RU2162533C1 - Off-line heat-and-power cogeneration plant - Google Patents

Off-line heat-and-power cogeneration plant Download PDF

Info

Publication number
RU2162533C1
RU2162533C1 RU99120584/06A RU99120584A RU2162533C1 RU 2162533 C1 RU2162533 C1 RU 2162533C1 RU 99120584/06 A RU99120584/06 A RU 99120584/06A RU 99120584 A RU99120584 A RU 99120584A RU 2162533 C1 RU2162533 C1 RU 2162533C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
engine
steam
water
heat exchanger
heat
Prior art date
Application number
RU99120584/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Н.Г. Кириллов
Original Assignee
Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского
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 Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского filed Critical Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского
Priority to RU99120584/06A priority Critical patent/RU2162533C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2162533C1 publication Critical patent/RU2162533C1/en

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
    • 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
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

FIELD: thermal engineering; heat and power supply to stationary and mobile loads. SUBSTANCE: cogeneration plant using internal-combustion or Stirling engine for direct-cycle energy conversion has engine 1 that produces useful energy in the course of its running which is converted into electrical energy by means of electric generator 4 mounted on same shaft. Engine 1 is cooled by water supplied to cooling jacket 3 from cooling system 8 communicating with external heat supply system 8 through heat exchanger 9. Some portion of tap water is passed from water system over line 11 to steam generator 5 through connecting pipe 13 and other portion is delivered to steam-water heating pump 6. High-pressure steam is conveyed from steam generator 5 over line 15 to steam-water heating pump 6 where it is mixed up with water passed from line 11 to produce high-temperature and high-pressure water. Hence, hot water is delivered under high pressure over line 16 of hot-water supply system. EFFECT: enhanced efficiency, reduced size and mass of cogeneration plant. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики и преобразователей энергии прямого цикла (например, двигателей внутреннего сгорания, двигателей Стирлинга), предназначено в качестве автономных энергоустановок для стационарных и передвижных объектов при одновременном производстве электроэнергии и тепла. The invention relates to the field of power engineering and direct-cycle energy converters (for example, internal combustion engines, Stirling engines), is intended as stand-alone power plants for stationary and mobile objects while generating electricity and heat.

Известна комбинированная установка на основе двигателя Стирлинга, с электрогенератором на одном валу, линиями подачи топлива и теплообменником для подогрева жидкости, через который проходят высокотемпературные отработанные газы двигателя Стирлинга, при этом нагретая жидкость передается во внешние магистрали (Заявка ЕПВ N 0457399. Реферативный журнал "Изобретение стран мира", выпуск В-65, N 5, 1993, стр. 13). Однако данная установка имеет сложную систему совместного охлаждения двигателя и генератора, а также она не предназначена для выработки пара. Known is a combined installation based on the Stirling engine, with an electric generator on one shaft, fuel supply lines and a heat exchanger for heating the liquid through which the high-temperature exhaust gases of the Stirling engine pass, while the heated liquid is transferred to external pipelines (Application EPO N 0457399. Review journal "Invention countries of the world ", issue B-65, N 5, 1993, p. 13). However, this installation has a complex system for co-cooling the engine and generator, and it is also not designed to generate steam.

Известно устройство силовой установки, содержащей двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с валом потребителя мощности через соединительную муфту, и утилизационную паротурбинную установку с контуром циркуляции рабочего тела, включающим паровую турбину, конденсатор, питательный насос, парогенератор, размещенный в магистрали выпуска высокотемпературных отработанных газов ДВС (Авторское свид. N 1677360. Бюллетень изобретений N 34 от 15.4.91 г., стр. 141 - 142). Однако данное устройство не предназначено для выработки тепловой энергии для теплоснабжения внешних потребителей. A device is known for a power plant comprising an internal combustion engine (ICE) with a power consumer shaft through a coupler, and a steam turbine recycling plant with a working fluid circulation circuit including a steam turbine, condenser, feed pump, and a steam generator located in the ICE high-temperature exhaust gas discharge line ( Copyright certificate N 1677360. Bulletin of inventions N 34 from 15.4.91, p. 141 - 142). However, this device is not intended to generate thermal energy for heat supply to external consumers.

