NO20120991A1 - Secondary heat exchanger in a primary heat source - Google Patents

Secondary heat exchanger in a primary heat source Download PDF

Info

Publication number
NO20120991A1
NO20120991A1 NO20120991A NO20120991A NO20120991A1 NO 20120991 A1 NO20120991 A1 NO 20120991A1 NO 20120991 A NO20120991 A NO 20120991A NO 20120991 A NO20120991 A NO 20120991A NO 20120991 A1 NO20120991 A1 NO 20120991A1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
heat
energy
temperature
distribution network
heat exchanger
Prior art date
Application number
NO20120991A
Other languages
Norwegian (no)
Inventor
Helge-Ruben Halse
Trond Aas Bjerkan
Original Assignee
Viking Renewable Energy As
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Viking Renewable Energy As filed Critical Viking Renewable Energy As
Priority to NO20120991A priority Critical patent/NO20120991A1/en
Priority to PCT/NO2013/050145 priority patent/WO2014038948A1/en
Publication of NO20120991A1 publication Critical patent/NO20120991A1/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D10/00—District heating systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D18/00—Small-scale combined heat and power [CHP] generation systems specially adapted for domestic heating, space heating or domestic hot-water supply
    • 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
    • F01K17/00—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant
    • F01K17/02—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant for heating purposes, e.g. industrial, domestic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2101/00—Electric generators of small-scale CHP systems
    • F24D2101/70—Electric generators driven by internal combustion engines [ICE]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2103/00—Thermal aspects of small-scale CHP systems
    • F24D2103/10—Small-scale CHP systems characterised by their heat recovery units
    • F24D2103/13—Small-scale CHP systems characterised by their heat recovery units characterised by their heat exchangers
    • 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]
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
    • Y02P80/15—On-site combined power, heat or cool generation or distribution, e.g. combined heat and power [CHP] supply

Abstract

Det beskrives en varmevekslingsanordning for en primærvarmekilde (11) som er innrettet til å kunne levere varmeenergi (Q) ved en første temperatur via minst én primærvarmeveksler (111) til et varmedistribusjonsnett (15), hvor minst én sekundærvarmeveksler (121) er termisk forbundet med den minst ene primærvarmekilden (11) og er innrettet til å kunne levere varmeenergi (QH) ved en andre temperatur til en energiomformer (13), idet den andre temperaturen er høyere enn den første temperaturen. Det beskrives også en framgangsmåte ved drift av et kraftvarmeverk (1) ved anvendelse av nevnte vamrievekslingsanordning.There is disclosed a heat exchange device for a primary heat source (11) adapted to supply heat energy (Q) at a first temperature via at least one primary heat exchanger (111) to a heat distribution network (15), wherein at least one secondary heat exchanger (121) is thermally connected to the at least one primary heat source (11) and is adapted to supply heat energy (QH) at a second temperature to an energy converter (13), the second temperature being higher than the first temperature. There is also described a method of operating a cogeneration plant (1) using the aforementioned heat exchanger.

Description

SEKUNDÆRVARMEVEKSLER I EN PRIMÆRVARMEKILDE SECONDARY HEAT EXCHANGER IN A PRIMARY HEAT SOURCE

Det beskrives en varmevekslingsanordning for en primærvarmekilde som er innrettet til å kunne levere varmeenergi ved en første temperatur via minst én primærvarmeveksler til et varmedistribusjonsnett. Det beskrives også en framgangsmåte ved drift av et kraftvarmeverk. A heat exchange device for a primary heat source is described which is designed to be able to deliver heat energy at a first temperature via at least one primary heat exchanger to a heat distribution network. A procedure for operating a cogeneration plant is also described.

Moderne fjernvarmesentraler benytter i stor grad biomasse som energikilde, idet biomassen brennes og den frigjorte energien benyttes til oppvarming av vann til en pas-sende temperatur. For å unngå å komme inn under for eksempel offentlige krav til dampkjeler eller lignende, opereres slike fjernvarmeanlegg som regel med en temperatur i området 80-120 °C og et arbeidstrykk på inntil 2 bar. Dersom fjernvarmesent-ralen forsynes med en energiomformer, eksempelvis en varmekraftmaskin som driver en elektrisk generator, eller en termoelektrisk generator som konverterer varmeenergi til elektrisk energi, idet energiomformeren utnytter det varme vannet fra fjernvarme-sentralen, kan anlegg drives som en selvstendig enhet uten elektrisk energi fra et eksternt distribusjonsnett til drift av pumper etc. Den tilgjengelige varmeenergien kan også konverteres til andre energiformer der det er formålstjenlig. Modern district heating centers largely use biomass as an energy source, as the biomass is burned and the released energy is used to heat water to a suitable temperature. To avoid falling under, for example, public requirements for steam boilers or the like, such district heating systems are usually operated at a temperature in the range of 80-120 °C and a working pressure of up to 2 bar. If the district heating center is supplied with an energy converter, for example a thermal power machine that drives an electrical generator, or a thermoelectric generator that converts heat energy into electrical energy, as the energy converter utilizes the hot water from the district heating center, the plant can be operated as an independent unit without electrical energy from an external distribution network to the operation of pumps etc. The available heat energy can also be converted into other forms of energy where it is expedient.

Ulempen med slike systemer er at energiomformeren har relativt liten virkningsgrad når varmefluidtemperaturen ligger i området 80-120 °C. The disadvantage of such systems is that the energy converter has a relatively low degree of efficiency when the heating fluid temperature is in the range of 80-120 °C.

