RU2662259C2 - Теплоэлектростанция с контуром orc-модуля и с тепловым насосом и способ её работы - Google Patents
Теплоэлектростанция с контуром orc-модуля и с тепловым насосом и способ её работы Download PDFInfo
- Publication number
- RU2662259C2 RU2662259C2 RU2015148455A RU2015148455A RU2662259C2 RU 2662259 C2 RU2662259 C2 RU 2662259C2 RU 2015148455 A RU2015148455 A RU 2015148455A RU 2015148455 A RU2015148455 A RU 2015148455A RU 2662259 C2 RU2662259 C2 RU 2662259C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- module
- orc
- boiler
- condenser
- heat
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 11
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims abstract description 8
- AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M lithium bromide Chemical compound [Li+].[Br-] AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 32
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 11
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 15
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 12
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 17
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 7
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 7
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- AYEKOFBPNLCAJY-UHFFFAOYSA-O thiamine pyrophosphate Chemical compound CC1=C(CCOP(O)(=O)OP(O)(O)=O)SC=[N+]1CC1=CN=C(C)N=C1N AYEKOFBPNLCAJY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 5
- NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N isobutane Chemical compound CC(C)C NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 3
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002916 wood waste Substances 0.000 description 3
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 2
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000001282 iso-butane Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000012771 pancakes Nutrition 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005262 decarbonization Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к энергетике. Теплоэлектростанция с паротурбинной установкой (ORC-модулем) на низкокипящем энергоносителе (НКЭ), содержащая термомасляный котел, ORC-модуль, включающий парогенератор в виде кожухотрубного теплообменника, состоящего из корпуса и трубной системы, турбину на паре НКЭ с электрогенератором, конденсатор ORC-модуля, конденсатный бак и насосы, абсорбционный бромисто-литиевый тепловой насос, генератор которого включен в замкнутый контур котла, испаритель - в контур конденсатора ORC-модуля, дополнительно содержит размещенный в газоходе за котлом конденсационный теплообменник, вход в трубную систему которого соединен с конденсатором ORC-модуля, а выход - с входом в межтрубное пространство парогенератора модуля. При работе теплоэлектростанции конденсат низкокипящего энергоносителя из конденсатора ORC-модуля направляют в трубную систему конденсационного теплообменника, откуда нагретый конденсат подают на вход в межтрубное пространство парогенератора модуля, а оттуда полученный пар НКЭ после сепарации направляют на турбину модуля. Изобретение позволяет повысить тепловую экономичность и выработку электроэнергии за счет максимального использования топлива путем глубокой утилизации тепла отходящих продуктов сгорания. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к малой и средней энергетике, в особенности к децентрализованной энергетике, к комбинированным энергокомплексам, генерирующим электрическую и тепловую энергию, в частности, вырабатывающим электроэнергию по органическому циклу Ренкина (ORC-цикл) на низкокипящих энергоносителях, НКЭ [М.И. Гринман, В.А. Фомин. Перспективы применения энергетических установок с низкокипящими рабочими телами. «Новости теплоснабжения», №7, 2010 г.; А.Н. Блинов. «Повышение эффективности генерации тепла и электроэнергии с использованием бинарных энергетических установок с ORC-модулями». Презентация. НПО «Санкт-Петербургская электротехническая компания». 2014 г. На правах рукописи (аналоги устройства и способа)]. Изобретение относится также к установкам с тепловыми насосами для утилизации и получения тепла [Е.Г. Шадек, Б.И. Маршак и др., Глубокая утилизация тепла отходящих газов теплогенераторов. «Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ». №2(23), 2014 г., с. 36-40 (аналог); Е.Г. Шадек, А.Н. Блинов и др. Тригенерационный энергокомплекс на низкокипящих теплоносителях. «Энергосбережение», №5, 2015, с. 40-45 (прототип)].
Задача изобретения - создание энергоэффективной, экономичной и экологически чистой теплоэлектростанции (мини-ТЭЦ) малой и средней мощности практически на любом виде топлива, в том числе местном (древесные отходы, биомасса и пр.), для децентрализованного автономного энергоснабжения объектов.
