PL215564B1

PL215564B1 - Trigeneration aggregate system

Info

Publication number: PL215564B1
Application number: PL389118A
Authority: PL
Inventors: Marek Rudkowski; Zdzisław Borowiec
Original assignee: Ngv Autogas Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date: 2009-09-24
Filing date: 2009-09-24
Publication date: 2013-12-31
Also published as: PL389118A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ agregatu trójgeneracyjnego z silnikiem zasilanym zwłaszcza paliwem gazowym, przeznaczony do jednoczesnego wytwarzania energii elektrycznej oraz mocy grzewczej i/lub mocy chłodniczej.The subject of the invention is a three-generation unit system with an engine powered, in particular, by gaseous fuel, intended for the simultaneous generation of electricity and heating power and / or cooling power.

Znane są i stosowane układy kogeneracyjne, realizujące skojarzoną gospodarkę energetyczną, wytwarzające jednocześnie energię elektryczną i użytkową energię cieplną. Zastosowanie kogeneracji daje duże oszczędności ekonomiczne i jest korzystne pod względem ekologicznym, ze względu na wyższą sprawność w porównaniu z odrębnym wytwarzaniem ciepła i energii elektrycznej.There are known and used cogeneration systems that implement combined energy management and simultaneously generate electricity and usable thermal energy. The use of cogeneration gives great economic savings and is beneficial in terms of ecology, due to its higher efficiency compared to the separate generation of heat and electricity.

W energetyce rozproszonej w agregatach prądotwórczych wykorzystywane są silniki spalinowe, zarówno turbiny gazowe jak i tłokowe silniki spalinowe. W zależności od zastosowanego silnika istnieje kilka możliwości odbioru ciepła na przykład z chłodzenia płaszcza wodnego, oleju smarnego, z chłodzenia spalin wylotowych z silnika.In dispersed energy, power generators use internal combustion engines, both gas turbines and internal combustion piston engines. Depending on the engine used, there are several options for heat removal, for example from cooling the water jacket, lubricating oil, cooling the exhaust gases from the engine.

Gdy występuje równoczesne zapotrzebowanie na energię elektryczną, ciepło i/lub zimno, jak na przykład w budynkach, gdzie nośniki ciepła i zimna wymagane są do ogrzewania i klimatyzacji, konieczne jest zastosowanie układu kogeneracyjnego zintegrowanego z urządzeniem chłodniczym. Układ taki nazywany jest układem trójgeneracyjnym. Najkorzystniejszym urządzeniem chłodniczym są chłodziarki absorpcyjne. Dają one możliwość efektywnego wykorzystania ciepła odpadowego z procesu wytwarzania energii elektrycznej do wytwarzania mocy chłodniczej.When there is a simultaneous demand for electricity, heat and / or cold, such as in buildings where heat and cold carriers are required for heating and air conditioning, it is necessary to use a cogeneration system integrated with the cooling device. Such a system is called a trigeneration system. The most preferred refrigeration equipment is absorption chillers. They make it possible to efficiently use the waste heat from the electricity generation process to generate cooling power.

Chłodziarka absorpcyjna stanowi układ połączonych wymienników ciepła i masy. Poprzez kombinację procesów wymiany ciepła i masy, egzotermicznej absorpcji i endotermicznej desorpcji wymagającej dostarczenia energii cieplnej, oraz silnie endotermicznej przemiany fazowej (parowanie) realizuje transport energii cieplnej z miejsca chłodzonego z reguły do otoczenia. W praktyce najczęściej wykorzystywane są dwa rodzaje chłodziarek absorpcyjnych: bromolitowe (LiBr+H2O), w których czynnikiem roboczym jest woda, oraz amoniakalne (H2O+NH3), w których czynnikiem roboczym jest amoniak.The absorption chiller is a system of combined heat and mass exchangers. Through the combination of heat and mass exchange processes, exothermic absorption and endothermic desorption requiring the supply of thermal energy, and strongly endothermic phase change (evaporation), it transports thermal energy from the cooled place to the environment. In practice, two types of absorption chillers are most often used: bromolite (LiBr + H2O), in which the working medium is water, and ammonia (H2O + NH3), in which the working medium is ammonia.