Det kan være en fordel å benytte vann som varmefluid, da vann tåler høye lokale temperaturer. Til sammenligning tåler termooljer ofte ikke kontakt med elementer med overflatetemperatur over ca. 350 °C da termooljene er lettantennelige og dessuten krever ekstra sikkerhetstiltak. It can be an advantage to use water as a heating fluid, as water can withstand high local temperatures. In comparison, thermal oils often cannot withstand contact with elements with a surface temperature above approx. 350 °C as the thermal oils are highly flammable and also require extra safety measures.

Ved anvendelse av vann som varmefluid må en ta hensyn til offentlig regelverk vedrø-rende dampkjeler og lignende. Det vil derfor være gunstig å operere med varmt-vannskretser med et begrenset volum og trykk, typisk hvor produktet p<*>V<200 (p = trykk [bar], V = varmefluidvolum [liter]). When using water as a heating fluid, public regulations regarding steam boilers and the like must be taken into account. It will therefore be beneficial to operate with hot-water circuits with a limited volume and pressure, typically where the product p<*>V<200 (p = pressure [bar], V = heating fluid volume [litres]).

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe til veie et nyttig alternativ til kjent teknikk. The purpose of the invention is to remedy or to reduce at least one of the disadvantages of known technology, or at least to provide a useful alternative to known technology.

Formålet oppnås ved trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i etterfølgende patentkrav. The purpose is achieved by features that are stated in the description below and in subsequent patent claims.

Oppfinnelsen vedrører en primærvarmekilde hvor forbrenning av brensel, typisk ved brenning av biomasse, i et brennkammer kan sørge for at et primært varmedistribusjonsfluid via en primærvarmeveksler oppnår en foreskrevet første temperatur, typisk 80-120 °C. Det primære varmedistribusjonsfluidet kan anvendes til oppvarming av bygninger etc. via i og for seg kjente varmeoverføringsmidler, for eksempel radiatorer. I brennkammeret er det anordnet en sekundærvarmeveksler hvor det sirkulerer et sekundært varmedistribusjonsfluid som oppnår en andre, høyere temperatur, typisk i området 150-250 °C. Sekundærvarmeveksleren står i fluidkommunikasjon med en varmekraftmaskin som er innrettet til å kunne omforme en andel av varmeenergien i det sekundære varmedistribusjonsfluidet til annen energi, typisk mekanisk arbeid, elektrisk energi etc. Ved denne anordningen kan en ordinær primærvarmekilde, typisk en biomassebrenner, tilpasset distribusjon av varmedistribusjonsfluid med normal temperatur (80-120 °C) og trykk (inntil ca. 2 bar) kunne anvendes til å skaffe tilveie mer høyverdig varmeenergi for effektiv drift av en varmekraftmaskin uten at det kre-ves omfattende og kostbare tilpasninger av primærvarmekilden. The invention relates to a primary heat source where combustion of fuel, typically by burning biomass, in a combustion chamber can ensure that a primary heat distribution fluid via a primary heat exchanger achieves a prescribed first temperature, typically 80-120 °C. The primary heat distribution fluid can be used for heating buildings etc. via heat transfer means known per se, for example radiators. A secondary heat exchanger is arranged in the combustion chamber where a secondary heat distribution fluid circulates which reaches a second, higher temperature, typically in the range of 150-250 °C. The secondary heat exchanger is in fluid communication with a heat power machine which is designed to be able to transform a proportion of the heat energy in the secondary heat distribution fluid into other energy, typically mechanical work, electrical energy etc. With this device, an ordinary primary heat source, typically a biomass burner, can be adapted to the distribution of heat distribution fluid with normal temperature (80-120 °C) and pressure (up to approx. 2 bar) could be used to provide more high-quality heat energy for efficient operation of a thermal power machine without requiring extensive and expensive adaptations of the primary heat source.

I en alternativ utførelse omfatter oppfinnelsen flere parallellkoplede sekundærvarmevekslere anordnet i brennkammeret. Dermed kan størrelsen på hver enkelt sekundærvarmeveksler begrenses slik at de sikkerhetsmessige kravene til systemet reduseres. Det innebærer blant annet at det kan anvendes vann som varmedistribusjonsfluid med den oppnådde, høye temperaturen og med et høyere trykk enn det primærvarmekilden i seg selv er bygget for. In an alternative embodiment, the invention comprises several parallel-connected secondary heat exchangers arranged in the combustion chamber. Thus, the size of each individual secondary heat exchanger can be limited so that the safety requirements for the system are reduced. This means, among other things, that water can be used as a heat distribution fluid with the high temperature achieved and with a higher pressure than what the primary heat source itself is built for.

I et første aspekt vedrører oppfinnelsen mer spesifikt en varmevekslingsanordning for en primærvarmekilde som er innrettet til å kunne levere varmeenergi ved en første temperatur via minst én primærvarmeveksler til et varmedistribusjonsnett, kjennetegnet ved at minst én sekundærvarmeveksler er termisk forbundet med den minst ene primærvarmekilden og er innrettet til å kunne levere varmeenergi ved en andre temperatur til en energiomformer, idet den andre temperaturen er høyere enn den første temperaturen. In a first aspect, the invention relates more specifically to a heat exchange device for a primary heat source which is arranged to be able to supply heat energy at a first temperature via at least one primary heat exchanger to a heat distribution network, characterized in that at least one secondary heat exchanger is thermally connected to the at least one primary heat source and is arranged to be able to deliver heat energy at a second temperature to an energy converter, the second temperature being higher than the first temperature.