Изобретение включает признаки, содержащиеся в известных указанных решениях, где парогенератор выполнен в виде кожухотрубного теплообменника, содержащего корпус и трубную систему, причем греющий теплоноситель (ГТ) проходит внутри трубной системы, расположенной в объеме НКЭ [М.И. Гринман, В.А. Фомин]. Известны также установки глубокой утилизации (ГУ) тепла продуктов сгорания (ПС), например котлов, включающие абсорбционный бромисто-литиевый тепловой насос, АБТН, и конденсационный теплообменник-утилизатор (КТ) в газоходе за котлом, подключенный к испарителю АБТН, в котором уходящие газы охлаждаются ниже точки росы, содержащиеся в них водяные пары конденсируются [Е.Г. Шадек, Б.И. Маршак. Глубокая утилизация тепла отходящих газов теплогенераторов. «Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ». №2(23), 2014 г., с. 36-40 (аналог)].
Наиболее близким к предлагаемому решению можно считать «Тригенерационный энергокомплекс на низкокипящих теплоносителях» [Е.Г. Шадек, А.Н. Блинов и др.]. Комплекс содержит термомасляный котел, ORC-модуль с комплектом штатного оборудования. Парогенератор модуля представляет трубчатый теплообменник, встроенный в хвостовую часть котла, и является, по существу, экономайзером - теплообменником на отходящих газах для нагрева и испарения НКЭ с подачей полученного пара НКЭ на турбину модуля. Комплекс дополнительно снабжен тепловым насосом, АБТН, генератор которого включен в замкнутый контур котла, испаритель АБТН - в контур конденсатора модуля, а в теплоотводящий контур АБТН включены теплообменники нагрева рабочих сред (подогрев НКЭ и др.).
Слабая сторона этого технического решения - снижение возможностей и качества регулирования тепловой работы котла и парогенератора в раздельности и системы в целом из-за компоновки того и другого в единой обмуровке, их взаимозависимости.
Парогенератор ORC-контура в известных установках размещается в комплекте оборудования модуля в едином корпусе либо его устанавливают отдельно в различных точках технологической схемы объекта.
Таким образом, по сравнению со сборным прототипом предлагаемая система содержит известные признаки (ограничительная часть):
- термомасляный котел;
- парогенератор, в межтрубном пространстве которого циркулирует рабочая среда – НКЭ, а греющий теплоноситель проходит по трубам трубной системы;
- ORC-модуль с комплектом оборудования;
- АБТН, генератор которого включен в замкнутый контур котла, испаритель - в контур конденсатора ORC-модуля; в теплоотводящий контур встроены теплообменники [прототип];
- конденсационный теплообменник (КТ) в газоходе за котлом, содержащий трубную систему с узлом сбора, отведения и обработки конденсата водяных паров, содержащихся в ПС.
Способ включает известный признак, состоящий в том, что в КТ продукты сгорания охлаждают до температуры на 10-20°С ниже точки росы, конденсат собирают и отводят.
Используются одноступенчатые абсорбционные бромисто-литиевые тепловые насосы (АБТН) ввиду их явных преимуществ перед компрессионными. АБТН в составе предлагаемой ТЭС служит генератором холода для конденсатора ORC-модуля и источником тепла в диапазоне температур коммунального теплоснабжения (отопление, ГВС) - 60/90°С; это тепло отводится в контур конденсатор-абсорбер (К-А) и передается потребителю.
Цели изобретения:
1) повышение тепловой экономичности и выработки электроэнергии модуля за счет максимального использования топлива - глубокой утилизации тепла отходящих ПС;
2) улучшение технико-экономических показателей (ТЭПов) процесса и оборудования, надежности и стабильности работы путем охлаждения конденсатора модуля в контуре испарителя АБТН вместо дорогостоящих и громоздких воздушных вентиляторных охладителей и обеспечения независимого от погодных условия экономичного отвода тепла;
3) обеспечение экологической чистоты процесса в результате снижения температуры и практически полного подавления воздействия токсичных окислов в присутствии водяных паров в ПС.
