LT6090B - Combined heat pump and power plant and method of heat control - Google Patents
Combined heat pump and power plant and method of heat control Download PDFInfo
- Publication number
- LT6090B LT6090B LT2013020A LT2013020A LT6090B LT 6090 B LT6090 B LT 6090B LT 2013020 A LT2013020 A LT 2013020A LT 2013020 A LT2013020 A LT 2013020A LT 6090 B LT6090 B LT 6090B
- Authority
- LT
- Lithuania
- Prior art keywords
- heat
- condenser
- power plant
- evaporator
- heat pump
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/17—District heating
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
Abstract
Description
Išradimas priskiriamas šilumos siurblių sričiai arba sistemoms, naudojančioms specifinius energijos šaltinius.The invention relates to the field of heat pumps or systems using specific energy sources.
Yra žinomas žemo potencialo šilumos panaudojimo būdas bei juo veikianti šilumos siurblio jėgainė (patentas US 4033141, 1977 07 05). Būdas numato įprastinį atliekinės šilumos potencialo pakėlimą, tačiau šiuo atveju panaudojamas originaliai gauta mechaninė energija. Mechaninė energija gaunama panaudojant tą pačią atliekinę šilumą pasitelkus tiesioginį termodinaminį ciklą. Ciklo darbo agentas parenkamas toks, kad jo kondensacijos šilumą galima būtų nuvesti į aplinką, o skysčio išgarinimui pakaktų atliekinės šilumos temperatūros. Tačiau net teorinio Karno ciklo efektyvumas, tokiu atveju, yra labai žemas (jis yra mažesnis nei 20%) dėl nedidelio kondensacijos ir virimo temperatūrų skirtumo. Tai reiškia, kad tik maždaug dešimtadalis atliekinės šilumos būtų paverčiama į mechaninę energiją, o gautoji šio proceso atliekinė šiluma būtų ženkliai žemesnio potencialo palyginti su pirminės atliekinės šilumos potencialu. Tokios šilumos siurblio jėgainės efektyvumas yra žemas.A low potential heat application and a heat pump power plant operating therein are known (U.S. Pat. No. 4,033,141, issued July 5, 1977). The method involves the conventional raising of the waste heat potential, but in this case the originally obtained mechanical energy is used. Mechanical energy is obtained using the same waste heat through a direct thermodynamic cycle. The cycle working agent is selected so that its condensing heat can be discharged into the environment and the residual heat temperature is sufficient to evaporate the liquid. However, even the efficiency of the theoretical Karn cycle, in this case, is very low (less than 20%) due to the small difference in condensation and boiling points. This means that only about one-tenth of the waste heat is converted into mechanical energy, and the resulting waste heat from this process is significantly lower than the heat potential of the primary waste. The efficiency of such a heat pump plant is low.
Yra žinomas optimalus kogeneracinės bei centralizuotos šilumos gamybos jėgainių veikimo būdas (Patento numeris US 6536215 B1 2003 03 25). Būdas numato šilumos siurblio veikimą kogeneracinės jėgainės sistemoje, siekiant aukštesnio elektros gamybos efektyvumo. Tačiau šilumos siurblio kompresorius, šiuo atveju, suka ne kombinuoto ciklo ar kitas variklis, kurio atliekinė šiluma yra garo būsenos, o vidaus degimo variklis. Be to, vidaus degimo variklio termodinaminis efektyvumas nėra aukštesnis už vidutinį elektros gamybos efektyvumą. Todėl nėra didelio skirtumo ar šilumos siurblio kompresorius suka minėtas variklis, ar elektros variklis, nes abiem atvejais šilumos siurblio jėgainės efektyvumas nėra aukštas.The optimal mode of operation of cogeneration and district heating power plants is known (US Patent No. 6536215 B1 25 March 2003). The method involves the operation of a heat pump in a cogeneration unit for higher efficiency in electricity production. However, the heat pump compressor, in this case, is driven by an internal combustion engine rather than a combined cycle or other engine with residual heat in the vapor state. In addition, the thermodynamic efficiency of an internal combustion engine is no higher than the average efficiency of electricity production. Therefore, it makes no difference whether the heat pump compressor is rotated by said motor or electric motor, because in both cases the efficiency of the heat pump power plant is not high.
