RU2589985C2 - Method for operation of recuperation plant - Google Patents

Method for operation of recuperation plant Download PDF

Info

Publication number
RU2589985C2
RU2589985C2 RU2013134395/06A RU2013134395A RU2589985C2 RU 2589985 C2 RU2589985 C2 RU 2589985C2 RU 2013134395/06 A RU2013134395/06 A RU 2013134395/06A RU 2013134395 A RU2013134395 A RU 2013134395A RU 2589985 C2 RU2589985 C2 RU 2589985C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
expansion machine
speed
ocr
generator
cycle
Prior art date
Application number
RU2013134395/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013134395A (en
Inventor
Штефан Мюллер
Конрад ГЕРРМАНН
Анайет ТЕМЕЛЬЦИ-АНДОН
Харальд КЁЛЕР
Original Assignee
Роберт Бош Гмбх
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 Роберт Бош Гмбх filed Critical Роберт Бош Гмбх
Publication of RU2013134395A publication Critical patent/RU2013134395A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2589985C2 publication Critical patent/RU2589985C2/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02Controlling, e.g. stopping or starting
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/065Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion taking place in an internal combustion piston engine, e.g. a diesel engine
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/101Regulating means specially adapted therefor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/12Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engines being mechanically coupled
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
    • Y02P80/15On-site combined power, heat or cool generation or distribution, e.g. combined heat and power [CHP] supply

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

FIELD: energy.
SUBSTANCE: method of controlling waste-heat recovery system for a waste heat source, comprising an organic Rankine cycle (ORC) post-connected to waste heat source, waste heat source being connected to a heating device of he ORC, as well as with an expansion machine for expanding steam in ORC, coupled to generator, wherein expansion machine is run up by generator operating in engine mode and is brought to a minimum starting engine speed specifiable in control device, wherein when minimum starting speed has been reached, a steam valve at an intake of expansion machine is opened, and further run-up of engine speed takes place and generator transitions from motor-actuated operation to normal generator operation.
EFFECT: higher efficiency of control of heat recovery unit for waste heat source.
10 cl, 1 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к способу управления рекуперационной установкой (установкой для использования или утилизации отходящего тепла) согласно п.1 формулы изобретения.The present invention relates to a method for controlling a recovery unit (unit for using or utilizing waste heat) according to claim 1.

Под аббревиатурой ОЦР (или OCR от англ. "Organic Rankine Cycle", органический цикл Ренкина) подразумевается термодинамический цикл, предложенный Ренкином. Сказанное означает, что рабочее тело проходит различные термодинамические состояния и в конце цикла вновь переводится в жидкое исходное состояние. При этом давление рабочего тела доводится насосом до повышенного уровня. После этого рабочее тело подогревается до температуры испарения и затем испаряется.Under the acronym OCR (or OCR from the English. "Organic Rankine Cycle", the organic Rankine cycle) refers to the thermodynamic cycle proposed by Rankin. The aforesaid means that the working fluid passes through various thermodynamic states and at the end of the cycle is again transferred to the initial liquid state. In this case, the pressure of the working fluid is brought to a higher level by the pump. After this, the working fluid is heated to the evaporation temperature and then evaporates.

Речь, таким образом, идет о паровом цикле, в котором вместо воды испаряют органическую среду. Образующийся пар приводит в действие расширительную машину, например турбину, поршневой или винтовой двигатель, которая для выработки электрического тока в свою очередь связана с электрическим генератором. После расширительной машины рабочее тело поступает в конденсатор и вновь охлаждается в нем с отдачей тепла. Поскольку вода при атмосферных условиях испаряется при 100°С, тепло с температурой ниже этого уровня, такое, например, как тепло промышленных отходящих газов или теплота Земли, часто невозможно использовать для выработки электрического тока. Применение же органических сред с меньшими температурами кипения позволяет вырабатывать низкотемпературный пар.We are thus talking about a steam cycle in which instead of water the organic medium is evaporated. The resulting steam drives an expansion machine, such as a turbine, piston or screw engine, which in turn is connected to an electric generator to generate electric current. After the expansion machine, the working fluid enters the condenser and is again cooled in it with heat transfer. Since water evaporates at 100 ° С under atmospheric conditions, heat with a temperature below this level, such as, for example, the heat of industrial exhaust gases or the heat of the Earth, is often impossible to use to generate electric current. The use of organic media with lower boiling points allows the production of low-temperature steam.

