FI110542B - Heat recovery and storage system - Google Patents
Heat recovery and storage system Download PDFInfo
- Publication number
- FI110542B FI110542B FI20010268A FI20010268A FI110542B FI 110542 B FI110542 B FI 110542B FI 20010268 A FI20010268 A FI 20010268A FI 20010268 A FI20010268 A FI 20010268A FI 110542 B FI110542 B FI 110542B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- och
- water
- behällaren
- condenser
- tank
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
- F03G7/04—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using pressure differences or thermal differences occurring in nature
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)
- Building Environments (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Description
110542 Lämpöenergian talteenotto-ja varastointijäijestelmä Ätervinnings- och lagringssystem för värmeenergi 5 Keksinnön kohteena on lämpöenergian talteenotto- ja varastointijäijestelmä.110542 The present invention relates to a system for recovering and storing thermal energy. The invention relates to a system for recovering and storing thermal energy.
Teollisuuden käyttämän prosessihöyryn varastointi olisi tarpeen höyryntoimituk-sen luotettavuuden ja kulutuksen dynaamisten vaihtelujen vaatimien lisäinvestointien poistamiseksi. Höyryä ei kuitenkaan voida merkittävästi varastoida höy-10 ryn pienen tiheyden vuoksi. Höyry pitäisi varastoida paineastioissa, joiden hinta nousee pienilläkin varastointimäärillä suureksi.Storage of process steam used by industry would be necessary to eliminate the additional investment required for the reliability of steam delivery and the dynamic fluctuations of consumption. However, the vapor cannot be significantly stored due to the low density of the vapor. The vapor should be stored in pressure vessels, which are priced high even with small storage volumes.
Toinen tapa on varastoida lämpöä korkeapaineiseen kyllästyslämpötilassa olevaan veteen paineastiassa. Korkeapaineisesta vedestä voidaan kehittää höyryä, kun sen 15 painetta lasketaan. Tällaiset höyryvarastot ns. höyryakut ovat tunnettuja ratkaisuja teollisuudessa. Höyryakkujen ongelma on paineastian kalleudesta johtuva pieni varastointikyky.Another way is to store heat in high pressure water at saturation temperature in a pressure vessel. High pressure water can generate steam when its 15 pressures are lowered. Such steam stores are called so-called. Steam batteries are well-known solutions in the industry. The problem with steam batteries is the low storage capacity due to the high cost of the pressure vessel.
Keksinnössä kallis ja pienikokoinen paineastia korvataan kallioluolalla. Paineasti- • · 20 an ominaisinvestointi riippuu paineastian koosta ja painevaatimuksesta. Kallio- •. f,: luolan koon kasvu halventaa kalliovaraston ominaishintaa.In the invention, an expensive and small pressure vessel is replaced by a rock cave. The specific investment of • · 20 pressure vessels depends on the size of the pressure vessel and the pressure requirement. Rocky •. f,: Increasing the size of the cave lowers the specific cost of rock storage.
• ·• ·
Kallioluolan sijainti korkeussuunnassa määrittää luolassa olevan vesivaraston pai-neen. Esimerkiksi 100 m:n syvyydessä olevassa luolassa on 10 barin paine. Pai-25 netason määrää pohjaveden hydrostaattinen paine. Näin ollen 100 m:n syvyydessä olevaan luolaan voidaan varastoida kuumaa vettä, jonka kyllästyspaine on 10 bar.The elevation of the rock cave determines the pressure of the water in the cave. For example, a cave 100 meters deep has a pressure of 10 bar. The net level of Pai-25 is determined by the hydrostatic pressure of the groundwater. Therefore, hot water with a saturation pressure of 10 bar can be stored at a depth of 100 m.
... Tätä vastaava kyllästyslämpötila on 180°C. Kun luolasta olevaa kylläistä vettä pumpataan maan pinnalle, voidaan sen paine laskea säätöventtiilillä esim. 1 ba-“· ” riin. Tällöin 1 kg/s vesivirrasta syntyy 0,13 kg/s kylläinen höyryvirta ja 0,87 kg/s » · · » · 2 110542 100-asteeseen jäähtynyt vesivirta. Jäähtynyt vesi voidaan palauttaa luolan pohjalle.... The corresponding impregnation temperature is 180 ° C. When saturated water from a cave is pumped to the ground surface, its pressure can be lowered to 1 bar “·” using a control valve. This produces a saturated steam flow of 0.13 kg / s and a flow rate of 0.87 kg / s from 1 kg / s of water to 110542 water cooled to 100 degrees. The cooled water can be returned to the bottom of the cave.
Innovaatio on siis se, että höyryakun paineastian tilalla käytetään kallioluolaa, 5 jossa maksimipainetaso voidaan valita luolan syvyyden mukaan. Etuna on suurien varastointikapasiteettien halpa hinta.The innovation, therefore, is that the steam accumulator pressure vessel is replaced by a rock cave 5 where the maximum pressure level can be selected according to the depth of the cave. The advantage is the low price of large storage capacities.
Keksinnön kuvaus: maanalainen säiliö esim. kallioon tehty luola paineistuu sitä ympäröivän poh-10 javeden paineeseen, jonka taas riippuu pohjaveden yläpinnan ja säiliön korke userosta. Tätä eroa vastaavan vesipatsaan hydrostaattinen paine kohdistuu siten säiliössä olevaan vesitilaan.DESCRIPTION OF THE INVENTION: an underground reservoir, e.g. The hydrostatic pressure of the water column corresponding to this difference is thus exerted on the water space in the tank.