Išradimo tikslas - padidinti šilumos siurblio jėgainės efektyvumą, įjungiant ją į elektros jėgainės sistemą taip sukuriant kombinuotą šilumos siurblio ir elektros jėgainę.The object of the invention is to increase the efficiency of a heat pump power plant by incorporating it into an electric power plant system thereby creating a combined heat pump and electric power plant.
Tikslas pasiekiamas tuo, kad kombinuotos jėgainės, susidedančios iš elektros jėgainės dujų kombinuoto ciklo šiluminio variklio, elektros generatoriaus, šilumos siurblio kompresoriaus, kondensatoriaus-garintuvo, srauto paskirstymo įrenginių, vandeniu aušinamo kondensatoriaus, siurblio, ekonomaizerio, perkaitintuvo, termofikacinio vandens kaitintuvo ir droseliavimo įrenginio, elektros jėgainės ekonomaizeris yra sujungtas su perkaitintuvu , o elektros jėgainės kondensatorius yra sujungtas su šilumos siurblio garintuvu ir sudaro bendrą šilumos mainų aparatą kondensatorių-garintuvą, kuris per srauto paskirstymo įrenginį yra sujungtas su vandeniu aušinamu kondensatoriumi. Kombinuoto ciklo šiluminio variklio galingumas parenkamas pagal jo atliekinės šilumos poreikį pasitelkiant tokią formulę:The objective is achieved by combining a power plant comprising a gas-electric combined cycle heat engine, an electric generator, a heat pump compressor, a condenser-evaporator, a flow distributor, a water-cooled condenser, a pump, an economizer, a superheater, a cogeneration water heater and a throttling unit. the electric power plant economizer is connected to the superheater, and the electric power condenser is connected to the heat pump evaporator and forms a common condenser-evaporator heat exchange apparatus which is connected to the water-cooled condenser through the flow distributor. The power of the combined cycle heat engine shall be selected according to its residual heat demand using the following formula:
ρ 0(ΤΚ-1)ηΜ kur ρ 0 (ΤΚ-1) η Μ where
P - šiluminio variklio mechaninis galingumas;P - mechanical power of the thermal engine;
Q - miesto su CŠT sistema nominalus šilumos poreikis žiemos sezono metu;Q - the nominal heat demand of the city with DH system during the winter season;
TK - šilumos siurblio jėgainės transformavimo koeficientas;TK - heat pump power plant transformation coefficient;
ηη- šiluminio variklio efektyvumas, parodantis kiek pagaminama mechaninės energijos sunaudojus vienetą pirminės energijos (dujų kombinuoto ciklo šiluminiams varikliams viršija 0,6, kitiems šis koeficientas yra apie 0,42);η η is the efficiency of the thermal engine, which represents the amount of mechanical energy produced per unit primary energy (for gas combined cycle heat engines it exceeds 0.6, for others it is about 0.42);
η(- mechaninės energijos gamybos ciklo šilumos išnaudojimo koeficientas, kuris yra nuo 0,85 iki 0,95.η ( - heat recovery coefficient of the mechanical energy production cycle, from 0.85 to 0.95.