Известно устройство пароводяного насоса-подогревателя (ПНП), предназначенного для применения в различных промышленных технологиях с использованием пара, совмещающего в себе функции подогревателя и насоса одновременно. Применение ПНП позволяет существенно сократить расход электроэнергии на собственные нужды и уменьшить массогабаритные характеристики теплообменных аппаратов ("Энергетика Петербурга" /газета/, N 5, (11), от 25.05.99 г.). Однако ранее пароводяной насос-подогеватель в когенерационных установках не применялся. A device for a steam-water pump-heater (PNP), designed for use in various industrial technologies using steam, combining the functions of a heater and a pump at the same time. The use of PPS allows you to significantly reduce energy consumption for your own needs and to reduce the weight and size characteristics of heat exchangers (Petersburg Energy / newspaper /, N 5, (11), 05.25.99). However, previously a steam-water preheater was not used in cogeneration units.

Известно устройство когенерационной установки, предназначенной для одновременного получения электроэнергии и тепла, включающей в себя двигатель внутреннего сгорания с электрогенератором на одном валу, линии подачи топлива, контур охлаждения двигателя, отопительный контур (система теплоснабжения с потребителями тепла), систему теплообменников, обеспечивающую передачу тепла охлаждающей жидкости двигателя и высокотемпературных отработанных газов в отопительный контур, и щит управления ("Строительное обозрение" //Журнал качества//. СПб., N 5 (32), май-июнь 1999, стр. 16-17). Однако данное устройство не предполагает выработку пара и использование его для сокращения потребления электроэнергии на собственные нужды. A device is known for a cogeneration unit designed to simultaneously produce electricity and heat, including an internal combustion engine with an electric generator on one shaft, a fuel supply line, an engine cooling circuit, a heating circuit (heat supply system with heat consumers), a heat exchanger system that transfers heat to the cooling engine fluid and high-temperature exhaust gases to the heating circuit, and the control panel ("Construction Review" // Quality Journal //. St. Petersburg. N 5 (32), May-June 1999, p. 16-17). However, this device does not imply the production of steam and its use to reduce energy consumption for own needs.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении КПД системы за счет уменьшения энергозатрат на собственные нужды, и снижении массогабаритных характеристик теплоэнергетической системы в целом. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to increase the efficiency of the system by reducing energy costs for their own needs, and reducing the overall dimensions of the heat and power system.

Для достижения этого технического результата автономная теплоэнергетическая система для одновременного производства электроэнергии и тепла, включающая в себя преобразователь прямого цикла (например, двигатель внутреннего сгорания или двигатель Стирлинга) с электрогенератором на одном валу, линии подачи топлива, теплообменник-утилизатор тепла высокотемпературных отработанных газов двигателя, через который проходит магистраль отработанных газов двигателя, систему охлаждения двигателя, связанную через теплообменник с системой внешнего теплоснабжения, снабжена теплообменником-утилизатором высотемпературных отработанных газов двигателя, выполненным в виде парогенератора, пароводяным насосом-подогревателем и теплообменником-утилизатором низкотемпературных отработанных газов двигателя, а также линией подачи водопроводной воды с регулирующим клапаном, проходящей через теплообменник-утилизатор низкотемпературных отработанных газов двигателя, пароводяной насос-подогреватель и связанной перемычкой с парогенератором, расположенной после теплообменника-утилизатора и имеющей регулировочный клапан, магистралью пара высокого давления, идущей от парогенератора с пароводяному насосу-подогревателю, и магистралью системы горячего водоснабжения, при этом магистраль отработанных газов двигателя последовательно проходит сначала через парогенератор, а затем через теплообменник-утилизатор низкотемпературных отработанных газов. To achieve this technical result, an autonomous heat energy system for the simultaneous production of electricity and heat, including a direct cycle converter (for example, an internal combustion engine or a Stirling engine) with an electric generator on one shaft, fuel supply lines, a heat exchanger-heat exchanger of high-temperature engine exhaust gases, through which passes the engine exhaust gas line, the engine cooling system, connected through a heat exchanger to the external heat supply, is equipped with a heat exchanger-utilizer of high-temperature engine exhaust gas, made in the form of a steam generator, a steam-water heater pump and a heat exchanger-utilizer of low-temperature engine exhaust gas, and also a tap water supply line with a control valve passing through the heat exchanger-engine exhaust gas cooler steam-water heater pump and associated jumper with a steam generator located after the heat exchanger the reactor and having a control valve, a high-pressure steam line coming from the steam generator with a steam-water heating pump, and a hot water supply line, while the exhaust gas line of the engine sequentially passes through the steam generator first and then through the low-temperature exhaust gas heat exchanger-utilizer.