Zastosowanie chłodziarek bromolitowych jest ograniczone, ze względu na temperaturę krzepnięcia wody, do wytwarzania czynnika chłodniczego o temperaturze na poziomie około + 5°C, co jest wystarczające do zastosowania w układach klimatyzacji. Chłodziarki amoniakalne znajdują zastosowanie głównie w układach przemysłowych, gdy wymagane są temperatury wytwarzanego czynnika chłodniczego poniżej 0°C. Chłodziarki bromolitowe są coraz szerzej stosowane, głównie z powodu mniejszych nakładów inwestycyjnych niż w przypadku systemów amoniakalnych.The use of bromolite chillers is limited, due to the freezing point of water, for the production of a refrigerant with a temperature of about + 5 ° C, which is sufficient for use in air conditioning systems. Ammonia chillers are mainly used in industrial systems where temperatures of the produced refrigerant below 0 ° C are required. Bromolite refrigerators are used more and more, mainly due to lower investment costs than in the case of ammonia systems.

Znane układy trójgeneracyjne złożone z silnika spalinowego, prądnicy, zestawu wymienników ciepła oraz chłodziarki absorpcyjnej nie posiadają wystarczającej zdolności chłodzącej i zwykle muszą być wspomagane przez klasyczne sprężarkowe układy chłodzące. Celem wynalazku jest zwiększenie zdolności chłodzącej agregatu trójgeneracyjnego.Known tri-generation systems consisting of an internal combustion engine, a generator, a set of heat exchangers and an absorption chiller do not have sufficient cooling capacity and usually have to be supported by classic compressor cooling systems. The object of the invention is to increase the cooling capacity of a trigeneration aggregate.

Układ agregatu trójgeneracyjnego wytwarzającego energię elektryczną oraz moc grzewczą i/lub moc chłodniczą według wynalazku zawiera silnik spalinowy, prądnicę, zestaw wymienników ciepła do odzysku ciepła z systemu chłodzenia silnika i z gazów spalinowych oraz co najmniej dwustopniową chłodziarkę absorpcyjną ogrzewaną odzyskanym ciepłem z systemu chłodzenia silnika i z gazów spalinowych. Z chłodziarki absorpcyjnej, w zależności od zapotrzebowania, odbierany jest strumień czynnika chłodzącego lub grzewczego.The system of a trigeneration generator generating electricity and heating power and / or cooling power according to the invention comprises an internal combustion engine, a generator, a set of heat exchangers for heat recovery from the engine cooling system and exhaust gases, and at least two-stage absorption chiller heated with the recovered heat from the engine cooling system and gases. exhaust gas. From the absorption chiller, depending on the demand, a stream of cooling or heating medium is collected.

Ponadto układ agregatu trójgeneracyjnego według wynalazku zawiera sprężarkę powietrza, której strona tłoczna połączona jest poprzez wymiennik ciepła z rurką wirową. Wymiennik ciepła odzyskuje ciepło sprężania politropowego powietrza i jest podłączony do chłodziarki absorpcyjnej, gdzie odzyskane ciepło służy do wytwarzania mocy chłodniczej.Moreover, the three-generation unit system according to the invention comprises an air compressor, the discharge side of which is connected to the vortex tube via a heat exchanger. The heat exchanger recovers the heat of compressing polytropic air and is connected to an absorption chiller where the recovered heat is used to generate cooling power.

Rurka wirowa znana z opisu patentowego US 1 952 281, wykorzystuje efekt Ranque'a polegający na wstępnym zawirowaniu strugi powietrza i na rozdzieleniu strumienia sprężonego powietrza na strumień powietrza gorącego i strumień powietrza zimnego.The vortex tube known from US Patent No. 1,952,281 uses the Ranque effect of pre-swirling the air stream and separating the compressed air stream into a hot air stream and a cold air stream.