Jėgainės šilumos našumo reguliavimo būde, susidedančiame iš vandens garo slėgio ir debito reguliavimo šiluminiame variklyje, nauja yra tai, kad šilumos siurblio jėgainės našumą šildymo sezono metu reguliuoja srauto reguliavimo įrenginys, mažindamas srautą į kondensatorių-garintuvą, jei našumas yra mažesnis už nominalų, tuo tarpu, jei šiluminis jėgainės našumas viršija nominalų, minėtas įrenginys visą garą tiekia į kondensatorių-garintuvą ir tuo pačiu padidinamas išeinančio iš variklio garo slėgis, taip pat nešildymo sezono metu, kai šilumos poreikis sumažėja keletą kartų, jėgainės šilumos našumą mažina jos darbo agento pakeitimas į tokį, kurio savitasis našumas esant tam pačiam tūriniam debitui yra atitinkamai mažesnis.In a method of controlling the heat output of a power plant, consisting of controlling the water vapor pressure and the flow rate in a thermal engine, the novelty is that the heat pump's power output during the heating season is controlled by a flow regulator by reducing flow to the condenser evaporator. if the thermal capacity of the power plant exceeds the nominal capacity, said unit supplies all steam to the condenser-evaporator, thereby increasing the pressure of the steam leaving the engine, and during the non-heating season, when the heat demand decreases several times , which has a correspondingly lower specific throughput at the same volumetric flow rate.
Kombinuota šilumos siurblio ir elektros jėgainė susideda iš dujų kombinuoto ciklo šiluminio variklio 1, elektros generatoriaus 2, kompresoriaus 3, kondensatoriaus-garintuvo 4, srauto paskirstymo įrenginio 5, vandeniu aušinamo kondensatoriaus 6, siurblio 7, ekonomaizerio 8, perkaitintuvo 9, termofikacinio vandens kaitintuvo 10 ir droseliavimo įrenginio 11.The combined heat pump and electric power plant consists of a gas combined cycle heat engine 1, an electric generator 2, a compressor 3, a condenser-evaporator 4, a flow distributor 5, a water-cooled condenser 6, a pump 7, an economizer 8, a superheater 9, a cogeneration water heater 10 and throttle 11.
Kombinuota jėgainė veikia taip. Dujų kombinuoto ciklo šiluminis variklis 1, naudodamas gamtinių dujų degimo šilumą, suka elektros generatorių 2 ir kompresorių 3. Iš variklio išėjęs vandens garas kondensuojasi kondensatoriuje-garintuve 4 ir per šio srauto paskirstymo įrenginius 5 ir dalinai per vandeniu aušinamą kondensatorių 6 vandens siurbliu 7 yra grąžinamas atgal į variklį 1. Degimo produktai iš variklio 1 patenka į ekonomaizerį 8, kuriame jie ataušinami vandeniu. Karštas vanduo tiekiamas j šilumos siurblio perkaitintuvą 9, kur šilumą atiduoda šilumos siurblio darbo agentui. Darbo agento garai po to slegiami kompresoriuje 3, kondensuojami termofikacinio vandens kaitintuve 10, gautas skystas darbo agentas po to yra droseliuojamas droseliavimo įrenginyje 11 ir išgarinamas kondensatoriujegarintuve 4.The combined power plant works as follows. The gas combined cycle heat engine 1 drives the electric generator 2 and the compressor 3 using the combustion heat of the natural gas. The water vapor from the engine condenses in the condenser-evaporator 4 and through this flow distributor 5 and partly through the water cooled condenser 6 by the water pump 7 back to engine 1. The combustion products from engine 1 enter the economizer 8 where they are cooled with water. The hot water is supplied to the heat pump superheater 9 where it is supplied to the heat pump's operating agent. The working agent vapor is then pressurized in a compressor 3, condensed in a cogeneration water heater 10, the resulting liquid working agent is then throttled in a throttling unit 11 and evaporated in a condenser evaporator 4.