- vesitilaa lämmitetään ja jäähdytetään höyryä lauhduttamalla ja sitä tuottamalla - vesitila voi olla lämpöeristetty vesitiivis säiliö tai kallioon tehty luola 15 - höyrystys voi olla luonnonkiertoon perustuva höyryakkuun voidaan varastoida prosessihöyryä tai sillä voidaan tuottaa pro-sessihöyryä etua tuottaa se, että sovellutus on halpa toteuttaa ja mahdollistaa prosessi-höyryn pitkäaikaisvarastoinnin esim. sähkön tuotannon ajoittamiseksi vuoro-20 kauden aikana kalleimman sähkön hinnan mukaiseksi.- the water space can be heated and cooled by condensing and producing steam - the water space can be a heat-insulated watertight tank or a rock cavity 15 - the vaporization can be a process-based steam stored in the natural process steam for long-term storage, for example, to schedule the production of electricity during the shift period to the price of the most expensive electricity.
•. ·. - perinteinen tapa toteuttaa prosessihöyryn varastointi johtaa paineastiaan, jonka . ominaishinta ei mahdollista kalleutensa takia vuorokausitason varastointia : prosessihöyryä tuottavissa voimalaitoksissa ;***. - järjestelmä on turvallinen ja ympäristöystävällinen 25•. ·. the traditional way of carrying out process steam storage results in a pressure vessel which:. the specific price does not allow day-to-day storage because of its high cost: in process steam generating plants; ***. the system is safe and environmentally friendly 25
Keksinnön mukaiselle lämpöenergian talteenotto- ja varastointijärjestelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksissa.The thermal energy recovery and storage system according to the invention is characterized by what is claimed.
• · · ', Keksintöä selostetaan seuraavassa viittaamalla oheisien piirustuksien kuvioissa :: 30 esitettyihin keksinnön eräisiin edullisiin suoritusmuotoihin, joihin keksintöä ei ole ; 1 “: tarkoitus kuitenkaan yksinomaan rajoittaa.The invention will now be described with reference to certain preferred embodiments of the invention not shown in the drawings in the accompanying drawings: 30; 1 ": however, is intended as a limitation only.
• » » » · 3 110542• »» »· 3 110542
Kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukainen lämpöenergian talteenotto- ja varastointi äqestelmä höyrykattilan ja höyryturbiinin välisessä kytkentärakenteessa, jossa höyryturbiini on sovitettu pyörittämään sähköä tuottavaa generaattoria.Figure 1 illustrates a system for recovering and storing thermal energy in accordance with the invention in a coupling structure between a steam boiler and a steam turbine, wherein the steam turbine is adapted to run an electric generator.
55
Kuviossa 2 on esitetty yleisesti keksinnön mukaisen lämpöenergian talteenotto- ja varastointijärjestelmän toinen suoritusmuoto prosessihöyry-yhteen ja prosessi-lauhdevesiyhteen yhteydessä.Figure 2 illustrates another embodiment of a thermal energy recovery and storage system according to the invention in connection with a process steam-to-process condensate water connection.
10 Kuviossa 1 on esitetty kattilan 10 ja höyryturbiinin 11 välinen kytkentärakenne ja esitettynä on keksinnön mukainen pohjaveden pintatason alapuolelle kallioon louhitun säiliön 24 käyttö voimalaitosprosessin yhteydessä lämpöenergian varastoinnissa ja talteenotossa.Figure 1 illustrates the coupling structure between the boiler 10 and the steam turbine 11 and illustrates the use of a reservoir 24 excavated below the groundwater level in the rock in connection with a power plant process for storing and recovering thermal energy.
15 Keksinnön mukaisesti syöttövesiyhde 13 on johdettu syöttövesisäiliöstä 14 kattilan 10 kautta höyryturbiinille 11, joka höyryturbiini 11 on edelleen sovitettu pyörittämään sähkögeneraattoria 12 ja tuottamaan sähköä. Syöttövesiyhde 13 käsittää syöttö vesipumpun P1} joka on sovitettu pumppaamaan vettä syöttövesisäiliöstä 14 kattilan 10 savukaasukanavassa 10a olevan ekonomaiserin 15 kautta, josta syöttövesi 20 johdetaan edelleen höyrystimelle 16, josta höyry johdetaan tulistimelle 17 ja tulis- ·.·. tettu höyry johdetaan edelleen yhteen 18 kautta höyryturbiiniin 11 pyörittämään säh- • · · . kögeneraattoria 12 sähkön tuottamiseksi.According to the invention, the feed water conduit 13 is led from the feed water tank 14 via a boiler 10 to a steam turbine 11, which steam turbine 11 is further adapted to rotate an electric generator 12 and generate electricity. The feed water line 13 comprises a feed water pump P1} adapted to pump water from the feed water tank 14 via an economizer 15 in the flue gas duct 10a of the boiler 10, from which the feed water 20 is further directed to the vaporizer 16, from which steam is directed to the superheater 17. the steamed steam is further conveyed through one of the 18 to the steam turbine 11 to rotate the electrical. a power generator 12 for generating electricity.
• » • · · • f • · t • I · » t• »• · · • f • · t • I ·» t
Syöttövesiyhde 13 käsittää syöttöveden esilämmittimen 19, jolla syöttövettä lämmi- • · · ·”·· 25 tetään väliottohöyrystä otetun lämpöenergian avulla. Valiottohöyry-yhde 20ai on siten johdettu höyryturbiinin 11 syöttöveden esilämmittimelle 19. Yhde 21 johtaa edelleen syöttöveden esilämmittimeltä 19 syöttövesisäiliöön 14.The feed water connection 13 comprises a feed water preheater 19, by means of which the feed water is heated by the heat energy drawn from the tap steam. Thus, the condensate steam unit 20ai is led to the feed water preheater 19 of the steam turbine 11. The unit 21 further leads from the feed water preheater 19 to the feed water tank 14.