Wylot zimnego powietrza z rurki wirowej połączony jest z użytkownikiem mocy chłodniczej, a wylot gorącego powietrza z rurki wirowej poprzez wymiennik ciepła połączony jest do zrzutu powietrza, a może być ono podłączone do ssania silnika spalinowego i/lub do strony ssawnej sprężarki. Wymiennik ciepła odzyskuje ciepło efektu Ranque'a i podłączony jest do chłodziarki absorpcyjnej, gdzie odzyskane ciepło służy do wytwarzania mocy chłodniczej.The cold air outlet of the vortex tube is connected to a cooling power user, and the hot air outlet of the vortex tube via a heat exchanger is connected to an air discharge, and it may be connected to a suction of an internal combustion engine and / or a suction side of a compressor. The heat exchanger recovers the Ranque effect heat and is connected to an absorption chiller where the recovered heat is used to generate cooling power.

PL 215 564 B1PL 215 564 B1

Agregat trójgeneracyjny według wynalazku oprócz zwiększonej zdolności chłodzącej charakteryzuje się dużą elastycznością w dostosowaniu do zmieniającego się zapotrzebowania na moc grzejną i/lub chłodzącą.In addition to the increased cooling capacity, the trigeneration unit according to the invention is characterized by high flexibility in adapting to the changing demand for heating and / or cooling power.

Przedmiot wynalazku pokazano w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym ogólny schemat agregatu.The subject of the invention is shown in the embodiment in the drawing showing the general scheme of the aggregate.

Agregat trójgeneracyjny zawiera silnik spalinowy 1 połączony sprzęgłami z prądnicą 2 oraz ze sprężarką powietrza 6. Zestaw wymienników ciepła do odzysku ciepła obejmuje wymiennik ciepła 4 do odzysku ciepła z systemu chłodzenia silnika, wymiennik ciepła 5 do odzysku ciepła z gazów spalinowych, wymiennik ciepła 7 do odzysku ciepła sprężania politropowego powietrza oraz wymiennik ciepła 9 do odzysku ciepła efektu Ranque'a. Wszystkie wymienniki ciepła połączone są z dwustopniową chłodziarką absorpcyjną 3, gdzie odzyskane ciepło służy do wytwarzania mocy chłodniczej. Z chłodziarki absorpcyjnej 3 odbierany jest strumień czynnika chłodzącego i/lub grzewczego. Strona tłoczna sprężarki 6 połączona jest poprzez wymiennik ciepła 7 z rurką wirową 8. „Gorący” wylot z rurki wirowej 8 połączony jest poprzez wymiennik ciepła 9 ze zrzutem, a wylot „zimny z rurki wirowej 8 połączony jest z użytkownikiem mocy chłodniczej.The tri-generation unit comprises a combustion engine 1 connected by couplings to a generator 2 and an air compressor 6. The heat recovery heat exchanger set comprises a heat exchanger 4 for heat recovery from the engine cooling system, a heat exchanger 5 for heat recovery from exhaust gases, a heat exchanger 7 for recovery heat of compression of polytropic air; and a heat exchanger 9 for heat recovery of the Ranque effect. All heat exchangers are connected to a two-stage absorption chiller 3, where the recovered heat is used to generate cooling power. A stream of cooling and / or heating medium is withdrawn from the absorption chiller 3. The discharge side of the compressor 6 is connected via a heat exchanger 7 to the vortex tube 8. The "hot" outlet of the vortex tube 8 is connected via the heat exchanger 9 to the discharge, and the "cold" outlet of the vortex tube 8 is connected to the user of the cooling capacity.

Claims

A tri-generation unit system generating electricity and heating power and / or cooling power comprising an internal combustion engine, a generator, a set of heat exchangers and at least two-stage absorption chiller, characterized in that it further comprises an air compressor (6) connected via a heat exchanger (7) to a tube swirl tube (8), the hot outlet from the vortex tube (8) being connected to the discharge via a heat exchanger (9) and the cold outlet being connected to the user of the cooling capacity.