Jėgainės šilumos našumo reguliavimo būdas yra susijęs su srauto paskirstymo įrenginio 5 veikimu. Tuo atveju, jei šildymo sezono metu šilumos poreikis yra mažesnis už nominalų, minėtas įrenginys 5 mažina srautą į kondensatoriųgarintuvą 4 ir didina j vandeniu aušinamą kondensatorių 6, o jei šilumos našumas yra didesnis už nominalų, įrenginys 5 visą srautą nukreipia į kondensatorių-garintuvą 4 ir tuo pačiu padidinamas išeinančio iš variklio garo slėgis, taip pat nešildymo sezono metu, kai šilumos poreikis sumažėja keletą kartų, jėgainės šilumos našumą mažina jos darbo agento pakeitimas į tokį, kurio savitasis našumas esant tam pačiam tūriniam debitui yra atitinkamai mažesnis.The method for controlling the heat output of the power plant is related to the operation of the flow distribution device 5. If the heat demand during the heating season is below nominal, said unit 5 reduces the flow to condenser evaporator 4 and increases its water-cooled condenser 6, and if the thermal efficiency is higher than nominal, unit 5 directs all flow to condenser evaporator 4 and at the same time, the vapor pressure at the outlet of the engine is increased, and during the non-heating season, when the heat demand is reduced several times, the heat output of the power plant is reduced by changing its working agent to one with a correspondingly lower specific output.
Aukštesnį kombinuotos šilumos siurblio ir elektros jėgainės efektyvumą taip pat efektyvų jos šilumos našumo reguliavimą lemia keletas faktorių. Lyginant su prototipu, minėta jėgainė dirba ženkliai efektyviau dėl dujų kombinuoto ciklo šiluminio variklio didesnio efektyvumo bei optimalaus jo galingumo parinkimo. Minėtas šiluminis variklis lyginant su prototipo vidaus degimo varikliu yra apie pusantro karto efektyvesnis. Tai reiškia efektyvesnį mechaninės energijos generavimą, tačiau kartu reiškia ir santykinai nedidelį atliekinės šilumos kiekį, reikalingą šilumos siurblio našumui užtikrinti. Todėl variklis parenkamas ne pagal reikalingos mechaninės energijos galingumą, kaip prototipo atveju, o pagal atliekinės šilumos poreikj. Optimalus variklio galingumas parenkamas pasitelkiant aukščiau parašytą formulę priklausomai nuo miesto su centralizuotu šilumos tiekimo nominalaus šilumos poreikio. Be to, didesnis jėgainės galingumas gaunamas dėl to, kad elektros jėgainės kondensatorius ir šilumos siurblio garintuvas yra sujungti į vieną įrenginį, kuriame gauname labai intensyvius šilumos mainus, taigi mažus termodinaminius nuostolius dėl nepilnos rekuperacijos, kaip ir dėl papildomos šilumos, gautos ekonomaizeryje, panaudojimo šilumos siurblio darbo agento garų perkaitinimui kaitintuve. Kombinuotos šilumos siurblio ir elektros jėgainės šilumos našumas yra reguliuojamas nekeičiant pagaminamos elektros energijos kiekio. Priešingai nei prototipo atveju, tai leidžia išlaikyti našią ir efektyvią elektros gamybą esant besikeičiančiam šilumos siurblio šiluminiam našumui, kuris priklauso nuo aplinkos temperatūros šildymo sezono metu, ir nuo sunaudojamo šilto vandens poreikio - nešildymo sezono metu.Several factors determine the higher efficiency of the combined heat pump and electric power plant as well as the effective control of its heat output. Compared to the prototype, the aforementioned power plant operates significantly more efficiently due to the higher efficiency of the gas combined cycle heat engine and the optimal selection of its power. The said thermal engine is about one and a half times more efficient than the prototype internal combustion engine. This means more efficient mechanical energy generation, but also a relatively small amount of waste heat needed to maintain the heat pump's performance. Therefore, the engine is not selected for the mechanical power required, as in the case of the prototype, but for the waste heat demand. The optimum engine power is selected using the formula above depending on the rated heat demand of the city with district heating. In addition, the higher power output is achieved by combining the electric power condenser and heat pump evaporator into a single unit where we receive very intensive heat exchange and thus low thermodynamic losses due to incomplete recuperation, as well as the use of additional heat from the economizer. pump working agent vapor superheat in the heater. The heat output of the combined heat pump and power plant is controlled without changing the amount of electricity produced. Contrary to the prototype, this allows maintaining efficient and efficient power generation with the variable heat output of the heat pump, which depends on the ambient temperature during the heating season and the amount of hot water consumed during the non-heating season.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