Эти цели достигаются благодаря отличительным признакам изобретения:
1) вход в трубную систему конденсационного теплообменника, КТ, соединен с конденсатором ORC-модуля, а выход - с входом в межтрубное пространство парогенератора модуля;
2) термомасляный котел ТЭС включен параллельно в два замкнутых контура, в которых циркулирует греющий теплоноситель - масло: первый контур котел - генератор АБТН и второй - котел - трубная система парогенератора ORC-модуля;
3) способ работы ТЭС, отличающийся тем, что конденсат из конденсатора ORC-модуля направляют в трубную систему КТ, откуда нагретый конденсат НКЭ подают на вход в межтрубное пространство парогенератора, а оттуда полученный пар НКЭ после сепарации направляют на турбину.
Устройство и работа ТЭС видны из чертежей, где изображено следующее.
Фиг. 1. Технологическая схема ТЭС. Котел, парогенератор, газовый тракт в продольном сечении.
Фиг. 2. Сечение А-А по фиг. 1.
Фиг. 3. Байпас узла глубокой утилизации.
Фиг. 4. Сечение Б-Б по фиг. 3.
На чертежах обозначены позиции:
1 - термомасляный котел. 2, 3 - прямой и обратный коллекторы греющего теплоносителя, ГТ. 4 - узел сжигания топлива. 5 - узел подачи топлива. 6 - главный газоход. 7 - байпас (байпасный канал). 8 - фильтр очистки дымовых газов. 9 - конденсационный теплообменник, КТ: узел глубокой утилизации (ГУ) тепла продуктов сгорания (ПС), 10 - корпус узла ГУ. 11 - крышка корпуса КТ. 12, 13 - входной и выходной патрубки НКЭ узла ГУ с органами регулирования. 14 - каплеуловитель. 15 - дымосос. 16 - поддон и резервуар водного конденсата. 17, 19 - баки загрязненного и запаса конденсата. 18, 20 - дренажный и конденсатный насосы водного конденсата. 21 - регулятор расхода. 22 - газовый тракт. 23 - дымовая труба. 24, 25 - шибера (дроссель-клапаны) в главном газоходе и байпасе. 26 - парогенератор контура ORC. 27, 28 - входной и выходной патрубки греющего теплоносителя, ГТ. 29, 46 - циркуляционные насосы в контурах ГТ. 30, 31 - входной и выходной патрубки НКЭ парогенератора. 32 - трубная система парогенератора. 33 - трубные доски. 34 - сепаратор. 35 - турбина контура ORC. 36 - электрогенератор. 37 - конденсатор модуля. 38 - бак конденсата НКЭ. 39 - конденсатный насос НКЭ. 40 - АБТН. 41 - циркуляционные насосы контуров АБТН. 42 - тепловыделяющий (греющий) контур АБТН. 43-45 - теплообменники в контуре 42 нагрева масла, сетевой воды, дутьевого воздуха соответственно. 47 - дутьевой вентилятор.
Греющий теплоноситель (ГТ) – масло - циркулирует от прямого коллектора 2 до обратного 3 по параллельным замкнутым контурам обогрева генератора АБТН (первый контур) и парогенератора 26 (второй). Температура нагрева масла в котле - до 300°С, по условиям работы с наиболее высокими рабочими температурами НКЭ, например терминола.
Корпус 10 КТ прямоугольного сечения, металлический, теплоизолированный, со съемной крышкой 11 (фиг. 1 и 4) для монтажа, ремонта, замены и пр. Узел глубокой утилизации 9 устанавливают на выходе из котла, на всасывающей стороне. Конструкция крепится на фланцевых соединениях торцевых поверхностей металлического газохода и корпуса 10 и по плоскости горизонтального разъема между корпусом 10 и крышкой 11. Стыки фланцев герметично изолируются термостойкими материалами (изоляция, герметики). Съемной может быть и боковая стенка, свободная от патрубков.
Поток ПС из котла 1 поступает в корпус 10 конденсационного теплообменника 9, проходит в межтрубном пространстве, через каплеуловитель 14 и далее под тягой дымососа 15 - по тракту 22 в дымовую трубу 23. Полностью «высадить» конденсат практически невозможно, оставшееся количество влаги задерживается в каплеуловителе 14 (решетки, жалюзи, сетки, самоочищающиеся элементы), но и при этом имеет место небольшой брызгоунос (до 5%) в газовый тракт. Газоход, газовый тракт, корпус, трубную систему выполняют из коррозионно-стойких материалов, покрытий, нержавеющих сталей, пластиков, для трубной системы применяют биметаллические трубы с накатанным алюминиевым оребрением, полимерные покрытия и пр., что обеспечивает достаточную надежность и долговечность службы, - это общепринятая практика.