ОЦР-установки предпочтительны в применении, например, и при утилизации биомассы в рамках комбинированного производства электроэнергии и тепла, прежде всего при сравнительно малой мощности, т.е. в тех случаях, когда традиционная технология, основанная на сжигании биомассы, представляется относительно дорогостоящей. Установки для выработки энергии из биомассы часто имеют предназначенный для выработки биогаза ферментер, который обычно требуется обогревать.OCR plants are preferable in application, for example, in the utilization of biomass in the framework of combined production of electricity and heat, especially at a relatively low power, i.e. in cases where traditional biomass-based technology is relatively expensive. Plants for generating energy from biomass often have a fermenter designed to produce biogas, which usually needs to be heated.

Рекуперационные установки указанного в ограничительной части независимого пункта формулы изобретения типа известны по их применению в области комбинированного производства электроэнергии и тепла и состоят из блочной тепловой электростанции, скомбинированной с последующим ОЦР-циклом. Из DE 19541521 А1 известна установка для повышения электрического кпд при использовании особых газов для выработки электроэнергии с помощью двигателей внутреннего сгорания (ДВС), тепло отработавших газов которых используется в последующей системе преобразования энергии в целях последующей выработки электроэнергии. При этом, однако, утилизируется только высокотемпературное тепло из контура охлаждения, а также из теплообменника на отработавших газах двигателя.The recovery units of the type indicated in the restrictive part of the independent claim are known for their application in the field of combined production of electricity and heat and consist of a block thermal power plant combined with a subsequent OCR cycle. From DE 19541521 A1, there is known a device for increasing electrical efficiency when using special gases to generate electricity using internal combustion engines (ICE), the heat of the exhaust gases of which is used in a subsequent energy conversion system for the subsequent generation of electricity. In this case, however, only high-temperature heat is utilized from the cooling circuit, as well as from the engine exhaust heat exchanger.

Из US 4901531 известен далее интегрированный в цикл Ренкина дизельный электроагрегат, один цилиндр которого служит при этом для расширения по Ренкину, а другие цилиндры работают как дизельный двигатель. Из US 4334409 известна работающая по циклу Ренкина система, в которой рабочая жидкость подогревается посредством теплообменника, снаружи которого пропускается воздух с выхода компрессора ДВС.From US 4901531, a diesel generator integrated in the Rankine cycle is further known, one cylinder of which is used for expansion according to Rankine, while the other cylinders operate as a diesel engine. A system operating according to the Rankine cycle is known from US 4,334,409, in which the working fluid is heated by means of a heat exchanger, outside of which air is passed from the output of the internal combustion engine compressor.

Блочные тепловые электростанции в качестве установок для комбинированного производства электроэнергии и тепла общеизвестны. Речь при этом идет о децентрализованных генераторных установках, по большей части приводимых в действие двигателями внутреннего сгорания и одновременно использующих тепло их отработавших газов. При этом тепло, выделяющееся при сгорании и отводимое охлаждающими средами, максимально полно используется для обогрева или теплоснабжения соответствующих объектов.Block thermal power plants as installations for the combined production of electricity and heat are well known. We are talking about decentralized generator sets, mostly driven by internal combustion engines and at the same time using the heat of their exhaust gases. At the same time, the heat released during combustion and removed by cooling media is used to the maximum extent possible for heating or heat supply of the corresponding objects.

Для применения прежде всего в установках для комбинированного производства электроэнергии и тепла с последующим ОЦР-циклом в качестве электростанции, использующей отходящее тепло, хорошо зарекомендовали себя машины на основе двигателей с работающими на отработавших газах турбонагнетателями для наддува. В этой связи возникает потребность в двигателях с исключительно высоким электрическим кпд, достижимым только при использовании турбонаддува и обратного охлаждения горючей смеси, нагревшейся в результате сжатия. В целом охлаждение горючей смеси необходимо постольку, поскольку в противном случае наполнение цилиндров оказалось бы сравнительно плохим. Благодаря охлаждению горючей смеси, поступающей в цилиндры, повышается ее плотность и одновременно возрастает коэффициент наполнения цилиндров. В результате возрастают выход мощности двигателя и его механический кпд.For use primarily in plants for the combined production of electricity and heat, followed by the OCR cycle, as a power plant using waste heat, machines based on engines with exhaust gas turbochargers for charging have proven themselves well. In this regard, there is a need for engines with an extremely high electric efficiency, achievable only when using turbo-supercharging and re-cooling of a combustible mixture heated by compression. In general, cooling the combustible mixture is necessary insofar as otherwise filling the cylinders would be relatively poor. Thanks to the cooling of the combustible mixture entering the cylinders, its density increases and at the same time the filling factor of the cylinders increases. As a result, the output of engine power and its mechanical efficiency increase.