‘ t _ # ·’ Myös palamisilma esilämmitetään palamisilman esilämmittimessä 22 ja esilämmi- :' · : 30 tetty ilma johdetaan kanavan 23 kautta edelleen kattilan 10 tulipesään E, esimerkiksi • » :' 1 ’; leijukerrostulipesään. Polttoaine F tuodaan kattilaan 10 sen tulipesään E.'T _ # ·' The combustion air is also preheated in the combustion air preheater 22 and the preheated air is further supplied through duct 23 to the furnace E of the boiler 10, for example • »: '1'; into the boiler. Fuel F is introduced into boiler 10 in its furnace E.
* · ·* · ·
» » I»» I
I » > < · > » 4 110542 Höyryturbiinilta 11 on edelleen poistohöyry-yhde 20a2 poistohöyryille ja poisto-höyry-yhteestä 20a2 on edelleen prosessihöyry-yhde 20a3 teollisuusprosesseihin prosessihöyryn hyödyntämiseksi.The steam turbine 11 still has an exhaust steam assembly 20a2 for an exhaust steam and the exhaust steam assembly 20a2 is still a process steam assembly 20a3 for industrial processes for utilizing process steam.
55
Keksinnön mukaisesti on säiliö 24, edullisesti kallioon louhittu kallioluola tai vastaava pohjaveden 25 pintatason Ti alapuolella ja on pohjaveden 25 täyttämä ja pohjaveden 25 paineistama. Pohjaveden 25 pintatason Ti ja säiliön 24 vedenpinnan tason T2 välinen korkeusero H määrää säiliössä 24 vallitsevan pohjaveden hydro-10 staattisen paineen ja painetaso P on alueella 2 bar - 50 bar. Tämän määrää pohjaveden 25 pintatason Ti ja säiliön 24 veden pintatason T2 välinen korkeusero H, joka on alueella 10 m - 500 m.According to the invention, the reservoir 24, preferably a rock cavity excavated in the rock or the like below the surface level Ti of groundwater 25, is filled with groundwater 25 and pressurized by groundwater 25. The height difference H between the groundwater level T1 of the groundwater 25 and the water level T2 of the reservoir 24 determines the static pressure of the groundwater hydro-10 in the reservoir 24 and the pressure level P is in the range of 2 bar to 50 bar. This is determined by the height difference H between the groundwater surface T1 and the water surface T2 of the reservoir 24, which is in the range of 10 m to 500 m.
Säiliöstä 24 sen yläosasta on yhde 28a höyrystimelle 27 ja höyrystimeltä 27 on pa-15 luuyhde 28b takaisin säiliöön 24 sen keskiosaan tai alaosaan. Höyrystimelle 27 on prosessilauhdevesiyhteestä 26 yhde 30 ja höyrystimen 27 lähtöpuolelta on höyrylle yhde 31. Yhde 31 liittyy prosessihöyry-yhteeseen 20a3. Keksinnön mukaisesti höyrystimelle 27 johdetaan säiliöstä 24 vettä säiliön 24 yläosasta. Paluuvesivirtaus höyrystimestä 27 sen lähtöpuolelta virtautetaan yhdettä 28b pitkin säiliön 24 keski- tai 20 alaosaan. Kiertovirtauksen aikaansaa pumppu P2 yhteessä 28b.The reservoir 24 has an upper portion 28a for the vaporizer 27 and a vaporizer 28b for the vaporizer 27b for the evaporator 27 back to the central or lower portion of the reservoir 24. The evaporator 27 has a connection 30 from the process condensate water connection 26 and an outlet 31 from the evaporator 27 to the steam condensation 31. The connection 31 is connected to the process steam connection 20a3. According to the invention, water is supplied from the tank 24 to the evaporator 27 from the top of the tank 24. The return water stream from the evaporator 27 from its outlet side is flowing along the line 28b to the middle or bottom 20 of the tank 24. Circulation flow is provided by pump P2 at port 28b.
• ♦ * ♦ » · · . Säiliöstä 24 on myös yhde 32a lauhduttimelle 33 ja lauhduttimelta 33 on paluuyhde • · · « · · : 32b takaisin säiliöön 24, sen yläosaan. Yhde 32a on johdettu säiliön 24 keski- tai • · · • φ . * * \ alaosasta ja paluuyhde 32b, joka käsittää pumpun P3, liittyy säiliön 24 keski- tai ylä- 25 osaan. Höyry johdetaan väliottohöyry-yhteestä 20ai haarayhteen 20ai' kautta lauh- : * * *; duttimelle 33 ja lauhduttimelta 33 on paluuyhde 34 prosssilauhdeyhteeseen 26.• ♦ * ♦ »· ·. The reservoir 24 also has a connection 32a for the condenser 33 and the condenser 33 has a return connection • · · «· ·: 32b back to the reservoir 24, at the top thereof. The assembly 32a is derived from the middle or • · · • φ of the container 24. * * \ from the lower part and the return connection 32b comprising the pump P3 is connected to the middle or upper part of the tank 24. The steam is led from the tap steam connection 20ai through the branch connection 20ai 'to the condensate: * * *; the nozzle 33 and the condenser 33 have a return connection 34 to a brass condensate connection 26.
