RU2095702C1 - Heat-and-cold producing plant and its operation process - Google Patents

Heat-and-cold producing plant and its operation process Download PDF

Info

Publication number
RU2095702C1
RU2095702C1 RU94027712A RU94027712A RU2095702C1 RU 2095702 C1 RU2095702 C1 RU 2095702C1 RU 94027712 A RU94027712 A RU 94027712A RU 94027712 A RU94027712 A RU 94027712A RU 2095702 C1 RU2095702 C1 RU 2095702C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
turbine engine
air
heat exchanger
pump
Prior art date
Application number
RU94027712A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU94027712A (en
Inventor
Василий Иванович Мазий
Original Assignee
Василий Иванович Мазий
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 Василий Иванович Мазий filed Critical Василий Иванович Мазий
Priority to RU94027712A priority Critical patent/RU2095702C1/en
Publication of RU94027712A publication Critical patent/RU94027712A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2095702C1 publication Critical patent/RU2095702C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: heat-and-cold producing plant has boiler unit, gas-turbine engine burning solid fuel whose heat exchanger is mounted in boiler furnace, hot-water heat-transfer apparatus installed downstream of gas-turbine engine heat exchanger, heat pump producing hot water and cold air, water pump, heat and cold-air users. Gas-turbine engine air compressor, its air turbine, heat-pump air compressor, heat-pump air turbine, and water pump are mounted on common shaft. Hot water leaving gas-turbine engine air turbine goes to boiler unit wind box; amount of heat supplied to furnace together with hot gases is greater than that arriving at furnace together with coal dust. Hot-water heat-transfer apparatus absorbs heat in the amount equal to that coming with hot gases downstream of gas-turbine engine heat exchanger. Heat pump operates with temperature and pressure conditions maintained constant, and with utmost possible efficiency. EFFECT: improved efficiency of plant due to using solar heat dissipated in Earth's atmosphere. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике. The invention relates to energy.

Преимущественная область использования производство горячей воды для целей теплофикации и холодного воздуха, используемого в холодильниках и холодильных камерах. The primary area of use is the production of hot water for heating and cold air used in refrigerators and cold stores.

Существующие тепловые электростанции (ТЭЦ) используют тепло топлива на 70-80% [1]
Известны теплофикационно-холодильная станция (ТХС) и способ ее работы [2] при этом станция состоит из котельной установки, газотурбинного двигателя и теплового насоса.Existing thermal power plants (CHP) use fuel heat by 70-80% [1]
Known heating and cooling station (TCS) and the method of its operation [2] while the station consists of a boiler installation, a gas turbine engine and a heat pump.

Основные недостатки станции относительно низкий КПД и невозможность утилизировать солнечное тепло, рассеянное в атмосфере Земли. The main disadvantages of the station are its relatively low efficiency and the inability to utilize solar heat dissipated in the Earth’s atmosphere.

Цель изобретения значительное повышение КПД ТСХ, которая благодаря утилизации солнечного тепла рассеянного в земной атмосфере при расчетных условиях (оптимальных параметрах теплового насоса) становится больше единицы, кроме того, ТСХ работает в режиме относительно низких температур, что гарантирует малую стоимость ее изготовления и эксплуатации. The purpose of the invention is a significant increase in the efficiency of TLC, which due to the utilization of solar heat dissipated in the Earth's atmosphere under design conditions (optimal parameters of the heat pump) becomes more than unity, in addition, TLC operates in relatively low temperatures, which guarantees a low cost of its manufacture and operation.

Сущность изобретения и его отличительные признаки от прототипа заключаются в использовании комбинированного двигателя твердого топлива (КДТТ), состоящего из модернизированной котельной установки (КУ), газотурбинного двигателя твердого топлива (ГТДТТ) и теплового насоса, а также в использовании теплообменников. The invention and its distinguishing features from the prototype are the use of a combined solid fuel engine (KDTT), consisting of an upgraded boiler plant (KU), a gas turbine engine of solid fuel (GTTTT) and a heat pump, as well as the use of heat exchangers.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема теплофикационно-холодильной станции (ТСХ); на фиг. 2 схема тепловых потоков при работе ТСХ. In FIG. 1 shows a schematic diagram of a heating and cooling station (TLC); in FIG. 2 diagram of heat flows during TLC operation.