Для возможности достаточного охлаждения горючей смеси предписываемая производителями двигателей температура охлаждающей жидкости на входе должна составлять лишь примерно 40-50°С. Поскольку такой уровень температуры сравнительно низок, отбираемое от горючей смеси тепло в известных в настоящее время установках для комбинированного производства электроэнергии и тепла отводится в окружающую среду, например, с помощью сухого охладителя.In order to ensure sufficient cooling of the combustible mixture, the inlet temperature prescribed by engine manufacturers should be only about 40-50 ° C. Since this temperature level is relatively low, the heat taken from the combustible mixture in currently known installations for the combined production of electricity and heat is removed to the environment, for example, using a dry cooler.

Из DE 102005048795 В3 известен далее двухступенчатый подогрев рабочего тела в ОЦР-цикле в нагревательном устройстве, а именно рабочее тело в ОЦР-цикле нагревают в двух подсоединенных последовательно к питательному насосу теплообменниках, первый из которых, установленный после питательного насоса, служит в качестве первой ступени для подвода низкотемпературного тепла, а следующий теплообменник служит в качестве второй ступени для подвода высокотемпературного тепла. С первым теплообменником, установленным после питательного насоса, циркуляционным контуром соединена система охлаждения горючей смеси, поступающей в ДВС, при этом тепло, отбираемое от поступающей в ДВС горючей смеси в системе ее охлаждения, служит для подогрева рабочего тела в ОЦР-цикле и в качестве низкотемпературного тепла подводится к рабочему телу в первом теплообменнике. Второй нагревательный контур использует тепло, отбираемое от жидкости для охлаждения ДВС и от его отработавших газов, и соединен со вторым теплообменником, установленным после питательного насоса, при этом тепло, отбираемое от охлаждающей жидкости в контуре ее циркуляции и от отработавших газов ДВС, служит для перегрева и испарения рабочего тела в ОЦР-цикле и в качестве высокотемпературного тепла подводится к рабочему телу во втором теплообменнике, установленном после питательного насоса.From DE 102005048795 B3 there is further known a two-stage heating of the working fluid in the OCR cycle in a heating device, namely, the working fluid in the OCR cycle is heated in two heat exchangers connected in series to the feed pump, the first of which, installed after the feed pump, serves as the first stage for supplying low-temperature heat, and the next heat exchanger serves as a second stage for supplying high-temperature heat. A cooling system of the combustible mixture entering the internal combustion engine is connected to the first heat exchanger installed after the feed pump, and the heat taken from the combustible mixture entering the internal combustion engine in the internal combustion engine serves to heat the working fluid in the OCR cycle and as a low-temperature heat is supplied to the working fluid in the first heat exchanger. The second heating circuit uses heat taken from the liquid to cool the internal combustion engine and from its exhaust gases, and is connected to a second heat exchanger installed after the feed pump, while the heat taken from the cooling liquid in its circulation circuit and from the exhaust gas of the internal combustion engine serves to overheat and evaporation of the working fluid in the OCR cycle and as high-temperature heat is supplied to the working fluid in a second heat exchanger installed after the feed pump.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача оптимизировать рекуперационную установку с последовательно предусмотренным после источника отходящего тепла ОЦР-циклом в отношении ее конструкции и рабочих характеристик.Based on the foregoing, the present invention was based on the task of optimizing a recovery unit with a CCR cycle sequentially provided after the source of waste heat in relation to its design and performance.

Согласно изобретению указанная задача решается с помощью объекта изобретения с отличительными признаками, представленными в п.1 формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения приведены различные предпочтительные варианты осуществления изобретения.According to the invention, this problem is solved using the object of the invention with the distinctive features presented in claim 1 of the claims. In the dependent claims are various preferred embodiments of the invention.