• · · *:·*: Höyrystimellä 27 lämpöenergiaa siirretään kallionsäiliöstä 24 sen korkeapaineisesta • » · \ : vedestä käyttöön prosessihöyryn tuottamiseksi ja lauhduttimella 33 otetaan lämpö- : 30 energiaa talteen kalliosäiliön 24 veteen 25. Keksinnössä olennaista on, että vesi 25 • · ; . on paineistettu suureen paineeseen. Tällöin sekä höyrystimen että lauhduttimen kier- • · · » * 5 110542 rätyspiireissä pysyy lämmönsiirtoväliaine aina vetenä eikä höyrysty. Korkeassa paineessa kierrätyspiirin lämpötila voidaan lisäksi nostaa korkealle. Lämpötila-alue T kierrätyspiirissä on alueella 120 °C - 260 °C.The vaporizer 27 transfers thermal energy from the rock tank 24 from its high pressure water to produce process steam and the condenser 33 recovers thermal energy from the rock vessel 24 to the water 25. It is essential in the invention that water 25 • ·; . is pressurized to high pressure. In this case, the heat transfer medium in both the evaporator and condenser coils • 110 · 425 always remains water and does not evaporate. Further, at high pressure, the temperature of the recycling circuit can be raised to a high level. The temperature range T in the recycling circuit is in the range 120 ° C to 260 ° C.
5 Edullisesti säiliö 24 louhitaan kallioon. Jos maaperä ei ole kalliota, on edullinen suoritusmuoto, jossa säiliö on metallista ja edullisesti varustettu lisäksi eristeillä. Jos maa-aines on pehmeää ja tarvitaan säiliön muodostamiseksi metallikuori, huomioidaan kuoren muodostamisessa se, että pohjavesi pääsee virtaamaan säiliötilaan ja täyttämään sen. Näin ollen säiliön sisätilan ja metallikuoren ulkotilan välillä on vir-10 taustiet. Säiliö 24 voidaan vuorata lämpöeristeellä esimerkiksi massalla. Massa voi olla huokoista ainetta. Se on hyvää lämpöeristävää materiaalia, mutta laskee pohjaveden 25 lävitseen säiliön 24 sisätilaan.Preferably, the container 24 is excavated into the rock. If the soil is not rock, there is a preferred embodiment in which the container is made of metal and preferably further provided with insulators. If the soil is soft and a metal shell is required to form the tank, the formation of the shell takes into account that groundwater can flow into and fill the tank space. Thus, there are vir-10 backsheets between the interior of the container and the exterior of the metal shell. The container 24 may be lined with thermal insulation, for example with pulp. The mass may be porous. It is a good heat insulating material, but lowers the groundwater 25 through the interior of the tank 24.
Kuviossa 2 on esitetty säiliö 24, edullisesti kalliosäiliö, joka on sovitettu pohjave-15 den 25 pintatason Ti alapuolelle korkeudelle H pohjaveden pinnan tasosta Ti. H on alueella 10 m - 500 m. Säiliön 24 alaosasta on paisuntavedelle yhde n paisunta-altaaseen M, jossa veden pintataso sijaitsee suunnilleen pohjaveden pinnan tasossa Ti. Säiliöstä 24 sen yläosasta on yhde 35, joka haarautuu maanpinnan tason yläpuolella haarayhteisiin 35a ja 35b. Yhde 35 käsittää säiliön 24 puoleisessa päädyssään 20 pumpun P4 ja sen rinnalle ohituskanavaan 36 kytketyn venttiilin Vj, jolloin pumppu P4 voidaan sivuttaa virtauksen ollessa säiliöön 24 päin ja pumpun P4 ollessa ei- » · . käytettynä. Tällöin virtaus kulkee ohitushaaran 36 kautta säiliöön 24. Haara 35a t I » ;'·, · johtaa lauhduttimelle 33 ja yhde 35b johtaa höyrystymille 27. Yhde 35a käsittää vir- • t : tausta sulkevan ja avaavan venttiilin V2. Lauhduttimelta 33 on paluuyhde 37 säiliöön •:··: 25 24 ohivirtausyhteen 37b kautta, joka on asetettu yhteessä 37 olevan pumpun P5 rin- : nalle ja käsittää venttiilin V4. Yhde 37 on liitetty säiliön 24 ala- tai keskiosaan. Yhde 35 liittyy säiliön 24 yläosaan. Lisäksi paluuyhde 37 käsittää maanpinnalla lauhdutti- ’:' ‘! men 33 läheisyydessä sulkuventtiilin V3.Figure 2 shows a reservoir 24, preferably a rock reservoir, arranged below the surface level Ti of the groundwater 25 at a height H above the surface level Ti of the groundwater. H is in the range of 10 m to 500 m. From the lower part of the reservoir 24 there is one for the expansion water, one for the expansion basin M, where the water level is approximately equal to the groundwater level Ti. The reservoir 24 has, at its upper part, a connection 35 which branches above ground level to the branch connections 35a and 35b. The assembly 35 comprises a pump P4 at its end 20 on the side of the tank 24 and a valve Vj connected therewith to the bypass passage 36, whereby the pump P4 may be flanked with the flow facing the tank 24 and the pump P4 being non-directional. used. The flow then passes through the bypass branch 36 to the reservoir 24. The branch 35a t1 », ·, · leads to the condenser 33 and the unit 35b leads to evaporation 27. The unit 35a comprises a flow: back-closing and opening valve V2. From the condenser 33 there is a return connection 37 to a tank •: ··: 25 24 through a bypass connection 37b, which is disposed on the side of the pump P5 of the connection 37 and comprises a valve V4. The assembly 37 is connected to the lower or middle portion of the container 24. The assembly 35 engages the top of the container 24. Further, the return connection 37 comprises a ground-condenser:: ''! men 33 near the shut-off valve V3.