Пример конкретного выполнения ТСХ показан на фиг.1, где 1 котельная установка (КУ) для сжигания угольной пыли (или другого органического топлива), состоящая из устройства подачи органического топлива в топку, устройства подачи горячего воздуха в тракты из огнеупорного кирпича, в которой установлены два теплообменника, теплообменник ГТДТТ и теплообменник горячей воды; 2 газотурбинный двигатель твердого топлива, состоящий из воздушного компрессора, теплообменника и воздушной турбины; 3 тепловой насос, состоящий из воздушного компрессора, воздушной турбины, горячего теплообменника; 4 - водяной насос; 5 потребители горячей воды и холодного воздуха (дома, в которые подается горячая вода для отопления и бытовых нужд, а также холодный воздух для холодных камер). An example of a specific performance of TLC is shown in FIG. 1, where 1 boiler plant (KU) for burning coal dust (or other organic fuel), consisting of a device for supplying organic fuel to the furnace, a device for supplying hot air to refractory brick ducts, in which two heat exchangers, a GTDTT heat exchanger and a hot water heat exchanger; 2 gas turbine engine of solid fuel, consisting of an air compressor, a heat exchanger and an air turbine; 3 heat pump, consisting of an air compressor, an air turbine, a hot heat exchanger; 4 - water pump; 5 consumers of hot water and cold air (houses into which hot water is supplied for heating and domestic needs, as well as cold air for cold chambers).

Воздушный компрессор, воздушная турбина ГТДТТ, воздушный компрессор и воздушная турбина теплового насоса, а также водяной насос смонтированы на одном валу. An air compressor, an GTDTT air turbine, an air compressor and a heat pump air turbine, and a water pump are mounted on the same shaft.

ηтхс коэффициент теплофикационно-холодильной станции определяется как отношение полезно полученного тепла к теплу израсходованному.η thc coefficient of the heating and cooling station is determined as the ratio of the heat received to the heat consumed.

Работа ТСХ: при сгорании в КУ сжатый воздух в теплообменники ГТДТТ нагревается и поступает в сопловой аппарат воздушной турбины, которая свою работу расходует на привод своего воздушного компрессора и на привод теплового насоса и также на привод водяного насоса. TLC operation: during combustion in a compressor unit, the compressed air in the GTDTT heat exchangers is heated and enters the nozzle apparatus of the air turbine, which spends its work on the drive of its air compressor and on the drive of the heat pump and also on the drive of the water pump.

Режим работы ГТДТТ выбирается из условия, когда

Figure 00000002
(см. фиг.2), то есть тепло горячих газов Qг и тепло топлива Qсм частью поступает в теплообменник ГТДТТ Qт=Cp(T3-T2); при этом
Figure 00000003
что позволяет значительно повысить КПД ГТДТТ.GTTTT operating mode is selected from the condition when
Figure 00000002
(see figure 2), that is, the heat of hot gases Q g and fuel heat Q cm partly enters the heat exchanger GTDTT Q t = C p (T 3 -T 2 ); wherein
Figure 00000003
which can significantly increase the efficiency of GTDTT.

При этом тепловой поток непрерывно циркулирует по замкнутому кругу. От воздушной турбины ГТДТТ до котельной установки (КУ), от КУ до теплообменника ГТДТТ, от теплообменника ГТДТТ до воздушной турбины ГТДТТ и далее циркуляция тепла непрерывно повторяется. In this case, the heat flux continuously circulates in a closed circle. From the GTDTT air turbine to the boiler plant (KU), from the KU to the GTDTT heat exchanger, from the GTDTT heat exchanger to the GTDTT air turbine, and then the heat circulation is continuously repeated.

Figure 00000004

α рассчитывается по формуле, где
Figure 00000005

ηc КПД воздушного компрессора ГТДТТ;
Δt перепад температур газов на входе в теплообменник ГТДТТ.
Figure 00000004

α is calculated by the formula, where
Figure 00000005

η c the efficiency of the air compressor GTDTT;
Δt is the temperature difference between the gases at the inlet of the GTDTT heat exchanger.

Режим работы теплового насоса (Tн) выбирается из условия получения максимального КПД теплового насоса

Figure 00000006

где ηc КПД воздушного компрессора (Tн);
ηp КПД воздушной турбины (Tн);
ηm механический КПД;
T3' температура воздуха на входе в сопловой аппарат воздушной турбины (Tн);
Figure 00000007
температура воздуха, покидающего холодильные камеры.The operating mode of the heat pump (T n ) is selected from the conditions for obtaining the maximum efficiency of the heat pump
Figure 00000006

where η c the efficiency of the air compressor (T n );
η p the efficiency of the air turbine (T n );
η m mechanical efficiency;
T 3 'the air temperature at the inlet to the nozzle apparatus of the air turbine (T n );
Figure 00000007
temperature of the air leaving the refrigerating chambers.