Предлагаемая в изобретении рекуперационная установка отличается тем, что расширительная машина для расширения пара в ОЦР-цикле запускается работающим в двигательном режиме генератором и разгоняется им до задаваемой в регулирующем устройстве минимальной пусковой частоты вращения. Минимальная пусковая частота вращения в предпочтительном варианте соответствует при этом примерно двум третям минимальной рабочей частоты вращения. Решающее преимущество, связанное с работой генератора в двигательном режиме, состоит в малой нагрузке на подшипники в пусковой фазе, поскольку в расширительную машину еще не подается хладагент.В противном случае в еще холодной расширительной машине при определенных условиях могла бы произойти нежелательная конденсация небольших количеств хладагента. Однако в этом случае уже происходит ее охлаждение, также частичным потоком хладагента, хотя и находящимся в жидкой фазе.The recuperation unit proposed in the invention is characterized in that the expansion machine for expanding the steam in the OCR cycle is started by the generator operating in the motor mode and accelerates to the minimum starting speed set in the control device. The minimum starting speed preferably corresponds to about two-thirds of the minimum operating speed. The decisive advantage associated with the operation of the generator in the motor mode is the low load on the bearings in the starting phase, since refrigerant is not yet supplied to the expansion machine, otherwise, in a still cold expansion machine, undesired condensation of small amounts of refrigerant could occur under certain conditions. However, in this case, it is already being cooled, also by a partial flow of refrigerant, although in the liquid phase.

Согласно изобретению по достижении минимальной пусковой частоты вращения открывается паровой клапан на входе расширительной машины для расширения пара в ОЦР-цикле и при дальнейшем открытии этого парового клапана происходит дальнейшее возрастание частоты вращения, в результате чего генератор из двигательного режима переходит на работу в нормальном генераторном режиме. Данный аспект предпочтителен постольку, поскольку расширительная машина сразу же с момента пуска, соответственно первоначально подключена к генератору в качестве электродвигателя и не требует синхронизации с сетью. При полностью открытом паровом клапане и при достигнутой минимальной рабочей частоте вращения затем в регулирующем устройстве инициируется процесс оптимизации частоты вращения с учетом фактической рабочей ситуации.According to the invention, upon reaching the minimum starting frequency of rotation, the steam valve opens at the inlet of the expansion machine to expand the steam in the OCR cycle and upon further opening of this steam valve, a further increase in the frequency of rotation occurs, as a result of which the generator switches from motor mode to normal generator mode. This aspect is preferable insofar as the expansion machine immediately from the moment of start-up, respectively, is initially connected to the generator as an electric motor and does not require synchronization with the network. When the steam valve is fully open and when the minimum operating speed has been reached, then a speed optimization process is initiated in the control device taking into account the actual operating situation.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения регулирующее устройство определяет для расширительной машины для расширения пара в ОЦР-цикле оптимальную для фактической рабочей точки частоту вращения. При этом на первой стадии происходит, начиная с минимальной частоты вращения, медленное ее регулируемое повышение при анализе мощности генератора до тех пор, пока на второй стадии при возрастающей частоте вращения и при одновременно падающей мощности генератора не будет распознано превышение пикового уровня. Далее на третьей стадии осуществляется уменьшение частоты вращения, а на последующих стадиях процессы, выполняемые на второй и третьей стадиях, повторяются до тех пор, пока частота вращения не стабилизируется в точке максимальной мощности генератора.In yet another preferred embodiment of the invention, the control device determines, for the expansion machine for expanding the steam in the OCR cycle, the optimal speed for the actual operating point. In this case, at the first stage, starting from the minimum rotation frequency, it slowly increases in an analysis of the generator power until the excess of the peak level is detected at an increasing rotation frequency and at the same time decreasing generator power. Then, in the third stage, the rotation frequency is reduced, and in subsequent stages, the processes performed in the second and third stages are repeated until the rotation frequency is stabilized at the point of maximum generator power.

Предпочтителен далее вариант, в котором в регулирующем устройстве для расширительной машины для расширения пара в ОЦР-цикле предусмотрена возможность задания оптимальной для фактической рабочей точки частоты вращения по многопараметровой характеристике.Further preferred is the option in which in the control device for an expansion machine for expanding steam in the OCR cycle, it is possible to set the rotational speed optimal for the actual operating point by a multi-parameter characteristic.