» · · • · » » · :'·, j 30 Kuviossa 2 on höyry-yhdettä prosessihöyrylle esitetty 20a3illa ja lauhdeyhdettä pro-sessilauhteelle viitenumerolla 26. Yhteestä 20a3 on yhde 38 lauhduttimelle 33 ja • > · » » · • · · * · » 1 6 110542 lauhduttimelta 33 yhde 39 lauhdevesiyhteeseen 26. Yhde 39 käsittää pumpun P6. Vastaavasti prosessilauhdevesiyhteestä 26 on yhde 40 höyrystimelle 27 ja höyrystimeltä 27 yhde 41 prosessihöyry-yhteeseen 20a3. Yhde 40 käsittää pumpun P7. Yhde 35 haarautuu maanpinnalla haarayhteeseen 35b, joka on liitetty höyrystimeen 27 ja 5 käsittää virtausta avaavan ja sulkevan venttiilin V5. Höyrystimeltä 27 on paluuyhde 42, joka liittyy yhteeseen 37. Yhde 42 käsittää virtausta avaavan ja sulkevan venttiilin V6.In Fig. 2, the vapor compound for process steam is shown at 20a3 and the condensate compound for the process condenser is referenced by reference numeral 26. Of the 20a3, there is a connection for 38 for the condenser 33 and. »1 6 110542 from condenser 33 to conduit 39 to condensate water conduit 26. The conduit 39 comprises a pump P6. Correspondingly, process condensate water connection 26 has a connection 40 to evaporator 27 and from evaporator 27 a connection 41 to process steam connection 20a3. The assembly 40 comprises pump P7. The unit 35 branches at ground level to the branch unit 35b which is connected to the evaporator 27 and 5 comprising a flow opening and closing valve V5. The evaporator 27 has a return connection 42 which is connected to the connection 37. The assembly 42 comprises a flow-opening and closing valve V6.
Näin ollen venttiilejä Vi...V6 avaamalla/sulkemalla saadaan valittua tarkoituksen-10 mukainen kierto säiliössä 24 varastoidulle korkeapaineiselle vedelle 25. Vesi 25 voidaan kierrättää a) yhteen 35, 35b kautta höyrystimelle 27, jossa kylmennyt vesi siirretään edelleen paluuyhteen 42 kautta yhteeseen 37 ja edelleen säiliöön 24 sen alaosaan. Tällöin venttiilit Vi, V2, V3 on suljettuja venttiilit V5, V6 ja V4 on auki. Veden kierto ai- 15 kaansaadaan pumpulla P4 Kierrossa a) vedestä siirretään höyrystimessä lämpö- energiaa prosessihöyryn tuottamiseksi. Lämpöä höyrystimessä 27 luovuttanut vesi kierrätetään edelleen takaisin säiliöön 24 sen keski- tai alaosaan.Thus, opening / closing valves V1 ... V6 will select the intended circulation of high pressure water 25 stored in reservoir 24. Water 25 may be recirculated a) through 35, 35b to evaporator 27 where the cooled water is further passed through return line 42 to 37 and further to the container 24 at its lower part. Then valves V1, V2, V3 are closed valves V5, V6 and V4 are open. Water circulation is achieved by pump P4 In circuit a), heat energy is transferred from the water in the evaporator to produce process steam. The water that has supplied heat to the evaporator 27 is further recycled to the tank 24 at its central or lower portion.
b) Lämpöenergiaa talteenotettaessa virtaus on edelleen seuraavanlainen. Kalliosäi-liön 24 vettä virtautetaan pumpun P5 avulla yhdettä 37 pitkin lauhduttimelle 33 20 ja lauhduttimelta 33 yhdettä 35a pitkin yhteeseen 35 ja edelleen ohivirtauskana- van 26 kautta säiliöön 24. Tällöin venttiili V4, V5 ja V6 ovat kiinni ja venttiilit • · • Vi, V2 ja V3 ovat auki. Tällöin prosessihöyryä lauhdutetaan lauhduttimessa 33 ja • · * ; j lauhdevesi siirretään lauhduttimelta 33 prosessilauhdelyhteeseen 26. Kiertopiirin : ]’ ’: vesi lämpiää j a lämmennyt vesi siirretään säiliön 24 yläosaan.(b) For thermal energy recovery the flow is still as follows. The water in the rock tank 24 is pumped by pump P5 through conduit 37 to condenser 33 20 and condenser 33 through conduit 35a to conduit 35 and further through bypass conduit 26 to reservoir 24. The valves V4, V5 and V6 are closed and valves and V3 are open. The process steam is then condensed in condenser 33 and • · *; The condensate water is transferred from the condenser 33 to the process condenser outlet 26. The circulating circuit:] '': the water warms up and the heated water is transferred to the top of the tank 24.
:··: 25: ··: 25
ESIMERKKIEXAMPLE
* · · #* · · #
Esimerkkinä tarkastellaan paperitehtaan käyttöön soveltuvaa höyryn varastointia, • · » jossa varastoitavan höyryn paine on 20 bar ja hyödynnettävän höyryn paine on 5 30 bar.As an example, we consider vapor storage suitable for use in a paper mill with a vapor pressure of 20 bar and a vapor pressure of 5 to 30 bar.