Den andre temperaturen kan fordelaktig være 20-220 °C høyere enn den første temperaturen, mer fordelaktig 30-180 °C høyere enn den første temperaturen, og mest fordelaktig 30-160 °C høyere enn den første temperaturen. The second temperature can advantageously be 20-220 °C higher than the first temperature, more advantageously 30-180 °C higher than the first temperature, and most advantageously 30-160 °C higher than the first temperature.

Energiomformeren kan være anordnet i et kraftvarmeverk som er innrettet til å generere elektrisk energi. The energy converter can be arranged in a cogeneration plant that is designed to generate electrical energy.

Minst to sekundærvarmevekslere kan være termisk forbundet med primærvarmekilden, og hvor sekundærvarmevekslerne via adskilte varmevekslerfluidkretser kan være tilknyttet hver sin andre sekundærvarmeveksler. At least two secondary heat exchangers can be thermally connected to the primary heat source, and where the secondary heat exchangers can each be connected to another secondary heat exchanger via separate heat exchanger fluid circuits.

Et internt el-distribusjonsnett og et eksternt el-distribusjonsnett kan være elektrisk innbyrdes forbundet via en elektrisk grensesnittanordning innrettet for overføring av i det minste deler av den genererte mengden elektrisk energi fra nevnte energiomformer og til det eksterne el-distribusjonsnettet. An internal electricity distribution network and an external electricity distribution network can be electrically interconnected via an electrical interface device arranged for the transmission of at least parts of the generated amount of electrical energy from said energy converter and to the external electricity distribution network.

Den elektriske grensesnittanordningen kan være innrettet for overføring av en elektrisk energimengde minst tilsvarende den mengden elektrisk energi som er genererbar i nevnte energiomformer, fra det eksterne el-distribusjonsnettet og til det interne el-distribusjonsnettet. The electrical interface device can be arranged for the transmission of an amount of electrical energy at least equivalent to the amount of electrical energy that can be generated in said energy converter, from the external electrical distribution network and to the internal electrical distribution network.

Varmedistribusjonsnettet kan omfatte minst én tertiærvarmeveksler som er termisk forbundet med nevnte energiomformer og kan være innrettet til overføring av en mengde restvarmeenergi fra nevnte energiomformer. The heat distribution network may comprise at least one tertiary heat exchanger which is thermally connected to said energy converter and may be designed to transfer a quantity of residual heat energy from said energy converter.

Nevnte tertiærvarmeveksler kan være anordnet oppstrøms nevnte primærvarmeveksler. Said tertiary heat exchanger can be arranged upstream of said primary heat exchanger.

En luftforvarmer kan være termisk forbundet med nevnte energiomformer og kan være innrettet til mottak av en andel av en mengde restvarmeenergi fra nevnte energiomformer. An air preheater can be thermally connected to said energy converter and can be designed to receive a proportion of a quantity of residual heat energy from said energy converter.

Forholdet mellom primærvarmekildens nominelle termiske effektkapasitet og sekun-dærvarmevekslerens nominelle termiske effektkapasitet kan være i området 2:1 - 20:1. The ratio between the primary heat source's nominal thermal output capacity and the secondary heat exchanger's nominal thermal output capacity can be in the range 2:1 - 20:1.

I et andre aspekt vedrører oppfinnelsen mer spesifikt en framgangsmåte ved drift av et kraftvarmeverk, kjennetegnet ved at framgangsmåten omfatter følgende trinn: a) å stille til disposisjon en mengde varmeenergi for én eller flere varmeenergiforbrukere tilknyttet et varmedistribusjonsnett In a second aspect, the invention relates more specifically to a method for operating a combined heat and power plant, characterized in that the method includes the following steps: a) making available an amount of heat energy for one or more heat energy consumers connected to a heat distribution network

al) for ved termisk kontakt mellom en primærvarmekilde og varmedistribusjons- al) for in case of thermal contact between a primary heat source and heat distribution

nettet og via én eller flere primærvarmevekslere å overføre varmeenergi fra nevnte primærvarmekilde og til et varmedistribusjonsfluid i distribusjonsnettet ved en første temperatur; the network and via one or more primary heat exchangers to transfer heat energy from said primary heat source and to a heat distribution fluid in the distribution network at a first temperature;

b) ved hjelp av én eller flere energiomformere å omdanne til elektrisk energi en varmeenergimengde som tilføres nevnte energiomformeren ved en andre temperatur b) using one or more energy converters to convert into electrical energy an amount of heat energy which is supplied to said energy converter at a second temperature

fra minst én sekundærvarmeveksler anordnet i primærvarmekilden, idet den andre temperaturen er høyere enn den første temperaturen; og c) å overføre den elektriske energien fra nevnte energiomformer og til et el-distribusjonsnett. from at least one secondary heat exchanger arranged in the primary heat source, the second temperature being higher than the first temperature; and c) transferring the electrical energy from said energy converter and to an electrical distribution network.

Framgangsmåten kan omfatte det ytterligere trinnet: The method may comprise the further step of:

a2) ved termisk kontakt mellom den minst ene sekundærvarmeveksleren og varmedistribusjonsnettet å tilføre en varmeenergimengde via minst én tertiærvarmeveksler i form av restvarmeenergi fra nevnte energiomformers omdannelse til elektrisk energi av varmeenergimengden tilført fra nevnte sekundærvarmeveksler. a2) in case of thermal contact between the at least one secondary heat exchanger and the heat distribution network, to supply an amount of heat energy via at least one tertiary heat exchanger in the form of residual heat energy from said energy converter's conversion into electrical energy of the amount of heat energy supplied from said secondary heat exchanger.

