуры и количества основных единиц (элементов) оборудования известной энергетической установки.

Для решения этой задачи в известном способе эксплуатации энергетической установки, по которому рабочее тело установки сжимают в одном или преимущественно в двух и более компрессорах с промежуточным охлаждением в глазоохладителе, выполненном с возможностью обеспечения отбора теплоты на теплофикацию, и/или в холодильнике за счет передачи теплоты внешней среде, далее рабочее тело направляют в по меньшей мере один нагреватель, где нагревают до рабочей температуры, потом рабочее тело расширяют в приводящей в действие компрессоры и, например, электрогенератор турбине, затем отработавшее в последней рабочее тело установки пропускают в качестве греющей среды через по меньшей мере один теплообменник-рекуператор и далее через последний газоохладитель цикла, выполненный, например, с возможностью передачи потребителю тепловой энергии, в период эксплуатации установки в режиме с максимальной или увеличенной выдачей потребителю тепловой энергии сжатое рабочее тело установки направляют в обход теплообменника-рекуператора в нагреватель, мощность которого увеличивают соответственно расширившемуся диапазону температур нагреваемого рабочего тела, при этом теплообменник-рекуператор подключают по обогреваемой стороне к отбору теплоты для энерготехнологических нужд и/или теплоснабжения потребителя, для чего используют по меньшей мере один циркуляционный теплообменный контур, а в период эксплуатации установки в режиме с минимальной или уменьшенной выдачей потребителю тепловой энергии сжатое рабочее тело пропускают в качестве обогреваемой среды через указанный теплообменник-рекуператор, а мощность установленного за ним нагревателя уменьшают в соответствии с сократившимся диапазоном температур нагреваемого рабочего тела.

При этом в период увеличенной выдачи потребитель тепловой энергии при ее отборе от газоохладителя, установленного за первым компрессором, и использовании в качестве рабочего тела атмосферного воздуха, в дополнительном теплообменнике осуществляют подогрев поступающего в компрессор атмосферного воздуха по меньшей мере частью расхода отработавшего в турбине рабочего тела после прохождения его через последний газоохладитель цикла, после чего охлажденное рабочее тело выпускают в атмосферу, при этом оставшуюся часть расхода отработавшего в турбине рабочего тела выпускают в атмосферу, минуя дополнительный теплообменник.

Кроме того, при эксплуатации установки, работающей по закрытому термодинамическому циклу, охлажденное рабочее тело, вышедшее из последнего газоохладителя цикла, направляют на сжатие в первый компрессор установки. При этом в качестве рабочего тела установки могут быть использованы какой-либо инертный газ или азот, который нагревают, например, в ядерном реакторе. Помимо этого в качестве рабочего тела установки может быть использован инертный газ, например, гелий, неон или аргон с ионизирующейся присадкой, выполненной, например, в виде цезия, и который нагревают, например, в ядерном реакторе и затем, перед расширением в турбине, расширяют в производящем электроэнергию магнитогидродинамическом генераторе. Для достижения вышеназванного технического результата предлагается эксплуатируемая по заявляемому способу энергетическая установка, прототипом которой является энергетическая установка, представленная в книге "Теплообменника" ред. В.И.Крутов (М. Машиностроение, 1986 г.) на стр. 350, рис. 9, 14.