» * · I » » · * * · t»* · I» »· * * · t
* » I* »I
lit*» 7 110542lit * »7 110542
Jotta 20 barin paineessa oleva höyry saadaan lauhtumaan, pitää vesivaraston sijaita niin syvällä pohjavesipinnan alapuolella, että pohjaveden paine ylittää 20 bar. Pohjaveden paine saadaan kaavasta p = p g H, jossa p on pohjaveden paine (Pa) 5 p on veden tiheys (1000 kg/m3) •y g on gravitaatiovakio (9,81 kgm/s)In order to condense the steam at 20 bar, the water reservoir must be located so deep below the surface that the groundwater pressure will exceed 20 bar. Groundwater pressure is given by p = p g H where p is groundwater pressure (Pa) 5 p is water density (1000 kg / m3) • y g is gravitational constant (9.81 kgm / s)
Vesitilan yläpinnan minimietäisyys pohjaveden pinnasta on siten H= p/ (p g) = 2 000 000 / (9,81 x 1000) = 204 m.The minimum distance of the upper surface of the water space from the groundwater surface is thus H = p / (p g) = 2,000,000 / (9.81 x 1000) = 204 m.
10 Vesitilan (ks. Kuva 1) yläosassa on 20 barin kyllästyslämpötilaista pohjavettä ja keskiosassa 5 barin kyllästyslämpötilaista pohjavettä. Vesitilan alaosassa on ympäröivän maaperän lämpöistä pohjavettä. Eri lämpötilaisten vesien sekoittuminen on mitätöntä erilämpötilaisten vesien tiheyseron vuoksi. Myös lämmönsiirtyminen tapahtuu johtumalla rajapintojen yli ja on siksi vähäistä.10 At the top of the water compartment (see Figure 1) there is a 20 bar impregnation temperature groundwater and in the central section a 5 bar impregnation temperature groundwater. The lower part of the water body contains warm groundwater from the surrounding soil. Mixing of water at different temperatures is negligible due to the difference in density of water at different temperatures. Also, heat transfer occurs through conduction across interfaces and is therefore negligible.
1515
Vesivarastoa ladattaessa keskiosasta poistetaan pumpun avulla pohjavettä, joka johdetaan putkistoa pitkin maan pinnalle ja lämmitetään siellä lauhduttamalla 20 barin paineista prosessihöyryä lämmönvaihtimessa. Kuumentunut pohjavesi palautetaan vesitilan yläosaan. Kierrätyspumpussa pohjaveden paine nostetaan hie-***** 20 man yli 40 barin paineiseksi, jotta vesi ei höyrystyisi kiertoputkistossa. Vastaa- » » t • · · , . , * * *. vasti paine lasketaan säätöventtiilillä vesitilan paineeseen.When the water reservoir is being charged, the central section is pumped to remove groundwater, which is piped to the surface of the ground and heated there by condensing 20 bar of process steam in the heat exchanger. The heated groundwater is returned to the top of the water space. In the recirculation pump, the groundwater pressure is slightly raised to ***** 20 man pressure above 40 bar to prevent water evaporation in the circulatory system. Reply- »» t • · ·,. , * * *. the pressure is then lowered to the water pressure by the control valve.
* · ·* · ·
Kun vesitilaan varastoitua lämpöä hyödynnetään prosessihöyryn tuottamiseksi, kierrätetään kuumaa pohjavettä vesitilan yläosasta maan pinnalla olevaan höyrys-25 timeen, jossa prosessivesi höyrystyy. Prosessihöyryn painetta vastaavaan kylläs- <i(i; tyslämpötilaan jäähtynyt pohjavesi palautetaan vesitilan keskiosaan. Kierto- • · .···. vesipumppuja paluuyhteen säätöventtiili paineistavat pohjavesikierron niin, ettei , · . vesi höyrysty kierron aikana.When the heat stored in the water space is utilized to produce process steam, hot groundwater is recycled from the top of the water space to steam on the surface of the ground, where the process water is evaporated. The groundwater cooled to the process steam pressure, which is cooled down to the reflux temperature, is returned to the center of the water space. The circulating water pumps • •. ···. The return valve regulate the groundwater circulation so that water does not evaporate.
• · · • · · • » • · *!' 30 Lataus- ja purkujäijestelmät on mahdollista toteuttaa perustuen yhteen lämmön-• vaihtimeen ja yhteen pumppuun.• · · • · · • »• · *! ' 30 Charging and discharging systems can be implemented based on one • heat exchanger and one pump.
s 110542s 110542
Kyllästyslämpötilojen välinen rajapinta liikkuu ylemmän (20 barin painetta vastaava kyllästyslämpötila) yhteen ja alemman (5 barin painetta vastaava kyllästys-lämpötila) yhteen korkeustasojen välillä riippuen maanalaisen vesitilan latausas-5 teestä. Rajapinta on alemman yhteen tasolla, kun latausaste on maksimissaan ja minimissään, kun rajapinta on ylemmän yhteen tasolla.The interface between the impregnation temperatures moves between the upper (20 bar impregnation temperature) and lower (5 bar impregnation temperature) together elevation levels, depending on the underground water charge level. The interface is at the lower to one level when the charge level is at its maximum and minimum when the interface is at the upper to one level.
Vesitilan pohjasta on rakennettu putkiyhteys avoimeen paisunta-altaaseen kompensoimaan veden lämmityksessä tai jäähdytyksessä tapahtuvaa vesitilan veden 10 keskimääräisen tiheyden muutosta.At the bottom of the water space, a pipe connection is provided to the open expansion pool to compensate for the change in the average density of water in the water space during heating or cooling of the water.