Framgangsmåten kan omfatte det ytterligere trinnet: The method may comprise the further step of:

det tilveiebringes en andre temperatur som er fordelaktig 20-220 °C høyere enn den første temperaturen, mer fordelaktig 30-180 °C høyere enn den første temperaturen, og mest fordelaktig 30-160 °C høyere enn den første temperaturen. a second temperature is provided which is advantageously 20-220 °C higher than the first temperature, more advantageously 30-180 °C higher than the first temperature, and most advantageously 30-160 °C higher than the first temperature.

Framgangsmåten kan omfatte det ytterligere trinnet: The method may comprise the further step of:

d) å tilføre varmeenergimengden via nevnte tertiærvarmeveksler oppstrøms nevnte primærvarmekilde. d) supplying the amount of heat energy via said tertiary heat exchanger upstream of said primary heat source.

Framgangsmåten kan omfatte det ytterligere trinnet: The method may comprise the further step of:

e) ved hjelp av en luftforvarmer å tilføre varmeenergi til en lufttilførsel for nevnte primærvarmekilde, idet varmeenergien i det minste delvis er restvarmeenergi fra e) using an air preheater to add heat energy to an air supply for said primary heat source, the heat energy being at least partly residual heat energy from

nevnte energiomformer. said energy converter.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser ei prinsippskisse av et fjernvarmeanlegg ifølge kjent teknikk; Fig. 2 viser ei prinsippskisse av en første utførelse av et fjernvarmeanlegg forsynt med sekundærvarmevekslere ifølge oppfinnelsen tilknyttet en varmekraftmaskin; Fig. 3 viser ei prinsippskisse av en andre utførelse av et fjernvarmeanlegg forsynt med én sekundærvarmeveksler ifølge oppfinnelsen tilknyttet en varmekraftmaskin; Fig. 4 viser ei prinsippskisse av en tredje utførelse av et fjernvarmeanlegg forsynt med én sekundærvarmeveksler ifølge oppfinnelsen tilknyttet en varmekraftmaskin, samt en luftforvarmer; og Fig. 5 viser ei prinsippskisse av en fjerde utførelse av et fjernvarmeanlegg forsynt med en sekundærvarmeveksler ifølge oppfinnelsen tilknyttet en varmekraftmaskin, samt et separat distribusjonsnett. In what follows, an example of a preferred embodiment is described which is visualized in the accompanying drawings, where: Fig. 1 shows a schematic diagram of a district heating system according to known technology; Fig. 2 shows a schematic diagram of a first embodiment of a district heating system equipped with secondary heat exchangers according to the invention connected to a heat power engine; Fig. 3 shows a schematic diagram of a second embodiment of a district heating system equipped with one secondary heat exchanger according to the invention connected to a heat power engine; Fig. 4 shows a schematic diagram of a third embodiment of a district heating system equipped with one secondary heat exchanger according to the invention connected to a heat power machine, as well as an air preheater; and Fig. 5 shows a schematic diagram of a fourth embodiment of a district heating system provided with a secondary heat exchanger according to the invention connected to a heat power machine, as well as a separate distribution network.

Det henvises særlig til figurene 2, 3, 4 og 5 når det gjelder beskrivelsen av et utførel-seseksempel av den foreliggende oppfinnelsen. Kjent teknikk slik det framgår av figur 1 oppviser en del hovedtrekk til felles med oppfinnelsen, og like elementer er angitt med samme henvisningstall. Reference is made in particular to Figures 2, 3, 4 and 5 when it comes to the description of an embodiment of the present invention. Known technology as shown in figure 1 exhibits some main features in common with the invention, and similar elements are indicated with the same reference number.

Henvisningstallet 1 angir et fjernvarmeanlegg ifølge oppfinnelsen. En primærvarmekilde 11 er tilknyttet et varmedistribusjonsnett 15 innrettet for å levere varmeenergi Q til en varmeforbruker 16. Primærvarmekilden 11 kan være en i og for seg normalt dimensjonert kjele med nominell effekt 0,1-2 MW. Primærvarmekilden 11 kan varmes opp ved brenning av et dertil egnet, tilført brensel 18, for eksempel biomasse, under tilførsel av luft 181, idet en varmeenergimengde Qu gjøres tilgjengelig for en primærvarmeveksler 111 som utgjør en del av sirkulasjonskretsen som varmedistribusjonsnettet 15 tildanner. Via primærvarmeveksleren 111 varmer primærvarmekilden 11 opp et dertil egnet første varmedistribusjonsfluid 152, for eksempel vann eller en ter-moolje, som sirkulerer i varmedistribusjonsnettet 15 med en utgangstemperatur begrenset til ca. 120 °C ved et trykk som ikke overstiger ca. 2 bar. Fjernvarmeanlegget 1 er tilknyttet et eksternt el-distribusjonsnett 17 som leverer elektrisk energi PEL for drift av pumper etc. The reference number 1 indicates a district heating system according to the invention. A primary heat source 11 is connected to a heat distribution network 15 designed to supply heat energy Q to a heat consumer 16. The primary heat source 11 can be a normally sized boiler with a nominal output of 0.1-2 MW. The primary heat source 11 can be heated by burning a suitable, supplied fuel 18, for example biomass, during the supply of air 181, whereby a quantity of heat energy Qu is made available to a primary heat exchanger 111 which forms part of the circulation circuit which the heat distribution network 15 forms. Via the primary heat exchanger 111, the primary heat source 11 heats up a suitable first heat distribution fluid 152, for example water or a thermal oil, which circulates in the heat distribution network 15 with an output temperature limited to approx. 120 °C at a pressure that does not exceed approx. 2 bars. The district heating system 1 is connected to an external electricity distribution network 17 which supplies electrical energy PEL for the operation of pumps etc.