На фиг. 1 в порядке примера показана трубная система 9 змеевикового типа. Тип, устройство, конструкция теплообменных поверхностей могут быть различными: например, компактные регенераторы типа РГ-10 НПЦ «Анод» с теплообменной поверхностью из змеевиков с малым радиусом гиба и др. В качестве теплообменных блоков для узла ГУ рекомендуются также секции калорифера, например, типа ВНВ123-412-50АТЗ Калориферного завода, г.Кострома. Выбор компоновки секций и подключения по воде и газам позволяют варьировать и обеспечивать скорости воды и газов в рекомендуемых пределах 1-4 м/с.
Температура точки росы ТР для ПС природного газа - около 50-55°С, примерно тот же диапазон ТР и для ПС древесных отходов (ДО). В заявляемой схеме конденсатор 37 охлаждается в контуре испарителя АБТН с температурами охлаждающей воды, вход/выход, 30/25°С, температура конденсата НКЭ из конденсатора порядка 30-35°С. При подаче конденсата НКЭ с такой температурой (для бутана, изобутана, пентана и др.) в трубной системе 9 происходят глубокое, ниже температуры ТР, охлаждение ПС и конденсация содержащихся в них водяных паров дутьевого воздуха и от сжигания углеводородов топлива, с выделением скрытой теплоты испарения, т.е. глубокая утилизация (ГУ). При этом вместе с физическим (40-45% всего теплосодержания ПС) утилизируется тепло парообразования (60-55%).
Уровень температуры Т2 за узлом 9 однозначно определяется условием конденсации водяных паров в уходящих ПС, значение Т2 должно быть ниже температуры ТР точки росы продуктов сгорания топлива на 10-20°С, т.е. около 40°С.
Все утилизируемое тепло передается в контур ORC, повышая электрическую мощность модуля и тепловую экономичность. Выделившийся из ПС конденсат оседает на трубных поверхностях 9, сливается в поддон и бак 16, оттуда самотеком - в бак 17 и насосом 18 откачивается в бак 19 запаса конденсата. Отсюда насосом 20 через регулятор 21 расхода водный конденсат подают на участок обработки.
После контакта с ПС природного газа конденсат сохраняет высокое качество и нуждается в простой и недорогой очистке - декарбонизации (и то не всегда) и дегазации. Если конденсат не используется, его сливают в канализацию.
В узле сбора и обработки конденсата - пп. 16-21 - применяют известное штатное оборудование систем глубокой утилизации [E.Г. Шадек, Б.И. Маршак и др.].
В системе вырабатывается большое количество избыточной воды, поэтому она не нуждается в подпитке. Этот фактор важен в районах с дефицитом воды.
Схема предусматривает байпасирование узла ГУ 9, т.е. перепуск части или всего потока ПС из котла помимо узла 9 (фиг. 1, 3). Посредством байпасирования поддерживают температуру ПС за узлом 9 в нужном диапазоне, 60-80°С, с целью исключения конденсации в газовом тракте и особенно в дымовой трубе (обледенение, перекрытие ствола зимой). Степень байпасирования регулируется с помощью шиберов (дроссель-клапанов) на основном газоходе 24 и байпасе 25. Она составляет обычно от 15 до 25%. Байпасирование ухудшает все показатели процесса. Так, по расчетным данным, количество утилизируемого тепла QУЕ снижается на 18-20%, поверхность нагрева увеличивается КТ на 10-15%. Оптимальный режим - работа с байпасированием в холодное время года, а летом, когда опасности конденсации нет, - без него.
Межтрубное пространство парогенератора 26 перегорожено трубными досками 33 на секции, по которым зигзагообразно циркулирует НКЭ от первой секции с входным патрубком 30 до последней с выходным патрубком 31. Последняя секция служит пароперегревателем и оборудована сепаратором пара 34 с сетчатым демистором.
Перегретый и отсепарированный в сепараторе пар через выпускной патрубок 31 подается на турбину 35.
Остальное оборудование (пп. 36-39) контура ORC аналогично таковому известных аналогов. В предлагаемой схеме отсутствует рекуператор, функции подогрева конденсата НКЭ выполняет узел 9. Однако в некоторых случаях (различные режимы, марки НКЭ и пр.) он может оказаться рациональным и включается в систему.