Vesitilan yläosaan voidaan johtaa vettä, joka saadaan, kun 20 barin höyry lauhtuu. Purkuvaiheessa vettä voidaan jäähdyttää 5 barin höyryn painetta vastaavaan kyl-lästyslämpötilaan, jossa siis 5 barin höyryä on mahdollista tuottaa. Vesitilan läm-15 mitys ja jäähdytys voidaan tehdä suoralla jäijestelmällä (höyry lauhtuu suoraan vesitilaan ja vesitilasta peräisin olevaa vettä höyrystetään flash-säiliössä tai epäsuoralla järjestelmällä, jossa vesitilan vesi ja prosessivesi eivät sekoituja prosessiveden lauhdutus ja höyrystys tapahtuvat lämmönvaihtimissa.Water, which is obtained when the steam of 20 bar condenses, can be introduced into the upper part of the water space. In the discharge phase, the water can be cooled to a saturation temperature corresponding to a pressure of 5 bar of steam, whereby it is possible to produce 5 bar of steam. The heating and cooling of the water space can be done by a direct ice system (steam condenses directly into the water space and water from the water space is evaporated in a flash tank or indirect system where water and process water do not mix in the process water condensation and evaporation.
‘ ; 20 Vesitilan koko määräytyy siitä, miten suuri energiavarasi o (teho x aika) tarvitaan.'; 20 The size of the water space is determined by how much energy you need o (power x time).
• · « i”. Esimerkkitapauksessa tarkastellaan paperikoneen tyypillistä höyryntarvetta (45 • · · MW) puolen vuorokauden aikana (12 h). Tämä sähkön hinnan vuorokausivaihte-_ ’' |. luun perustuva tuotanto-ominaisuus ei ole taloudellisesti kannattavaa perinteisellä .···, teknologialla toteutettuna prosessihöyryn tuotannon yhteydessä, koska höyryn 25 varastointi edellyttäisi suuren koon vuoksi kalliita paineastioita. Kaukolämmön vuorokausivarastointi sen sijaan on taloudellista, koska se voidaan toteuttaa il-." 1. manpaineisena.• · «i”. In the example, a paper examines a typical steam requirement (45 • · · MW) during a half-day (12 h). This is the electricity price of the day-_ '' |. the bone-based production capability is not economically viable with conventional ··· technology implemented in process steam production, since storage of steam would require expensive pressure vessels due to their large size. On the other hand, day-to-day storage of district heat is economical because it can be carried out under pressure.
• t ti» Q = <zt t 30 jossa Q lämpövaraston energiasisältö, Φ lämpöteho ja t on lataus tai purkuaika.• t ti »Q = <zt t 30 where Q is the energy content of the heat storage, Φ the heat output and t is the charge or discharge time.
9 110542 Q - P v Cp (Tsat(piataus) " TSat (Ppurku)) jossa V on vesitilan tilavuus (m3), cp on veden ominaislämpö (kJ/kgK), Tsat on kyllästyslämpötila (°C), piataus on latauspaine (bar) jappurku on purkupaine (bar).9 110542 Q - P v Cp (Tsat (Piata)) where V is the volume of water (m3), cp is the specific water temperature (kJ / kgK), Tsat is the saturation temperature (° C), Pia is the charge pressure (bar) ) jappurku is the discharge pressure (bar).
5 => V = (Φ t)/ (p cp ( Tsat (20 bar)- Tsat (5 bar))) = (45 000 x 12 x 3600 ) / ( 890 x 4,43 ( 212 - 152)) = 8200 m3.5 => V = (Φ t) / (p cp (Tsat (20 bar) - Tsat (5 bar))) = (45,000 x 12 x 3600) / (890 x 4.43 (212 - 152)) = 8200 m3.
10 Kyseisen vesitilan louhintakustannus on n. 200 mk/m3 eli tasolla 1,64 milj.mk. Tämän lisäksi kustannuksiin pitää lisätä tapauskohtainen louhintatunnelien teko (voi tosin olla pahimmillaan joitakin miljoonia markkoja).10 The cost of excavation of the water in question is approximately FIM 200 / m3, or FIM 1.64 million. In addition to this, the cost must be increased by ad hoc excavation tunnels (although in the worst case may be some FIM million).
Tämän päälle tulevat prosessitekniset laitteet eli putkisto, pumput, venttiilit ja 15 lämmönvaihtimet, joiden kustannus on n. 2 milj.mk.This will be supplemented by process engineering equipment, ie piping, pumps, valves and heat exchangers at a cost of about FIM 2 million.
Esimerkkitapauksen lämpö varaston kokonaiskustannukset ovat tasolla 5-10 milj.mk.In the example case, the total cost of heat storage is at the level of FIM 5-10 million.
• · ; 20 Suuret teollisuuden käyttämät höyryakut ovat tilavuudeltaan 250 m3 ja paineastian • » · hankintahinta on n. 3,3 milj.mk. Jos näistä rakennettaisiin esimerkin mukainen . .. järjestelmä, olisi paineastioiden kokonaismäärä 8200/250 = 34 kpl ja yhteishinta 112 milj.mk. Tämän lisäksi kustannuksia lisäävät rakennukset, putkistokustan-. · · ·. nukset ja prosessilaitteet kuten pumput ja venttiilit.• ·; 20 The large industrial steam accumulators have a volume of 250 m3 and the purchase price of the pressure vessel is about FIM 3.3 million. If these were built according to the example. .. system, would be the total number of pressure vessels 8200/250 = 34 and the total price of FIM 112 million. In addition to this, the cost increases buildings, pipeline costs. · · ·. and process equipment such as pumps and valves.