En første sekundærvarmeveksler 121 er anordnet i primærvarmekilden 11, typisk i primærvarmekildens 11 brennkammer. Sekundærvarmeveksleren 121 varmer opp et dertil egnet andre varmedistribusjonsfluid, typisk vann under overtrykk, som sirkulerer i en varmevekslerfluidkrets 122, til en utgangstemperatur betydelig høyere enn 120 °C, typisk 150-300 °C. For en fagperson på området er det å hente ut varme fra en primærvarmekildes 11 brennkammer, hvor biomassen forbrennes ved en temperatur på ca. 1000 °C, fagmessig og berøres ikke i ytterligere detalj. En varmeenergimengde QHoverføres til en andre sekundærvarmeveksler 131 i en energiomformer 13, typisk tildannet som en varmekraftmaskin, som ved hjelp av den tilførte varmeenergien QHgenerer elektrisk energi PEL, eller mekanisk energi (ikke vist). Den elektriske energien PEL som leveres til et internt el-distribusjonsnett 19, anvendes til drift av elektriske komponenter (ikke vist) tilknyttet primærvarmekilden 11 og eventuelle andre elektriske forbrukere i fjernvarmeanlegget 1 eller andre tilknyttede forbrukere. Den alternativt genererte mekaniske energien kan anvendes til drift av en arbeidsmaskin (ikke vist). A first secondary heat exchanger 121 is arranged in the primary heat source 11, typically in the primary heat source 11's combustion chamber. The secondary heat exchanger 121 heats a suitable second heat distribution fluid, typically water under excess pressure, which circulates in a heat exchanger fluid circuit 122, to an output temperature significantly higher than 120 °C, typically 150-300 °C. For a professional in the area, it is extracting heat from a primary heat source's 11 combustion chamber, where the biomass is burned at a temperature of approx. 1000 °C, professionally and will not be touched upon in further detail. An amount of heat energy QH is transferred to a second secondary heat exchanger 131 in an energy converter 13, typically designed as a heat power machine, which with the help of the supplied heat energy QH generates electrical energy PEL, or mechanical energy (not shown). The electrical energy PEL that is delivered to an internal electrical distribution network 19 is used to operate electrical components (not shown) associated with the primary heat source 11 and any other electrical consumers in the district heating system 1 or other associated consumers. The alternatively generated mechanical energy can be used to operate a working machine (not shown).

På figur 2 er det vist anvendelse av to parallellkoplede første sekundærvarmevekslere 121, henholdsvis 121', tilknyttet hver sin andre sekundærvarmeveksler 131, henholdsvis 131', anordnet i energiomformeren 13. Nevnte sekundærvarmevekslere 121, henholdsvis 121' overfører en varmeenergimengde QH, henholdsvis QH> via adskilte varmevekslerfluidkretser 122, henholdsvis 122' til den respektive andre sekundærvarmeveksleren 131, henholdsvis 131'. Selv om det her er vist én energiomformer 13 forsynt med to sekundærvarmevekslere 131, 131', er det åpenbart og ligger innenfor oppfinnelsen omfang at sekundærvarmevekslerne 131, 131' kan være anordnet i adskilte energiomformere 13. Figure 2 shows the use of two parallel-connected first secondary heat exchangers 121, respectively 121', each connected to a second secondary heat exchanger 131, respectively 131', arranged in the energy converter 13. Said secondary heat exchangers 121, respectively 121' transfer an amount of heat energy QH, respectively QH> via separate heat exchanger fluid circuits 122, respectively 122' to the respective second secondary heat exchanger 131, respectively 131'. Although here one energy converter 13 is shown equipped with two secondary heat exchangers 131, 131', it is obvious and within the scope of the invention that the secondary heat exchangers 131, 131' can be arranged in separate energy converters 13.

En elektrisk grensesnittanordning 14, for eksempel en inverter, er tilknyttet det interne el-distribusjonsnett 19 i fjernvarmeanlegget 1 og det eksterne el-distribusjonsnettet 17 på en slik måte at et overskudd av elektrisk energi PEL fra energiomformeren 13 kan tilføres el-distribusjonsnettet 17, samt et underskudd av energi PEL fra energiomformeren 13 kan dekkes ved tilførsel fra el-distribusjonsnettet 17, for eksempel i en situasjon hvor driftsstans hos den første sekundærvarmeveksleren 121 eller energiomformeren 13 krever tilførsel fra eksterne el-energikilder. An electrical interface device 14, for example an inverter, is connected to the internal electrical distribution network 19 in the district heating system 1 and the external electrical distribution network 17 in such a way that a surplus of electrical energy PEL from the energy converter 13 can be supplied to the electrical distribution network 17, as well as a deficit of energy PEL from the energy converter 13 can be covered by supply from the electricity distribution network 17, for example in a situation where a shutdown of the first secondary heat exchanger 121 or the energy converter 13 requires supply from external electricity energy sources.