Патрубки оборудованы узлами регулирования (регулирующие органы - клапаны с приводом, в общем случае: стопорный, регулирующий, обратный, предохранительный и др., КИП и А.). Эти узлы интегрированы в единую систему автоматического управления (САУ) энергообъекта, которая работает по заданным программам, поддерживая оптимальные параметры процесса (давления, температуры, расходов и пр.). Схема включения АБТН в контур видна из Фиг. 1.
Конденсатор 37 модуля включен в замкнутый холодильный контур И испарителя АБТН, в котором циркулирует вода с температурой 30/25°С (вход/выход). Конденсат НКЭ сливается в бак 38, и оттуда насосом 39 подается в узел ГУ 9. Генератор Г АБТН включен в замкнутый контуру котла с циркулирующим в нем теплоносителем – маслом. В теплоотводящем (а для внешнего потребителя - греющем) контуре 42 АБТН «конденсатор - абсорбер», К-А, циркулирует вода с температурой 60/90°С (вход/выход), в него включены теплообменники 43-45 подогрева масла, сетевой воды (теплоснабжение - отопление, ГВС, технологические нужды и пр.) и дутьевого воздуха (если это целесообразно). Подогреватель сетевой воды 44 обслуживает тепловую сеть и ГВС потребителя (например, поселка) с температурным графиком отопления 90/60°С. Для теплосети ограниченной протяженности этого вполне достаточно. Тепловую мощность QТ АБТН т.е. контура К-А, рассчитывают по максимальной потребности в зимнее время. Летом остаются круглогодичные нагрузки ГВС, подогрева масла, воздуха и др., а излишки тепла сбрасывают в градирню, воздушный конденсатор и др. (не показано).
Отношение вырабатываемого в АБТН, в контуре К-А, тепла QT к затраченному в генераторе QГ QT/QГ=1,65-1,75. Как источник среднетемпературного (до 90°С) тепла АБТН в 1,65-1,75 раза экономичнее обычного топливного водогрейного котла. Балансовое уравнение АБТН: QT=QХОЛ+QГ, где QXOЛ - холодильная мощность машины; это чистый выигрыш в тепловом балансе системы, даровое тепло за счет отвода от конденсатора. Реальная эффективность применения АБТН в системе определяется возможностями и степенью использования тепла QТ.
Техническое решение предоставляет возможность выбора котла и топлива. Котел может быть термомасляным с нагревом масла до 300°С (например, в случае использования терминола) или водогрейным с нагревом воды до 145-150°С (для бутана, изобутана, пентана и др.), по требованиям НКЭ и условиям обогрева АБТН. И те, и другие котлы выпускаются серийно - как отечественные, так и импортные. Система может работать, в принципе, с котлом на любом топливе: газ природный, сжиженный, генераторный, дизельное и другие виды топлива, включая древесные отходы и биомассу, при соблюдении определенных требований к чистоте (загрязненности, запыленности) продуктов сгорания, ПС, и с учетом воздействия на трубные поверхности. Как возможный вариант, на Фиг. 1 и 2 показана установка в газоходе фильтра 8 для очистки ПС от загрязнений - жалюзийные решетки, сетки, кассеты и др., сменные или самоочищающиеся. Для генераторного газа, полученного переработкой ДО, требуются очистка от смол и осушка.
Ниже в порядке примера показана расчетная модель заявляемого объекта - ТЭС на базе ORC-модуля фирмы Turboden 10 HR, Nerminol 66 [3] со следующими параметрами (исходными данными) температуры, °С: теплоносителя к испарителю и от него 290, 146; охлаждающей воды к конденсатору и от него 25, 38.
Тепловые мощности (количество тепла), МВт: подводимое с теплоносителем, QГEH, 5,54/5,9; отдаваемое охлаждающей воде, QXOЛ, 4,4.
Мощность механизмов на собственные нужды, NCH=46 кВт, отпускаемая электрическая мощность 1062 кВт; КПД по отпуску электроэнергии 19%.