Введение в состав автономной теплоэнергетической системы для одновременного производства электроэнергии и тепла теплообменника-утилизатора высокотемпературных отработанных газов двигателя, выполненного в виде парогенератора, пароводяного насоса-подогревателя и теплообменника-утилизатора низкотемпературных отработанных газов двигателя, а также линии водопроводной воды, связанной перемычкой с парогенератором и проходящей через теплообменник-утилизатор низкотемпературных газов, и пароводяной насос-подогреватель и магистрали системы горячего водоснабжения, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности использования теплоты системы охлаждения двигателя для теплоснабжения внешних потребителей тепла, а остаточного тепла обработанных газов двигателя для горячего водоснабжения, при этом вырабатывается пар высокого давления с целью его дальнейшего использования для замены сетевых насосов и теплообменных аппаратов в системе горячего водоснабжения. Introduction to the composition of an autonomous heat energy system for the simultaneous production of electricity and heat from a heat exchanger-heat exchanger of a high-temperature engine exhaust made in the form of a steam generator, a steam-water heating pump and a heat exchanger-heat exchanger from a low-temperature engine exhaust, as well as a tap water line connected by a jumper to the steam generator and passing through a heat exchanger-utilizer of low-temperature gases, and a steam-water pump-heater and highways topics of hot water supply, allows you to get a new property, which consists in the possibility of using the heat of the engine cooling system for heat supply to external heat consumers, and the residual heat of the treated engine gases for hot water supply, while high pressure steam is generated for its further use to replace network pumps and heat exchangers devices in the hot water system.

На чертеже изображена автономная теплоэнергетическая система для одновременного производства электроэнергии и тепла. The drawing shows an autonomous heat power system for the simultaneous production of electricity and heat.

Автономная теплоэнергетическая система включает в себя преобразователь прямого цикла (например, двигатель внутреннего сгорания) 1 с магистралью отработанных газов 2 и рубашкой охлаждения 3, электрогенератор 4, расположенный на одном валу с двигателем 1, теплообменник-утилизатор тепла высокотемпературных отработанных газов, выполненный в виде парогенератора 5, пароводяной насос-подогреватель 6, теплообменник-утилизатор низкотемпературных отработанных газов 7, систему охлаждения 8 двигателя 1, связанную через теплообменник 9 с системой внешнего теплоснабжения 10, линию водопроводной воды 11 с регулирующим клапаном 12, перемычку 13, связывающую линию 11 с парогенератором 5 с регулирующим клапаном 14, магистраль пара высокого давления 15, идущую от парогенератора 5 к пароводяному насосу-подогревателю 6, магистраль 16 системы горячего водоснабжения. Для циркуляции охлаждающей жидкости в системе охлаждения 8 двигателя 1 предусмотрен насос 17. An autonomous heat energy system includes a direct cycle converter (for example, an internal combustion engine) 1 with an exhaust gas line 2 and a cooling jacket 3, an electric generator 4 located on the same shaft as engine 1, a heat exchanger-heat exchanger of heat of high-temperature exhaust gases, made in the form of a steam generator 5, steam-water pump-heater 6, heat exchanger-utilizer of low-temperature exhaust gases 7, cooling system 8 of engine 1, connected through a heat exchanger 9 to the system outside heat supply line 10, tap water line 11 with a control valve 12, a jumper 13 connecting a line 11 with a steam generator 5 with a control valve 14, a high-pressure steam pipe 15 going from the steam generator 5 to the steam-water heating pump 6, and the main 16 of the hot water supply system. For the circulation of coolant in the cooling system 8 of the engine 1, a pump 17 is provided.

Автономная теплоэнергетическая система для одновременного производства электроэнергетики и тепла работает следующим образом. Autonomous heat power system for the simultaneous production of electricity and heat works as follows.