Varmedistribusjonsnettet 15 tildanner en lukket krets for sirkulasjon av det første varmedistribusjonsfluidet og overføring av en varmeenergimengde Q til én eller flere varmeenergiforbrukere 16, her vist skjematisk som én varmeenergiforbruker 16. I den viste utførelsen på figurene 3 og 4 er varmedistribusjonsnettet 15 dessuten tilknyttet en tertiærvarmeveksler 151 anordnet i energiomformeren 13 og innrettet til å overfø-re restvarmeenergi QL fra energiomformeren 13 og dermed forvarme returstrømmen av det avkjølte, første varmedistribusjonsfluidet som sirkulerer i varmedistribusjonsnettet 15. Restvarmeenergien QL tilføres fordelaktig oppstrøms primærvarmeveksleren 111 i primærvarmekilden 11 for å kunne oppnå en lavest mulig varmesluktemperatur for energiomformeren 13 og dermed høy virkningsgrad. The heat distribution network 15 forms a closed circuit for the circulation of the first heat distribution fluid and the transfer of an amount of heat energy Q to one or more heat energy consumers 16, here shown schematically as one heat energy consumer 16. In the embodiment shown in Figures 3 and 4, the heat distribution network 15 is also connected to a tertiary heat exchanger 151 arranged in the energy converter 13 and arranged to transfer residual heat energy QL from the energy converter 13 and thus preheat the return flow of the cooled, first heat distribution fluid that circulates in the heat distribution network 15. The residual heat energy QL is advantageously supplied upstream to the primary heat exchanger 111 in the primary heat source 11 in order to be able to achieve the lowest possible heat extinguishing temperature for the energy converter 13 and thus high efficiency.

Det kan være en fordel å forvarme lufttilførselen 181 for særlig å øke primærvarmekildens 11 effektivitet. Til det formålet kan det anvendes en luftforvarmer 182 som i den viste utførelsen ifølge figurene 4 og 5 får varmetilførsel fra varmedistribusjonsnettet 15 som nedstrøms tertiærvarmeveksleren 151 er lagt i ei sløyfe innom luftforvarmeren 182. I en ikke vist utførelse kan luftforvarmeren 182 være tilknyttet en separat varmedistribusjonskrets (ikke vist) som står i termisk kontakt med energiomformeren 13, eksempelvis via tertiærvarmeveksleren 151 eller en ytterligere varmeveksler (ikke vist) anordnet i tilknytning til energiomformeren 13 for overføring av en andel av restvarmeenergien QL. It may be advantageous to preheat the air supply 181 in order to particularly increase the efficiency of the primary heat source 11. For that purpose, an air preheater 182 can be used which, in the embodiment shown according to figures 4 and 5, receives a heat supply from the heat distribution network 15, which downstream of the tertiary heat exchanger 151 is placed in a loop through the air preheater 182. In an embodiment not shown, the air preheater 182 can be connected to a separate heat distribution circuit (not shown) which is in thermal contact with the energy converter 13, for example via the tertiary heat exchanger 151 or a further heat exchanger (not shown) arranged in connection with the energy converter 13 for transferring a proportion of the residual heat energy QL.

I utførelseseksempelet vist på figur 5 tilføres restvarmeenergien QL fra energiomformeren 13 en varmeforbruker 16' i et separat varmedistribusjonsnett 15'. I dette utfø-relseseksempelet er varmedistribusjonsnettet 15 direkte tilkoplet luftforvarmeren 182 og er ikke tilkoplet energiomformeren 13. In the design example shown in Figure 5, the residual heat energy QL from the energy converter 13 is supplied to a heat consumer 16' in a separate heat distribution network 15'. In this embodiment, the heat distribution network 15 is directly connected to the air preheater 182 and is not connected to the energy converter 13.

Claims (13)