LT2013020A LT6090B (en) | 2013-02-20 | 2013-02-20 | Combined heat pump and power plant and method of heat control |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
LT2013020A LT6090B (en) | 2013-02-20 | 2013-02-20 | Combined heat pump and power plant and method of heat control |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
LT2013020A LT2013020A (en) | 2014-08-25 |
LT6090B true LT6090B (en) | 2014-10-27 |
Family
ID=51427327
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
LT2013020A LT6090B (en) | 2013-02-20 | 2013-02-20 | Combined heat pump and power plant and method of heat control |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
LT (1) | LT6090B (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4033141A (en) | 1974-09-05 | 1977-07-05 | Projectus Industriprodukter Ab | Method for thermal running of a heat pump plant and plant for carrying out the method |
US6536215B1 (en) | 1999-02-24 | 2003-03-25 | Goran Vikstrom | Method for optimally operating co-generation of electricity and heat and optimally operating district heating power plant |
-
2013
- 2013-02-20 LT LT2013020A patent/LT6090B/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4033141A (en) | 1974-09-05 | 1977-07-05 | Projectus Industriprodukter Ab | Method for thermal running of a heat pump plant and plant for carrying out the method |
US6536215B1 (en) | 1999-02-24 | 2003-03-25 | Goran Vikstrom | Method for optimally operating co-generation of electricity and heat and optimally operating district heating power plant |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
LT2013020A (en) | 2014-08-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4676284B2 (en) | Waste heat recovery equipment for steam turbine plant | |
US10125638B2 (en) | Co-generation system and associated method | |
RU2570131C2 (en) | Operating method of thermal power plant | |
EP2839121A1 (en) | High Performance Air-Cooled Combined Cycle Power Plant With Dual Working Fluid Bottoming Cycle and Integrated Capacity Control | |
US11300010B2 (en) | Cooling equipment, combined cycle plant comprising same, and cooling method | |
JP2012149541A (en) | Exhaust heat recovery power generating apparatus and marine vessel | |
CN102451599A (en) | Carbon dioxide recovery method and carbon-dioxide-recovery-type steam power generation system | |
KR20130086397A (en) | The power efficiency improvement by using absorption heat pump in power plant system | |
US20130042621A1 (en) | Method for increasing the efficiency of a power plant which is equipped with a gas turbine, and power plant for carrying out the method | |
US20100229594A1 (en) | Chilling economizer | |
KR101499810B1 (en) | Hybrid type condenser system | |
CN108758584A (en) | A kind of cold and hot storage alliance coal fired power plant air cooling system and its operation regulation and control method of waste heat combination driving | |
KR20140085001A (en) | Energy saving system for using waste heat of ship | |
US6397596B1 (en) | Self contained generation system using waste heat as an energy source | |
CN108708835A (en) | A kind of novel solar complementation association circulating power generation system of cooling burning machine inlet air | |
JP2593197B2 (en) | Thermal energy recovery method and thermal energy recovery device | |
CN105765179A (en) | Selective pressure kettle boiler for rotor air cooling applications | |
RU2596293C2 (en) | Method of recycling energy of geothermal water | |
KR20150094190A (en) | Combined cogeneration Organic Rankine cycle electricity generation system | |
JP2004301344A (en) | Ammonia absorption heat pump | |
LT6090B (en) | Combined heat pump and power plant and method of heat control | |
JP2010096414A (en) | Ammonia absorption refrigeration type power generating device | |
CN104929707B (en) | Power station exhaust steam latent heat and exhaust smoke waste heat combined generating system and optimizing running method | |
JP6152661B2 (en) | Steam generation system | |
CA2813338C (en) | Method of operation for cogeneration and tri-generation systems. |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
BB1A | Patent application published |
Effective date: 20140825 |
|
FG9A | Patent granted |
Effective date: 20141027 |
|
MM9A | Lapsed patents |
Effective date: 20160220 |