Для контура выбран тепловой насос АБТН-4000 В на горячей воде производства ООО «ОКБ ТЕПЛОСИБМАШ», Новосибирск, с показателями: QГEH=5,9, QXOЛ=4, тепловая мощность теплоотводящего контура машины QT=10,2 МВт (примерно равна сумме QГEH и QXOЛ), NCН=12,7 кВт. Как видно, АБТН (см. его характеристики выше) хорошо вписывается в ORC- контур.
Общая потребная мощность котла QK=5,54+5,9=11,44 МВт. Штатный КПД термомасляного котла ηК=0,8. Принимаем (с занижением), что из 20% общей потери тепла на статью с уходящими газами q2 приходится 10%. Для предварительно выбранной теплопроизводительности котла QK=10 МВт величина q2 составит 0,1×10=0,1 МВт (0,86 Гкал/ч). На большом массиве опытных и расчетных данных установлено соотношение Y значений утилизируемого тепла QУT и q2, QУТ/q2, в диапазоне Y=QУT/q2=1,2-1,47 для температур ПС в пределах 120-200°С, причем Y растет с понижением температуры. Для наиболее характерного соотношения Y=1,47 тепловой баланс ПС как раз составляет: 40% - физическое тепло, 60% - тепло конденсации (совпадает с литературными данными, см. выше). Принимая (с занижением) Y=1,4, получим QУT=1,4×q2×QK=1,4×0,1×10=1,4 МВт.
Тогда потребная теплопроизводительность котла QК=10+1,4+11,4 МВт, т.е. практически равна заданной (11,44), где 1,4 МВт сэкономлено, т.е. внесено глубокой утилизацией тепла ПС в узле 9. Общее дополнительное, даровое тепло, вносимое в тепловой баланс станции за счет утилизации, составит сумму QУТ+СХОЛ=1,4+4=5,4 МВт.
Расчет горения ДО (QH P=2440 ккал/кг, расход воздуха на горение VB 0=2,8 м3/кг, выход ПС w=3,73 м3/кг [М.Б. Равич. Упрощенная методика теплотехнических расчетов. М., Изд-во АН СССР, 1958, с. 24]): расход топлива В=QK/QH PηK=8,6 Гкал/ч/2440×0,8=4406 кг/ч. Выход продуктов сгорания при коэффициенте расхода воздуха α=1,5 W=1,5×3,73×4406=24650 м3/ч. Температура уходящих газов ТУX=q2/C×W=0,86/0,34×24650=103°С, где С - теплоемкость ПС ДО, равная 0,34 ккал/м3 гр.
Условия теплообмена в узле ГУ (заданы и принимаются): температуры ПС на входе и выходе трубной системы 103 и 40°С, температуры НКЭ (диапазоны) 30-35 и 40-50 соответственно. Зная ТУХ и задаваясь коэффициентом теплопередачи KW (в среде ПС в условиях конденсации по литературным и расчетным данным) около 100 Вт/м2 гр., определяют средний температурный перепад Δt для расчета теплообмена и поверхность F нагрева теплообменника 9.
При продолжительности работы станции 8000 часов в году, количество сэкономленного тепла составит QЭК=37144 Гкал/год, топлива - 19029 т/год, а его стоимость при цене ДО 800 руб./т - около 15 млн. руб./год (остальные исходные данные те же).
В результате получили диапазоны параметров (Δt=28,5-36°C, F=370-490 м2) и оптимальные режимы - с минимальными значениями F и максимальными QУT и QЭК.
Эффективность предлагаемого решения - в конкурентных преимуществах применяемых технологий: глубокой утилизации (ГУ) и теплового насоса (АБТН) в сочетании, что обеспечивает низкую себестоимость отпускаемой тепловой и электроэнергии и тем самым - конкурентоспособность и рентабельность проекта.
Уменьшение температуры газовых выбросов, а также присутствие в них водяных паров нейтрализует вредное воздействие оксидов азота, делает процесс экологически чистым.
Охлаждение конденсатора ORC-модуля в контуре испарителя АБТН вместо воздушных конденсаторов (охладителей, градирен) дает значительную экономию капитальных и эксплуатационных затрат, производственных площадей, расхода электроэнергии на собственные нужды, оно надежнее и стабильнее и не зависит от погодных условий, работа ТЭЦ в целом - эффективнее.