1. Varmevekslingsanordning for en primærvarmekilde (11) som er innrettet til å kunne levere varmeenergi (Q) ved en første temperatur via minst én primærvarmeveksler (111) til et varmedistribusjonsnett (15),karakterisert vedat minst én sekundærvarmeveksler (121) er termisk forbundet med den minst ene primærvarmekilden (11) og er innrettet til å kunne levere varmeenergi (QH) ved en andre temperatur til en energiomformer (13), idet den andre temperaturen er høyere enn den første temperaturen.1. Heat exchange device for a primary heat source (11) which is designed to be able to deliver heat energy (Q) at a first temperature via at least one primary heat exchanger (111) to a heat distribution network (15), characterized in that at least one secondary heat exchanger (121) is thermally connected to the at least one primary heat source (11) and is arranged to be able to deliver heat energy (QH) at a second temperature to an energy converter (13), the second temperature being higher than the first temperature. 2. Varmevekslingsanordning ifølge krav 1, hvor den andre temperaturen er fordelaktig 20-220 °C høyere enn den første temperaturen, mer fordelaktig 30-180 °C høyere enn den første temperaturen, og mest fordelaktig 30-160 °C høyere enn den første temperaturen.2. Heat exchange device according to claim 1, wherein the second temperature is advantageously 20-220 °C higher than the first temperature, more advantageously 30-180 °C higher than the first temperature, and most advantageously 30-160 °C higher than the first temperature . 3. Varmevekslingsanordning ifølge krav 1, hvor energiomformeren (13) er anordnet i et kraftvarmeverk (1) som er innrettet til å generere elektrisk energi (Pel).3. Heat exchange device according to claim 1, where the energy converter (13) is arranged in a cogeneration plant (1) which is designed to generate electrical energy (Pel). 4. Varmevekslingsanordning ifølge krav 1, hvor minst to sekundærvarmevekslere (121, 121') er termisk forbundet med primærvarmekilden (11), og hvor sekundærvarmevekslerne (121, 121') via adskilte varmevekslerfluidkretser (122, henholdsvis 122'), er tilknyttet hver sin andre sekundærvarmeveksler (131, henholdsvis 131').4. Heat exchange device according to claim 1, where at least two secondary heat exchangers (121, 121') are thermally connected to the primary heat source (11), and where the secondary heat exchangers (121, 121') are each connected via separate heat exchanger fluid circuits (122, respectively 122') second secondary heat exchanger (131, respectively 131'). 5. Varmevekslingsanordning ifølge krav 1, hvor et internt el-distribusjonsnett (19) og et eksternt el-distribusjonsnett (17) er elektrisk innbyrdes forbundet via en elektrisk grensesnittanordning (14) innrettet for overføring av i det minste deler av den genererte mengden elektrisk energi (PEL) fra nevnte energiomformer (13) og til det eksterne el-distribusjonsnettet (17).5. Heat exchange device according to claim 1, where an internal electricity distribution network (19) and an external electricity distribution network (17) are electrically interconnected via an electrical interface device (14) arranged for the transmission of at least parts of the generated amount of electrical energy (PEL) from said energy converter (13) and to the external electricity distribution network (17). 6. Varmevekslingsanordning ifølge krav 5, hvor den elektriske grensesnittanordningen (14) er innrettet for overføring av en elektrisk energimengde minst tilsvarende den mengden elektrisk energi (PEL) som er genererbar i nevnte energiomformer (13), fra det eksterne el-distribusjonsnettet (17) og til det interne el-distribusjonsnettet (19).6. Heat exchange device according to claim 5, where the electrical interface device (14) is arranged for the transmission of an amount of electrical energy at least corresponding to the amount of electrical energy (PEL) that can be generated in said energy converter (13) from the external electricity distribution network (17) and to the internal electricity distribution network (19). 7. Varmevekslingsanordning ifølge krav 1, hvor varmedistribusjonsnettet (15) omfatter minst én tertiærvarmeveksler (151) som er termisk forbundet med nevnte energiomformer (13) og er innrettet til overføring av en mengde restvarmeenergi (QL) fra nevnte energiomformer (13).7. Heat exchange device according to claim 1, where the heat distribution network (15) comprises at least one tertiary heat exchanger (151) which is thermally connected to said energy converter (13) and is designed to transfer a quantity of residual heat energy (QL) from said energy converter (13). 8. Varmevekslingsanordning ifølge krav 7, hvor nevnte tertiærvarmeveksler (151) er anordnet oppstrøms nevnte primærvarmeveksler (111).8. Heat exchange device according to claim 7, where said tertiary heat exchanger (151) is arranged upstream of said primary heat exchanger (111). 9. Varmevekslingsanordning ifølge krav 1, hvor forholdet mellom primærpri-mærvarmekildens (11) nominelle termiske effektkapasitet (Qu) og sekundær-varmevekslerens (121) nominelle termiske effektkapasitet (Qi_2) er i området 2:1 - 20:1.9. Heat exchange device according to claim 1, where the ratio between the nominal thermal power capacity (Qu) of the primary primary heat source (11) and the nominal thermal power capacity (Qi_2) of the secondary heat exchanger (121) is in the range 2:1 - 20:1. 10. Framgangsmåte ved drift av et kraftvarmeverk (1),karakterisert vedat framgangsmåten omfatter følgende trinn: a) å stille til disposisjon en mengde varmeenergi (Q) for én eller flere varmeenergiforbrukere (16) tilknyttet et varmedistribusjonsnett (15) al) for ved termisk kontakt mellom en primærvarmekilde (11) og varmedistribusjonsnettet (15) og via én eller flere primærvarmevekslere (111) å overføre varmeenergi fra nevnte primærvarmekilde (11) og til et varmedistribusjonsfluid (152) i distribusjonsnettet (15) ved en første temperatur; b) ved hjelp av én eller flere energiomformere (13) å omdanne til elektrisk energi (PEL) en varmeenergimengde (QH) som tilføres nevnte energiomformeren (13) ved en andre temperatur fra minst én sekundærvarmeveksler (121, 121') anordnet i primærvarmekilden (11), idet den andre temperaturen er høyere enn den første temperaturen; og c) å overføre den elektriske energien (PEL) fra nevnte energiomformer (13) og til et el-distribusjonsnett (17, 19).10. Procedure for operating a cogeneration plant (1), characterized in that the procedure includes the following steps: a) making available a quantity of heat energy (Q) for one or more heat energy consumers (16) connected to a heat distribution network (15) al) for in case of thermal contact between a primary heat source (11) and the heat distribution network (15) and via one or more primary heat exchangers (111) to transfer heat energy from said primary heat source (11) and to a heat distribution fluid (152) in the distribution network (15) at a first temperature; b) using one or more energy converters (13) to convert into electrical energy (PEL) an amount of heat energy (QH) which is supplied to said energy converter (13) at a second temperature from at least one secondary heat exchanger (121, 121') arranged in the primary heat source ( 11), the second temperature being higher than the first temperature; and c) transferring the electrical energy (PEL) from said energy converter (13) and to an electrical distribution network (17, 19). 11. Framgangsmåte i henhold til krav 10, hvor framgangsmåten omfatter det ytterligere trinnet: a2) ved termisk kontakt mellom den minst ene sekundærvarmeveksleren (121) og varmedistribusjonsnettet (15) å tilføre en varmeenergimengde via minst én tertiærvarmeveksler (151) i form av restvarmeenergi (QL) fra nevnte energiomformers (13) omdannelse til elektrisk energi (PEL) av varmeenergimengden (QH) tilført fra nevnte sekundærvarmeveksler (121, 121').11. Method according to claim 10, where the method comprises the further step: a2) by thermal contact between the at least one secondary heat exchanger (121) and the heat distribution network (15) to supply an amount of heat energy via at least one tertiary heat exchanger (151) in the form of residual heat energy ( QL) from said energy converter's (13) conversion into electrical energy (PEL) of the quantity of heat energy (QH) supplied from said secondary heat exchanger (121, 121'). 12. Framgangsmåte i henhold til krav 10, hvor framgangsmåten omfatter det ytterligere trinnet: det tilveiebringes en andre temperatur som er fordelaktig 20-220 °C høyere enn den første temperaturen, mer fordelaktig 30-180 °C høyere enn den første temperaturen, og mest fordelaktig 30-160 °C høyere enn den førs-te temperaturen.12. Method according to claim 10, wherein the method comprises the further step: providing a second temperature which is advantageously 20-220 °C higher than the first temperature, more advantageously 30-180 °C higher than the first temperature, and most advantageously 30-160 °C higher than the first temperature. 13. Framgangsmåte i henhold til krav 11, hvor framgangsmåten omfatter det ytterligere trinnet: d) å tilføre varmeenergimengden via nevnte tertiærvarmeveksler (151) oppstrøms nevnte primærvarmekilde.13. Method according to claim 11, where the method comprises the further step: d) supplying the amount of heat energy via said tertiary heat exchanger (151) upstream of said primary heat source.
NO20120991A 2012-09-04 2012-09-04 Secondary heat exchanger in a primary heat source NO20120991A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20120991A NO20120991A1 (en) 2012-09-04 2012-09-04 Secondary heat exchanger in a primary heat source
PCT/NO2013/050145 WO2014038948A1 (en) 2012-09-04 2013-09-03 A secondary heat exchanger in a primary heat source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20120991A NO20120991A1 (en) 2012-09-04 2012-09-04 Secondary heat exchanger in a primary heat source