При работе двигатель 1 производит полезную энергию, преобразуемую в электрическую энергию с помощью электрогенератора 4, расположенного на одном валу с двигателем 1. Для охлаждения двигателя 1 в рубашку охлаждения 3 подается с помощью насоса 17 охлажденная вода системы охлаждения 8. Для снятия тепловой нагрузки с двигателем 1 система охлаждения 8 связана через теплообменник 9 с системой внешнего теплоснабжения 10. Водопроводная вода через регулирующий клапан 12, по линии 11 поступает в теплообменник-утилизатор низкотемпературных отработанных газов 7, где это вода нагревается остаточным теплом низкотемпературных газов, поступающих из парогенератора 5. Далее из теплообменника-утилизатора 7 часть воды через перемычку 13 с регулирующим клапаном 14 поступает в парогенератор 5 для производства пара высокого давления за счет теплообмена с высокотемпературными отработанными газами, идущими от двигателя 1 по магистрали 2, а другая часть воды поступает в пароводяной насос-подогреватель 6, в который одновременно из парогенератора 5, по магистрали 15 поступает пар высокого давления. В пароводяном насосе-подогревателе 6 за счет особой конструкции и эффекта смешивания двухфазных парожидкостных сред происходит увеличение давления, интенсивное перемешивание пара и воды, с последующим получением горячей воды с высокой температурой (до 100 oC) и давлением. За счет этого давления происходит подача горячей воды по магистрали 16 в систему горячего водоснабжения. Для регулирования расхода воды предусмотрены регулирующие клапаны 12, 14.During operation, engine 1 produces useful energy that is converted into electrical energy by means of an electric generator 4 located on the same shaft as engine 1. To cool engine 1, cooled water of cooling system 8 is pumped into cooling jacket 3 by pump 17. To relieve heat load from the engine 1 cooling system 8 is connected through a heat exchanger 9 with an external heat supply system 10. Tap water through a control valve 12, through line 11 enters the heat exchanger-utilizer of low-temperature waste the basics 7, where this water is heated by the residual heat of the low-temperature gases coming from the steam generator 5. Next, from the heat exchanger-heat exchanger 7, part of the water through the jumper 13 with the control valve 14 enters the steam generator 5 to produce high pressure steam due to heat exchange with high-temperature exhaust gases coming from engine 1 through line 2, and the other part of the water enters the steam-water pump-heater 6, into which at the same time from the steam generator 5, through the line 15 high-pressure steam enters. In the steam-water pump-heater 6 due to the special design and the effect of mixing two-phase vapor-liquid media, an increase in pressure, intensive mixing of steam and water, followed by obtaining hot water with a high temperature (up to 100 o C) and pressure. Due to this pressure, hot water is supplied via line 16 to the hot water supply system. To regulate the flow of water, control valves 12, 14 are provided.

Источники информации:
1. Заявка ЕПВ N 0457399. Реферативный журнал "Изобретение стран мира", выпуск В-65, N 5, 1993, стр. 13.Sources of information:
1. Application EPO N 0457399. The abstract journal "Invention of the World", issue B-65, N 5, 1993, p. 13.

2. Авторское свид. N 1677360. Бюллетень изобретений N 34 от 15.4.91 г., стр. 141 - 142. 2. Copyright certificate. N 1677360. Bulletin of inventions N 34 from 15.4.91, p. 141 - 142.

3. "Энергетика Петербурга" //газета//, N 5, (11), от 25.05.99 г. 3. "Energy of St. Petersburg" // newspaper //, N 5, (11), from 05.25.99

4. "Строительное обозрение" //Журнал качества//, СПб., N 5 (32), май-июнь 1999, стр. 16 - 17. - прототип. 4. "Construction Review" // Journal of Quality //, St. Petersburg, N 5 (32), May-June 1999, p. 16 - 17. - prototype.

Claims (1)

Автономная теплоэнергетическая система для одновременного производства электроэнергии и тепла, включающая в себя преобразователь прямого цикла (например, двигатель внутреннего сгорания или двигатель Стирлинга) с электрогенератором на одном валу, линии подачи топлива, теплообменник-утилизатор тепла высокотемпературных отработанных газов двигателя, через который проходит магистраль отработанных газов двигателя, систему охлаждения двигателя, связанную через теплообменник с системой внешнего теплоснабжения, отличающаяся тем, что снабжена теплообменником-утилизатором высокотемпературных отработанных газов двигателя, выполненным в виде парогенератора, пароводяным насосом-подогревателем и теплообменником-утилизатором низкотемпературных отработанных газов двигателя, а также линией подачи водопроводной воды с регулирующим клапаном, проходящей через теплообменник-утилизатор низкотемпературных отработанных газов двигателя, пароводяной насос-подогреватель и связанной перемычкой с парогенератором, расположенной после теплообменника-утилизатора и имеющей регулировочный клапан, магистралью пара высокого давления, идущей от парогенератора к пароводяному насосу-подогревателю, и магистралью системы горячего водоснабжения, при этом магистраль отработанных газов двигателя последовательно проходит сначала через парогенератор, а затем через теплообменник-утилизатор низкотемпературных отработанных газов. An autonomous heat energy system for the simultaneous production of electricity and heat, including a direct cycle converter (for example, an internal combustion engine or a Stirling engine) with an electric generator on one shaft, a fuel supply line, a heat exchanger-heat utilizer of high-temperature exhaust gases of the engine through which the exhaust gas pipeline passes engine gases, an engine cooling system connected through a heat exchanger to an external heat supply system, characterized in that sleep It is supplied with a heat exchanger-utilizer of high-temperature exhaust gases of the engine, made in the form of a steam generator, a steam-water heater pump and a heat exchanger-utilizer of low-temperature exhaust gases of the engine, as well as a water supply line with a control valve passing through the heat exchanger-utilizer of the low-temperature exhaust gas pump a heater and a connected jumper with a steam generator located after the heat exchanger-utilizer and having regulation a control valve, with a high-pressure steam line going from the steam generator to the steam-water heating pump, and a hot water supply line, while the exhaust gas line of the engine passes through the steam generator first and then through the heat exchanger-utilizer of low-temperature exhaust gases.
RU99120584/06A 1999-09-30 1999-09-30 Off-line heat-and-power cogeneration plant RU2162533C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99120584/06A RU2162533C1 (en) 1999-09-30 1999-09-30 Off-line heat-and-power cogeneration plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99120584/06A RU2162533C1 (en) 1999-09-30 1999-09-30 Off-line heat-and-power cogeneration plant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2162533C1 true RU2162533C1 (en) 2001-01-27