Так, в частности, в предпочтительном варианте осуществления изобретения в многопараметровой характеристике оптимальной частоте вращения поставлено в соответствие давление на входе и/или выходе расширительной машины и для определения фактического рабочего состояния измеряется, анализируется и корректируется в регулирующем устройстве по многопараметровой характеристике фактическое давление на входе и/или выходе расширительной машины для настройки таким путем частоты вращения. Альтернативно этому или дополнительно к этому в многопараметровой характеристике оптимальной частоте вращения может быть поставлена в соответствие температура на входе и/или выходе расширительной машины и для определения фактического рабочего состояния может измеряться, анализироваться и корректироваться в регулирующем устройстве по многопараметровой характеристике фактическая температура на входе и/или выходе расширительной машины для настройки таким путем частоты вращения.Thus, in particular, in a preferred embodiment of the invention, the pressure at the input and / or output of the expansion machine is mapped in the multi-parameter characteristic of the optimal speed and, in order to determine the actual operating state, the actual inlet pressure is measured, analyzed and corrected in the control device for the multi-parameter characteristic / or the output of the expansion machine to adjust the speed in this way. Alternatively, or in addition to this, in the multi-parameter characteristic the optimal speed can be associated with the temperature at the inlet and / or outlet of the expansion machine and, to determine the actual operating state, the actual inlet temperature and / can be measured, analyzed and corrected in the control device for the multi-parameter characteristic or the output of the expansion machine to adjust the speed in this way.

Предпочтителен также вариант, в котором объединенный с расширительной машиной для расширения пара в ОЦР-цикле генератор имеет связанный с ним преобразователь частоты для работы с переменной, соответственно регулируемой частотой вращения.A variant is also preferred in which the generator combined with an expansion machine for expanding the steam in the OCR cycle has a frequency converter associated with it for working with a variable, respectively, variable speed.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения предусмотрен идущий в обход расширительной машины регулируемый байпас с по меньшей мере одним дроссельным клапаном в ОЦР-контуре. Такой байпас сначала в пусковой фазе, т.е. при еще сравнительно низкой температуре рабочего тела, открыт, и поэтому рабочее тело направляется в обход расширительной машины во избежание нежелательного попадания присутствующих в рабочем теле остатков его жидкой фазы в расширительную машину. Сразу же по достижении ОЦР-контуром своего заданного рабочего состояния, что определяется, например, по соответствующему, задаваемому уровню температуры или по иным параметрам, байпас закрывается, а установленный перед расширительной машиной паровой клапан открывается.In another preferred embodiment, an adjustable bypass with at least one throttle valve in the OCR circuit is provided that bypasses the expansion machine. Such a bypass is first in the starting phase, i.e. at a still relatively low temperature of the working fluid, it is open, and therefore the working fluid is bypassed by the expansion machine in order to avoid unwanted ingress of the residual liquid phase present in the working fluid into the expansion machine. Immediately after the OCR-circuit reaches its predetermined operating state, which is determined, for example, by the corresponding, set temperature level or other parameters, the bypass closes and the steam valve installed in front of the expansion machine opens.

Предлагаемое в изобретении решение позволяет оптимизировать конструкцию и рабочие характеристики рекуперационной установки с последовательно предусмотренным после источника отходящего тепла ОЦР-циклом. В качестве примера источников отходящего тепла можно назвать блочные тепловые электростанции, промышленные установки или котельные установки.The solution proposed in the invention makes it possible to optimize the design and performance of the recovery unit with the OCR cycle sequentially provided after the waste heat source. As an example of sources of waste heat can be called block thermal power plants, industrial plants or boiler plants.

Согласно изобретению оптимизируется также пусковая фаза работы расширительной машины. Одновременно с этим достигаются максимальная эксплуатационная надежность и защита от конденсации хладагента в том случае, когда разгон расширительной машины работающим в двигательном режиме генератором происходит в отсутствие хладагента. Поскольку со стороны охлаждения используемый в этих целях частичный поток хладагента пропускается через генераторный блок, при его работе в двигательном режиме этот частичный поток хладагента поглощает в этом месте тепло потерь.According to the invention, the starting phase of the expansion machine is also optimized. At the same time, maximum operational reliability and protection against refrigerant condensation are achieved when the expansion machine is accelerated by a generator operating in the motor mode in the absence of refrigerant. Since, on the cooling side, the partial refrigerant stream used for this purpose is passed through the generator unit, when operating in the motor mode, this partial refrigerant stream absorbs heat loss at this point.