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NO20120991A1 true NO20120991A1 (en) 2014-03-05

Family

ID=50237439

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20120991A NO20120991A1 (en) 2012-09-04 2012-09-04 Secondary heat exchanger in a primary heat source

Country Status (2)

Country Link
NO (1) NO20120991A1 (en)
WO (1) WO2014038948A1 (en)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH636674A5 (en) * 1978-07-28 1983-06-15 Bbc Brown Boveri & Cie CLOSED HEATING WATER CIRCUIT, IN PARTICULAR TO USE THE WASTE HEAT OF A HEATER BOILER, WITH A PRESSURE CONTROL DEVICE.
SE446560B (en) * 1983-02-15 1986-09-22 Asea Atom Ab KIT IN COMBUSTION OF THE WATER AND / OR WHEAT FUEL AND RECOVERY OF ENERGY FROM THE COMBUSTION OF CERTAIN GAS GASES, CLEANING THESE AND DEVICE FOR IMPLEMENTATION OF THE KIT
US4753770A (en) * 1987-02-12 1988-06-28 Institutul De Studii Si Proiectari Energetice Control system for heat supply as hot water from nuclear power plants equipped with condensation units
DE19630058B4 (en) * 1996-07-25 2010-12-16 Ormat Industries, Ltd. Seasonally configurable combined heat and power plant
SE517488C2 (en) * 1996-10-23 2002-06-11 Vaporel Ab Method and apparatus for the production of steam power from a plant for hot water production
GB0207396D0 (en) * 2002-03-28 2002-05-08 Bg Intellectual Pty Ltd A power distribution/generation system

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014038948A1 (en) 2014-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
GB2463512A (en) Flue gas heat recovery system
RU2669719C2 (en) Energy storage system
NO339604B1 (en) Installation and heating procedure
CN102878036A (en) Solar energy-gas turbine combined cycle cogeneration system
EP2730853B1 (en) Thermal storage with external instant heater
NO20120412A1 (en) CHP
GB2470748A (en) Overheat protection system
NO20120991A1 (en) Secondary heat exchanger in a primary heat source
CN109113818A (en) A kind of enhancing power plant flexibility therrmodynamic system
CN208154573U (en) Peak load shifting integrates heating system
CN208982123U (en) A kind of system for realizing three kinds of state switchover operations of thermoelectricity unit
RU2530971C1 (en) Trigeneration plant with use of steam-gas cycle for production of electric energy and steam compressor heat pump cycle for heat and cold production
CN107525122B (en) Multi-energy heating system
MX2013006582A (en) Power plant with solar energy system.
CN218119858U (en) High-parameter industrial heating system
EP3473820A1 (en) Method and installation of cogenertion in heat plants, especially those equipped with water-tube boilers
CN111023065B (en) Combined heating system of coal-fired thermal power plant based on steam turbine and electric boiler
CN111512096A (en) Cogeneration system for boiler
CN207729828U (en) A kind of efficient water-heating integrating device
JP3173408U (en) An energy system with an expanded range of adjustment of the power supplied to the electrical grid
CN103758594A (en) System for generating electricity by hot water generated by hot-water boiler and through expander
CN211119383U (en) Indirect steam coupling system of incinerator
RU100593U1 (en) SYSTEM OF CENTRALIZED HEAT SUPPLY FROM HEAT POWER PLANT USING CONDENSATION HEAT OF WASTE TURBINE STEAM AND WASTE BOILER GASES
CN207635613U (en) Heat-conducting oil heating component and electric heat storage system
IE20100096A1 (en) Heat recovery system

Legal Events

Date Code Title Description
FC2A Withdrawal, rejection or dismissal of laid open patent application