25 ....: Keksinnön avulla voidaan prosessihöyryn varastointi toteuttaa siis n. 5 %:n kus- •"'; tannuksella verrattuna perinteiseen paineastiavaihtoehtoon.The process vapor storage can thus be implemented at a cost of about 5% compared to the conventional pressure vessel alternative.
,···, Vesitilan lämpöhäviöt maaperään ovat keksinnön haittapuoli. Ne kuitenkin pie- » · 30 nenevät, kun järjestelmä on jatkuvassa käytössä ja ympäröivä maaperä (kallio) 1 ‘, hitaasti lämpenee, jolloin lämmön johtuminen heikkenee. Jos lämpimän veden ,0 110542 vuoto pohjaveteen estetään, on esimerkkitapauksen lämpöhäviö jatkuvuustilassa tasolla 0,5...1,0 MW. 1 i · • · ·, ···, The heat loss of the water space to the soil is a disadvantage of the invention. However, they become smaller when the system is in continuous operation and the surrounding soil (rock) 1 'slowly heats up, thereby reducing heat conduction. If the leakage of hot water, 0 110542, to groundwater is prevented, the heat loss in the continuous case is 0.5 to 1.0 MW. 1 i · • · ·
Claims (13)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20010268A FI110542B (en) | 2001-02-13 | 2001-02-13 | Heat recovery and storage system |
PCT/FI2002/000106 WO2002064952A1 (en) | 2001-02-13 | 2002-02-12 | Heat energy recovery and storage system |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI20010268 | 2001-02-13 | ||
FI20010268A FI110542B (en) | 2001-02-13 | 2001-02-13 | Heat recovery and storage system |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI20010268A0 FI20010268A0 (en) | 2001-02-13 |
FI20010268A FI20010268A (en) | 2002-08-14 |
FI110542B true FI110542B (en) | 2003-02-14 |
Family
ID=8560335
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI20010268A FI110542B (en) | 2001-02-13 | 2001-02-13 | Heat recovery and storage system |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI110542B (en) |
WO (1) | WO2002064952A1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9194246B2 (en) | 2011-09-23 | 2015-11-24 | General Electric Company | Steam turbine LP casing cylindrical struts between stages |
WO2023244465A1 (en) * | 2022-06-18 | 2023-12-21 | Yiding Cao | Utility-scale underground hot water storage (usuhws) for power production and heat supply |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB976148A (en) * | 1960-10-19 | 1964-11-25 | Hermann Berger | Steam accumulator |
DE2501061A1 (en) * | 1974-01-15 | 1975-07-17 | Bernard Contour | ACCUMULATOR FOR THERMAL ENERGY |
US3996749A (en) * | 1974-05-07 | 1976-12-14 | Compagnie Francaise D'etudes Et De Construction "Technip" | Method and plants for producing, storing, modulating and distributing energy |
DE2609622A1 (en) * | 1976-03-09 | 1977-09-15 | Babcock Ag | METHOD AND DEVICE FOR STORAGE OF ENERGY IN POWER PLANTS |
-
2001
- 2001-02-13 FI FI20010268A patent/FI110542B/en not_active IP Right Cessation
-
2002
- 2002-02-12 WO PCT/FI2002/000106 patent/WO2002064952A1/en not_active Application Discontinuation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2002064952A1 (en) | 2002-08-22 |
FI20010268A (en) | 2002-08-14 |
WO2002064952A8 (en) | 2003-11-20 |
FI20010268A0 (en) | 2001-02-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI519741B (en) | A carefully driven liquid self-circulation method, a device, and a liquid self-circulation system for applying these devices | |
US4186794A (en) | Method and system for storing and extracting low-temperature heat energy | |
US4526005A (en) | Long-period thermal storage accumulators | |
JP5612096B2 (en) | Self-supporting pump for heated liquid, and heat-driven liquid closed-loop automatic circulation system using the same | |
US6701914B2 (en) | Installation for storing thermal energy | |
CN2883869Y (en) | Liquefied natural gas gasifier | |
JPH03501282A (en) | power plant | |
CN101672524B (en) | Electric heating energy-storage recycling system | |
FI110542B (en) | Heat recovery and storage system | |
US5730208A (en) | Biothermal and geothermal heat exchange apparatus for a ground source heat pump | |
CN106940145A (en) | Without thermal resistance hot-tube type efficient heat exchanger and heat-exchange method | |
CN107660306A (en) | Passive Natural Circulation Cooling System And Method | |
US4224925A (en) | Heating system | |
BRPI0820782B1 (en) | method, device and system for injecting energy into a medium | |
CN113994167B (en) | Thermal energy battery | |
SE433124B (en) | HEAT STORAGE SYSTEM | |
CN211575069U (en) | Non-ferrous metallurgy high-temperature material heat energy recovery system | |
CN107643012A (en) | A kind of high temperature oil dry-well gradient utilization system | |
WO2024135405A1 (en) | Ammonia vaporizer | |
WO2024135407A1 (en) | Ammonia vaporizer | |
KR102636218B1 (en) | Concentration system with improved extraction efficiency | |
JP2025502989A (en) | Electrical and High Temperature Energy Storage Devices | |
CN109209800A (en) | A kind of power generator of the cold and hot water temperature difference without working medium pump | |
FI66079B (en) | FOER FARING FOER UTNYTTJANDE AV JORDVAERME OCH SOLVAERME | |
WO2007134522A1 (en) | An electric generating using cooling energy, water producing, cooling and heating air conditioning system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM | Patent lapsed |