Применение ORC-модуля расширяет возможности и границы утилизации, позволяет утилизировать среднепотенциальное тепло продуктов сгорания.
Особенно перспективно использование ТЭС как надежного экономичного источника энергоснабжения на различном, в том числе местном топливе, в частности биотопливе, для удаленных труднодоступных объектов (предприятий, населенных пунктов, поселков и т.п.), что крайне актуально для России.
Claims (3)
1. Теплоэлектростанция (ТЭС) с паротурбинной установкой (ORC-модулем) на низкокипящем энергоносителе (НКЭ), содержащая термомасляный котел, ORC-модуль, включающий парогенератор в виде кожухотрубного теплообменника, состоящего из корпуса и трубной системы, турбину на паре НКЭ с электрогенератором, конденсатор ORC-модуля, конденсатный бак и насосы, абсорбционный бромисто-литиевый тепловой насос (АБТН), генератор которого включен в замкнутый контур котла, испаритель - в контур конденсатора ORC-модуля, отличающаяся тем, что содержит размещенный в газоходе за котлом конденсационный теплообменник (КТ), вход в трубную систему которого соединен с конденсатором ORC-модуля, а выход - с входом в межтрубное пространство парогенератора модуля.
2. Теплоэлектростанция по п. 1, отличающаяся тем, что термомасляный котел включен параллельно в два замкнутых контура, в которых циркулирует греющий теплоноситель - масло: котел - генератор АБТН и котел - трубная система парогенератора ORC-модуля.
3. Способ работы теплоэлектростанции по п. 1 или 2, отличающийся тем, что конденсат низкокипящего энергоносителя, НКЭ, из конденсатора ORC-модуля направляют в трубную систему конденсационного теплообменника, откуда нагретый конденсат подают на вход в межтрубное пространство парогенератора модуля, а оттуда полученный пар НКЭ после сепарации направляют на турбину модуля.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015148455A RU2662259C2 (ru) | 2015-11-11 | 2015-11-11 | Теплоэлектростанция с контуром orc-модуля и с тепловым насосом и способ её работы |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015148455A RU2662259C2 (ru) | 2015-11-11 | 2015-11-11 | Теплоэлектростанция с контуром orc-модуля и с тепловым насосом и способ её работы |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015148455A RU2015148455A (ru) | 2017-05-16 |
| RU2662259C2 true RU2662259C2 (ru) | 2018-07-25 |
Family
ID=58715265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015148455A RU2662259C2 (ru) | 2015-11-11 | 2015-11-11 | Теплоэлектростанция с контуром orc-модуля и с тепловым насосом и способ её работы |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2662259C2 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2767427C1 (ru) * | 2021-07-12 | 2022-03-17 | Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ" | Способ работы подогревателя газа (варианты) |
| RU2774012C1 (ru) * | 2021-07-12 | 2022-06-14 | Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ" | Подогреватель газа (варианты) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109027994B (zh) * | 2018-07-18 | 2023-08-29 | 华北电力大学 | 利用锅炉烟气余热、脱碳废热与吸收式热泵燃煤发电系统 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4503682A (en) * | 1982-07-21 | 1985-03-12 | Synthetic Sink | Low temperature engine system |
| RU111581U1 (ru) * | 2011-07-20 | 2011-12-20 | Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт" | Паротурбинная энергоустановка с абсорбционной холодильной машиной в системе циркуляционного водяного охлаждения конденсатора паровой турбины |
| RU119393U1 (ru) * | 2012-03-07 | 2012-08-20 | Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "ЛУКОЙЛ" | Тепловая электрическая станция с абсорбционной бромисто-литиевой холодильной машиной |
| RU127818U1 (ru) * | 2012-11-28 | 2013-05-10 | Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "ЛУКОЙЛ" | Тепловая электрическая станция с абсорбционной бромисто-литиевой холодильной машиной, работающей в режиме теплового насоса |
| RU2487305C1 (ru) * | 2012-01-11 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" | Тригенерационная установка на базе микротурбинного двигателя |
-
2015
- 2015-11-11 RU RU2015148455A patent/RU2662259C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4503682A (en) * | 1982-07-21 | 1985-03-12 | Synthetic Sink | Low temperature engine system |