Математический анализ формулы (b) на максимум при ηc= 0,8; ηp= 0,9;

Figure 00000008

определяет lTH= 1,4; в этом случае
Figure 00000009

Принимаем
Figure 00000010
; тогда согласно формуле(а)
Figure 00000011

Figure 00000012

Qэ тепло, эквивалентное полезное работе воздушной турбины ГТДТТ
Figure 00000013

Qa1- тепло, поступающее в воздушный компрессор ГТДТТ с каждым килограммом воздуха
Qa1 Cр•Tн= 0,24•288=69 ккал.The mathematical analysis of formula (b) to a maximum at η c = 0.8; η p = 0.9;
Figure 00000008

defines l TH = 1.4; in this case
Figure 00000009

Accept
Figure 00000010
; then according to formula (a)
Figure 00000011

Figure 00000012

Q e heat equivalent to the useful work of an GTDT air turbine
Figure 00000013

Q a1 - heat entering the GTDTT air compressor with every kilogram of air
Q a1 C p • T n = 0.24 • 288 = 69 kcal.

T2 температура воздуха после сжатия в воздушном компрессоре ГТДТТ.T 2 air temperature after compression in the gas compressor GTDTT.

Figure 00000014

Qт тепло, поступающее в теплообменник ГТДТТ
Qт=Ср(T3-T2)=0,274(1010-500)=140 ккал.
Figure 00000014

Q t the heat entering the GTDTT heat exchanger
Q t = C p (T 3 -T 2 ) = 0.274 (1010-500) = 140 kcal.

Qг тепло газов, поступающих после воздушной турбины в топке котла
Qг Qa1 + Qт Qэ 69+140-30=179 ккал;

Figure 00000015

расчет α по формуле (а) не учитывал изменение теплоемкости воздуха с изменением температуры
Figure 00000016

Figure 00000017

Qa2 тепло в атмосферу с уходящими газами
Qa2 Cр•T5 0,24•315 76 ккал.Q g is the heat of the gases coming from the air turbine in the boiler furnace
Q g Q a1 + Q t Q e 69 + 140-30 = 179 kcal;
Figure 00000015

the calculation of α according to formula (a) did not take into account the change in the heat capacity of air with a change in temperature
Figure 00000016

Figure 00000017

Q a2 heat to the atmosphere with flue gases
Q a2 C p • T 5 0.24 • 315 76 kcal.

Qв тепло нагрева воды в теплообменнике на выходе горячих газов из котельной установки
Qв=Cp(Tmin-T5)=0,246(570-315)=62,6 ккал.Q to the heat of heating water in a heat exchanger at the exit of hot gases from the boiler plant
Q in = C p (T min -T 5 ) = 0.246 (570-315) = 62.6 kcal.

Figure 00000018

Существующий КПД водогрейных установок составляет 0,85 благодаря предлагаемой комбинации ГТДТТ, теплового насоса и теплообменников солнечное тепло, рассеянное в земной атмосфере, утилизируется. Например, экономия угля на каждую тонну сгоревшего топлива дополнительно утилизируется из воздуха 440 кг угля.
Figure 00000018

The existing efficiency of water-heating plants is 0.85 due to the proposed combination of gas turbine engines, heat pump and heat exchangers, solar heat dissipated in the earth's atmosphere is utilized. For example, saving coal for every ton of burned fuel is additionally utilized from the air 440 kg of coal.

Claims (2)

1. Теплофикационно-холодильная станция, состоящая из котельной установки, газотурбинного двигателя и установленного в котельную установку теплообменника горячей воды, связанного с водяным насосом, установленным на одном валу с газотурбинным двигателем и тепловым насосом, теплообменник которого связан с теплообменником горячей воды, а выход турбины теплового насоса и выход теплообменника горячей воды связаны с жилыми постройками потребителей тепла и холода, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД теплофикационно-холодильной станции и утилизации солнечного тепла, рассеянного в земной атмосфере, газотурбинный двигатель выполнен в виде газотурбинного двигателя твердого топлива с теплообменником, причем теплообменник газотурбинного двигателя твердого топлива помещен в котельную установку, а выход турбины этого двигателя соединен с топкой котельной установки. 1. A heating and cooling station, consisting of a boiler installation, a gas turbine engine and a hot water heat exchanger installed in the boiler installation, connected to a water pump mounted on the same shaft as the gas turbine engine and heat pump, the heat exchanger of which is connected to the hot water heat exchanger, and the turbine outlet the heat pump and the outlet of the hot water heat exchanger are connected with residential buildings of consumers of heat and cold, characterized in that, in order to increase the efficiency of the heating and cooling plant ii utilization of solar heat and scattered in the atmosphere, the gas turbine engine is designed as a solid fuel gas turbine engine with a heat exchanger, wherein the heat exchanger is a solid fuel gas turbine engine is placed in a boiler plant, and the output of the turbine engine is connected to the furnace of the boiler plant. 2. Способ работы теплофикационно-холодильной станции путем сжигания топлива и утилизации тепла атмосферного воздуха в тепловом насосе, отличающийся тем, что, с целью утилизации солнечного тепла, рассеянного в земной атмосфере, и на этой основе повышения КПД теплофикационно-холодильной станции, теплообменник газотурбинного двигателя твердого топлива поглощает тепло, непосредственно выделяющееся при сгорании топлива и тепла газов, поступающих в котельную установку после газотурбинного двигателя, тепловой насос работает в постоянном режиме с максимальным значением коэффициента преобразования, который при параметрах
Figure 00000019