При этом в энергетической установке, содержащей объединенные, например, трубопроводами циркуляции рабочего тела установки один или, преимущественно, два и более компрессоров с установленными между ними газоохладителем, выполненным с возможностью обеспечения отбора теплоты на теплофикацию, и/или холодильником, обеспечивающим передачу теплоты внешней среде, обогреваемую сторону по меньшей мере одного теплообменника-рекуператора, по меньшей мере один нагреватель рабочего тела, выполненный, например, в виде камеры сгорания органического топлива и соединенный с установленной за ним турбиной, выход из последней соединен с греющей стороной теплообменника-рекуператора, соединенной затем с греющей стороной последнего газоохладителя цикла, выход из которой соединен с атмосферой, при этом обогреваемая сторона, преимущественно, каждого газоохладителя присоединена к циркуляционному контуру, обеспечивающему потребителя тепловой энергией, соединение греющей стороны последнего газоохладителя цикла с атмосферой выполнено параллельно через трубопровод с запорно-регулирующей арматурой, а также через снабженный запорно-регулирующей арматурой трубопровод, соединенный с греющей стороной дополнительного теплообменника, выполненного с возможностью обеспечения предварительного подогрева атмосферного воздуха, поступающего в первый компрессор установки. Кроме того, обогреваемая сторона теплообменника-рекуператора на входе и выходе из нее рабочего тела может быть присоединена, например, трубопроводами через запорные арматуры к циркуляционному теплообменному контуру потребителя тепловой энергии, а трубопроводы или, например, полости, соединяющие вход и выход из нее рабочего тела с ближайшим компрессором и нагревателем, снабжены запорными арматурами, при этом указанные компрессоры и нагреватель соединены между собой обходящим теплообменник-рекуператор байпасным, например, трубопроводом, который снабжен запорной арматурой.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где изображены: на фиг. 1 - принципиальная тепловая схема энергетической установки по варианту 1 исполнения; на фиг. 2 - T-S диаграмма идеального цикла работы варианта 1 энергетической установки в период ее эксплуатации в режиме с минимальной (уменьшенной) выдачей потребителю тепловой энергии; на фиг. 3 - T-S диаграмма идеального цикла работы варианта 1 энергетической установки в период ее эксплуатации в режиме с максимальной (увеличенной) выдачей потребителю тепловой энергии; на фиг.4 - принципиальная тепловая схема энергетической установки по варианту 2 исполнения; на фиг. 5 - T-S диаграмма идеального цикла работы варианта 2 энергетической установки в период ее эксплуатации в режиме с минимальной (уменьшенной) выдачей потребителю тепловой энергии; на фиг. 6 - T-S диаграмма идеального цикла работы варианта 2 энергетической установки в период ее эксплуатации в режиме с максимальной (увеличенной) выдачей потребителю тепловой энергии на фиг.7 - принципиальная тепловая схема энергетической установки по варианту 3 исполнения; на фиг. 8 - T-S диаграмма идеального цикла работы варианта 3 энергетической установки в период ее эксплуатации в режиме с минимальной (уменьшенной) выдачей потребителю тепловой энергии; на фиг. 9 - T-S диаграмма идеального цикла работы варианта 3 энергетической установки в период ее эксплуатации в режиме с максимальной (увеличенной) выдачей потребителю тепловой энергии; на фиг. 10 - принципиальная тепловая схема энергетической установки по варианту 4 исполнения; на фиг. 11 - T-S диаграмма идеального цикла работы варианта 4 энергетической установки в период ее эксплуатации в режиме с минимальной (уменьшенной) выдачей потребителю тепловой энергии; на фиг. 12 - T-S диаграмма идеального цикла работы варианта 4 энергетической установки в период ее эксплуатации в режиме с максимальной (увеличенной) выдачей потребителю тепловой энергии; Предлагаемый способ эксплуатации энергетической установки, производящей электрическую и тепловую энергию, осуществляется в следующей последовательности. В период эксплуатации энергетической установки в режиме с максимальной или увеличенной выдачей потребителю тепловой энергии сжатое рабочее тело установки направляют в обход теплообменника-рекуператора в нагреватель, мощность которого увеличивают соответственно расширившемуся диапазону температур нагреваемого рабочего тела, при этом теплообменник-рекуператор подключают по обогреваемой стороне к отбору теплоты для энерготехнологических нужд и/или теплоснабжения потребителя, для чего используют по меньшей мере один циркуляционный теплообменный контур, а в период эксплуатации установки в режиме с минимальной или уменьшенной выдачей потребителю тепловой энергии сжатое рабочее тело пропускают в качестве обогреваемой среды через указанный теплообменник-рекуператор, а мощность установленного за ним нагревателя уменьшают в соответствии с сократившимся при этом диапазоном температур нагреваемого рабочего тела.

Кроме того, при эксплуатации энергоустановки по замкнутому или закрытому термодинамическому циклу охлажденное рабочее тело, вышедшее из последнего газоохладителя цикла, направляют на сжатие в первый компрессор установки. При этом в качестве рабочего тела установки может быть использован какой-либо инертный газ или азот, который нагревают, например, в ядерном реакторе. Кроме того, в качестве рабочего тела установки может быть использован инертный газ, например, гелий, неон или аргон с ионизирующейся присадкой, выполненной, например, в виде цезия, и который нагревают, например, в ядерном реакторе и затем, перед расширением в турбине, расширяют в производящем электроэнергию магнитогидродинамическом генераторе.