Family

ID=20225329

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99120584/06A RU2162533C1 (en) 1999-09-30 1999-09-30 Off-line heat-and-power cogeneration plant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2162533C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2448260C1 (en) * 2010-10-26 2012-04-20 Сергей Викторович Яшечкин Autonomous power generation system
CN102971518A (en) * 2011-02-10 2013-03-13 丰田自动车株式会社 Cooling system
RU2561705C2 (en) * 2011-10-14 2015-09-10 Альберт Владимирович Чувпило Generation method of independent electric power and device for its implementation, me chuni minipower plant

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ж. "Строительное обозрение". - С.Пб., N5(32), май-июнь 1999, с. 16-17. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2448260C1 (en) * 2010-10-26 2012-04-20 Сергей Викторович Яшечкин Autonomous power generation system
WO2012057657A1 (en) * 2010-10-26 2012-05-03 Yashechkin Sergey Viktorovich Autonomous energy generation system
CN102971518A (en) * 2011-02-10 2013-03-13 丰田自动车株式会社 Cooling system
RU2561705C2 (en) * 2011-10-14 2015-09-10 Альберт Владимирович Чувпило Generation method of independent electric power and device for its implementation, me chuni minipower plant

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN205895337U (en) Coupled system that pressure energy and cool and thermal power trigeminy supplied
FI101167B (en) Utilization of low-value heat in a supercharged thermal power plant
SU1309918A3 (en) Installation for recovering low-potential heat from compressor station out of compression cycle
KR100383559B1 (en) Aa
RU2162533C1 (en) Off-line heat-and-power cogeneration plant
RU2440504C1 (en) Cogeneration plant with internal combustion engine and stirling engine
RU2163684C1 (en) Off-line heat-and-power cogeneration plant
RU2164615C1 (en) Thermal power plant
RU2162532C1 (en) Off-line stirling-engine heat-and-power cogeneration plant
RU2196243C2 (en) Combination stirling engine plant for simultaneous generation of power and heat
RU2162535C1 (en) Off-line cogeneration plant
WO2022121486A1 (en) Heating system employing natural gas
RU2162534C1 (en) Off-line cogeneration power plant
RU2320930C1 (en) Single pipe heat supply system
CN209444411U (en) A kind of combustion engine energy-saving system
CN107269411A (en) Distributed energy resource system and the method for solving the fluctuation of jacket water system pressure
CN207538941U (en) Internal combustion engine high-temperature residual heat recovery system applied to leather industry
RU2164613C1 (en) Combination heat power plant on stirling engine base
CN111396160A (en) Flue gas waste heat cogeneration system and cogeneration method
RU55431U1 (en) COGENERATION POWER PLANT
RU48366U1 (en) AUTONOMOUS HEAT POWER PLANT
CN109737642A (en) Utilize the system of second-kind absorption-type heat pump recycling internal combustion engine cylinder jacket water waste heat
RU2174609C2 (en) Thermal power system with gas-cooled reactor
RU2156922C2 (en) Independent heat and electric power supply system
CN216240846U (en) Differential pressure cold energy comprehensive utilization device of gas power plant