где l степень повышения давления воздуха в воздушном компрессоре теплового насоса 1,4;
ηc- КПД воздушного компрессора (ТН) 0,8;
ηp- КПД воздушной турбины (ТН) 0,9;
ηm- механический КПД (ТН) 0,97;
Figure 00000020
температура воздуха на входе в сопловой аппарат воздушной турбины 315 К;
Figure 00000021
температура воздуха на выходе из морозильных камер 270 К;
ηт.н - КПД теплового насоса составляет 2,356;
Тн стандартная температура 288 К.2. The method of operation of the heating and cooling station by burning fuel and utilizing the heat of atmospheric air in a heat pump, characterized in that, in order to utilize the solar heat dissipated in the earth's atmosphere, and on this basis to increase the efficiency of the heating and cooling station, a gas turbine engine heat exchanger solid fuel absorbs heat directly generated during the combustion of fuel and heat of gases entering the boiler plant after the gas turbine engine, the heat pump operates in constant mode press with the maximum value of the conversion coefficient, which with parameters
Figure 00000019

where l is the degree of increase in air pressure in the air compressor of the heat pump 1.4;
η c - the efficiency of the air compressor (VT) 0.8;
η p - efficiency of an air turbine (VT) 0.9;
η m is the mechanical efficiency (VT) of 0.97;
Figure 00000020
air temperature at the inlet to the nozzle apparatus of an air turbine 315 K;
Figure 00000021
air temperature at the exit from freezers 270 K;
η so - called - the efficiency of the heat pump is 2,356;
T n standard temperature 288 K.
RU94027712A 1994-07-22 1994-07-22 Heat-and-cold producing plant and its operation process RU2095702C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94027712A RU2095702C1 (en) 1994-07-22 1994-07-22 Heat-and-cold producing plant and its operation process

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94027712A RU2095702C1 (en) 1994-07-22 1994-07-22 Heat-and-cold producing plant and its operation process

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94027712A RU94027712A (en) 1996-05-27
RU2095702C1 true RU2095702C1 (en) 1997-11-10

Family

ID=20158857

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94027712A RU2095702C1 (en) 1994-07-22 1994-07-22 Heat-and-cold producing plant and its operation process

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2095702C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Андрющенко А.И. Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок. - М.: Энергия, 1968, с.82. 2. US, патент, 3902546, кл. F 25 B 29/00, 1975. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU94027712A (en) 1996-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0457399B1 (en) Cogeneration system with a stirling engine
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
RU2095702C1 (en) Heat-and-cold producing plant and its operation process
HU9401535D0 (en) Combine gas-steam turbine power station
RU2115000C1 (en) Combination boiler house
CN213980964U (en) Cold and heat quantity optimal utilization system between coal press of low-heat-value combined cycle unit
RU2099653C1 (en) Efficient thermal power station and method of its operation
RU51112U1 (en) HEAT GAS TURBINE INSTALLATION
GB1596069A (en) Apparatus for generating heat energy for heating purposes by means of a fuel-air mixture
RU2338141C1 (en) Installation for recovery of waste furnace gas heat
CN218583795U (en) Process equipment for utilizing waste heat of calcium carbide furnace calcium carbide and tail gas
CN109707511A (en) A kind of combustion engine combined cycle low-temperature flue gas waste heat utilizes system
RU2466285C2 (en) Steam generating plant
RU48366U1 (en) AUTONOMOUS HEAT POWER PLANT
RU57433U1 (en) DETANDER-GENERATOR INSTALLATION
RU50603U1 (en) STEAM GAS INSTALLATION
RU2109230C1 (en) Combined central heating engine and operation method
RU2056584C1 (en) Supercharged boiler and steam production process in it
EP4286770A1 (en) Producing heat in low carbon energy systems
RU2132962C1 (en) Method and device for reducing emission of nitrogen oxides from gas-turbine plant
RU49199U1 (en) DETANDER-GENERATOR INSTALLATION
RU2078970C1 (en) Heat-energy-to-work conversion method
RU2052643C1 (en) Method of operating gas-turbine plant
SU918730A1 (en) Heat-cold-power producing plant
RU2196907C2 (en) Electric energy generating device