Вариант 1 исполнения энергетической установки по заявляемому изобретению состоит из следующих основных единиц оборудования, объединенных соответствующими трубопроводами или полостями корпусных конструкций (см. фиг.1). Первый, всасывающий атмосферный воздух компрессор 1 соединен с греющей стороной газоохладителя 2, которая затем соединена с охлаждаемой стороной холодильника 3, по подогреваемой стороне которого циркулирует вода, поступающая в него, например, из градирни. Далее выход рабочего тела из холодильника 3 соединен со входом газа во второй компрессор 4. Выход газа из компрессора 4 соединен через запорную арматуру 5 с обогреваемой стороной теплообменника-рекуператора 6, которая через запорную арматуру 7 соединена с нагревателем - камерой сгорания 8, куда одновременно подается органическое топливо компрессором (если топливо - газовое) или насосом, если топливо - жидкое (не показаны). Кроме того, компрессор 4 и камера сгорания 8 соединены между собой обходящим теплообменник 6 байпасным трубопроводом 9 с запорной арматурой 10. Выход нагретого рабочего тела из камеры сгорания 8 соединен с газовой турбиной 11, приводящей в движение компрессоры 1 - 4, а также электрогенератор 12, который в режиме запуска энергоустановки может работать в качестве пускового электродвигателя для указанных компрессоров и турбины. Выход рабочего тела из турбины 11 соединен с входом газа в греющую сторону теплообменника 6, выход газа из которой соединен с входом в греющую сторону газоохладителя 13. Выход газа из греющей стороны газоохладителя 13 параллельно соединен с атмосферой непосредственно через запорно-регулирующую арматуру 14, а также через запорно-регулирующую арматуру 15 с соединенной затем с атмосферой греющей стороной дополнительного теплообменника 16, выполненного с возможностью обеспечения дополнительного подогрева атмосферного воздуха, поступающего в компрессор 1.

Для обеспечения возможности передачи тепла потребителю обогреваемые стороны газоохладителей 2 и 13 присоединены к циркуляционному контуру потребителя тепла, включающему, кроме них, сетевой циркуляционный насос 17 и регулирующую арматуру 18, предназначенную для регулирования баланса мощностей, выдаваемых газоохладителями потребителю тепла.

Для обеспечения дополнительной передачи тепла потребителю от электроустановки вход и выход газа из обогреваемой стороны теплообменника-рекуператора 6 присоединены через запорные арматуры 19 и 20 к второму циркуляционному контуру потребителя тепла, включающему также сетевой циркуляционный насос 21. Характерные точки изменения физического состояния рабочего тела установки (входы и выходы из основных элементов установки) отмечены на фиг. 1 буквами а, б, в, ... к. Этими же буквами на фиг. 2, 3 отмечены соответствующие характерные точки T - S диаграмм идеальных циклов работы вышеописанного варианта установки в двух основных режимах эксплуатации.

На фиг. 2 изображена T-S диаграмма идеального цикла работы варианта 1 энергоустановки в режиме с минимальной выдачей тепла потребителю, например, в неотопительный сезон (5 мес. в году). При этом на диаграмме указаны следующие обозначения: тепло (удельное), подводимое к циклу в камере сгорания 8; Q_рег. - тепло регенерации, передаваемое теплообменником 6 внутри цикла (направление теплопередачи показано стрелкой); Q_т2 - тепло, выдаваемое потребителю через газоохладитель 13; Q_ух - тепло, отдаваемое во внешнюю среду (атмосферу) с уходящим газом; Q_т3 - тепло, выдаваемое потребителю через газоохладитель 2; Q_х - тепло, отдаваемое во внешнюю среду через холодильник 3; а, б, в, ... к - характерные точки изменения физического состояния рабочего тела в данном режиме работы установки.

На фиг. 3 изображена T-S диаграмма идеального цикла работы варианта 1 заявляемой энергоустановки в режиме ее эксплуатации с максимальной выдачей тепловой энергии потребителю (например, в отопительный сезон, длящийся около 7 мес. в году). При этом на диаграмме, в отличие от фиг. 2, указаны следующие дополнительные обозначения: под