| RU111581U1 (ru) * | 2011-07-20 | 2011-12-20 | Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт" | Паротурбинная энергоустановка с абсорбционной холодильной машиной в системе циркуляционного водяного охлаждения конденсатора паровой турбины |
| RU2487305C1 (ru) * | 2012-01-11 | 2013-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" | Тригенерационная установка на базе микротурбинного двигателя |
| RU119393U1 (ru) * | 2012-03-07 | 2012-08-20 | Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "ЛУКОЙЛ" | Тепловая электрическая станция с абсорбционной бромисто-литиевой холодильной машиной |
| RU127818U1 (ru) * | 2012-11-28 | 2013-05-10 | Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "ЛУКОЙЛ" | Тепловая электрическая станция с абсорбционной бромисто-литиевой холодильной машиной, работающей в режиме теплового насоса |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Е. ШАДЕК и др. Глубокая утилизация тепла отходящих газов теплогенераторов, Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2767427C1 (ru) * | 2021-07-12 | 2022-03-17 | Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ" | Способ работы подогревателя газа (варианты) |
| RU2774012C1 (ru) * | 2021-07-12 | 2022-06-14 | Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ" | Подогреватель газа (варианты) |
| RU2815593C2 (ru) * | 2022-08-23 | 2024-03-19 | Мусса Фуадович Малхозов | Котельная |
| RU2798634C1 (ru) * | 2023-02-20 | 2023-06-23 | Мусса Фуадович Малхозов | Котельная |
| RU220952U1 (ru) * | 2023-05-13 | 2023-10-11 | Общество с ограниченной ответственностью "РОСТОВСКИЙ ВОЗДУХОзаВОД" (ООО "РВЗ") | Трубчатый элемент рекуператора |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015148455A (ru) | 2017-05-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11821637B2 (en) | Energy-saving system using electric heat pump to deeply recover flue gas waste heat from heat power plant for district heating | |
| US9057288B2 (en) | Process utilizing high performance air-cooled combined cycle power plant with dual working fluid bottoming cycle and integrated capacity control | |
| KR100975276B1 (ko) | 흡수식 히트펌프를 이용한 지역난방수 공급 시스템 | |
| US9534509B2 (en) | Cogeneration device including hydrocondenser | |
| US20170030226A1 (en) | Hybrid power generation system using solar energy and bioenergy | |
| US6981651B2 (en) | Heating system | |
| US20120011865A1 (en) | Combined Water Extractor and Electricity Generator | |
| Cutillas et al. | Energetic, exergetic and environmental (3E) analyses of different cooling technologies (wet, dry and hybrid) in a CSP thermal power plant | |
| CN201715544U (zh) | 烟气余热回收系统 | |
| RU2662259C2 (ru) | Теплоэлектростанция с контуром orc-модуля и с тепловым насосом и способ её работы | |
| RU2489643C1 (ru) | Конденсационная котельная установка (варианты) | |
| RU2755501C1 (ru) | Способ теплохладоснабжения с применением абсорбционного термотрансформатора с двухступенчатой абсорбцией | |
| EP4001598B1 (en) | Method and arrangement | |
| JP3886045B2 (ja) | 高効率低温集熱パネルとその熱輸送システム | |
| RU2607118C2 (ru) | Способ и система глубокой утилизации тепла продуктов сгорания котлов электростанций | |
| RU2700843C1 (ru) | Парогазовая установка с глубокой утилизацией тепла отходящих газов | |
| RU2559093C1 (ru) | Солнечная энергетическая установка | |
| Ionkin et al. | Application of condensing heat utilizers at heat-power engineering objects | |
| RU2392555C1 (ru) | Воздушно-охладительная установка для охлаждения оборотной воды | |
| Plotnikova et al. | The use of heat pump installations as part of waste energy convertion complexes in the joint generation of electrical and thermal energy | |
| CN108443904A (zh) | 一种基于热管换热技术的电厂烟气消白系统 | |
| Ahmadı et al. | Examining performance and optimization of a cogeneration system comprised with allam cycle and MED-TVC for generating power and drinking water: Case study: Kish island | |
| RU2607574C2 (ru) | Комбинированная парогазовая установка на базе трансформатора тепла с инжекцией пара в газовый тракт | |
| GB2390668A (en) | Heat recovery from flue gas of a boiler | |
| AU2017203030B2 (en) | A combined water extractor and electricity generator. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180115 |