Равным образом контролируется и тепловое состояние расширительной машины, равно как и другие граничные условия. К таковым в качестве пусковых условий относятся, например, наименьшее давление хладагента в ОЦР-контуре, условия включения системы магнитных опор рабочего колеса турбины, т.е. системы ее магнитных подшипников, а также контроль всех функционально необходимых агрегатов.The thermal state of the expansion machine, as well as other boundary conditions, is also controlled. These as starting conditions include, for example, the smallest refrigerant pressure in the OCR circuit, the conditions for switching on the system of magnetic bearings of the turbine impeller, i.e. systems of its magnetic bearings, as well as control of all functionally necessary units.

Согласно изобретению, таким образом, процесс пуска рекуперационной установки происходит в полностью автоматическом режиме под управлением электроники. Сказанное равным образом относится и к автоматизированному нормальному режиму работы с переменной частотой вращения, согласованной с конкретной рабочей ситуацией, а также к режиму останова.According to the invention, thus, the start-up process of the recovery unit takes place in a fully automatic mode under the control of the electronics. The aforesaid applies equally to the automated normal mode of operation with a variable speed, consistent with the specific operating situation, as well as to the stop mode.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемый к описанию единственный чертеж, на котором показана принципиальная схема рекуперационной установки с последовательно предусмотренным после источника отходящего тепла ОЦР-циклом.The invention is described in more detail below by the example of one of its embodiments with reference to the only drawing attached to the description, which shows a schematic diagram of a recovery unit with a CCR cycle sequentially provided after the source of waste heat.

Функционально важными для ОЦР-цикла компонентами являются ОЦР-контур 1 (контур, работающий по органическому циклу Ренкина), питательный насос 2, испаритель 3, расширительная машина 4 для расширения пара, связанная с генератором 5, конденсатор 6 для обратного охлаждения посредством теплоотвода 7, а также теплообменники 8, 9 для подогрева рабочего тела в ОЦР-контуре 1.The components that are functionally important for the OCR cycle are the OCR circuit 1 (a circuit operating according to the organic Rankine cycle), a feed pump 2, an evaporator 3, an expansion machine 4 for expanding steam, connected to a generator 5, a condenser 6 for re-cooling by means of a heat sink 7, as well as heat exchangers 8, 9 for heating the working fluid in the OCR circuit 1.

Оба теплообменника 8, 9 последовательно подсоединены к питательному насосу 2. Первый теплообменник 8, установленный после питательного насоса 2, служит при этом первой ступенью для подвода низкотемпературного тепла к рабочему телу, а следующий теплообменник 9 служит второй ступенью для подвода высокотемпературного тепла от источника 10 отходящего тепла к рабочему телу.Both heat exchangers 8, 9 are connected in series to the feed pump 2. The first heat exchanger 8, installed after the feed pump 2, serves as the first stage for supplying low-temperature heat to the working fluid, and the next heat exchanger 9 serves as the second stage for supplying high-temperature heat from the source 10 of the exhaust heat to the working fluid.

Второй нагревательный контур 11 своей подающей линией соединен с испарителем 3 ОЦР-контура, поскольку уровень температуры сначала достаточно высок для его прямого нагрева. После этого второй нагревательный контур 11 своей обратной линией входит во второй теплообменник 9 и отдает в нем еще имеющееся остаточное тепло рабочему телу ОЦР.The second heating circuit 11 is connected by its supply line to the evaporator 3 of the OCR circuit, since the temperature level is first high enough for direct heating. After this, the second heating circuit 11 with its return line enters the second heat exchanger 9 and gives in it the remaining heat to the working body of the OCR.

Для охлаждения расширительной машины 4 отводится частичный поток 12 жидкого хладагента, пропускаемый сначала через генератор 5. После этого охлаждающая среда проходит через корпус расширительной машины 4 и обеспечивает в этом месте достаточный отвод тепла.To cool the expansion machine 4, a partial stream of liquid refrigerant 12 is discharged, first passed through the generator 5. After that, the cooling medium passes through the housing of the expansion machine 4 and provides sufficient heat removal in this place.

По достижении минимальной пусковой частоты вращения открывается паровой клапан 13 на входе расширительной машины 4 для расширения пара в ОЦР-цикле, и при дальнейшем открытии этого парового клапана 13 происходит дальнейшее возрастание частоты вращения, в результате чего генератор 5 из двигательного режима переходит на работу в нормальном генераторном режиме.Upon reaching the minimum starting speed of rotation, the steam valve 13 at the inlet of expansion machine 4 opens to expand the steam in the OCR cycle, and upon further opening of this steam valve 13, a further increase in the frequency of rotation occurs, as a result of which the generator 5 switches from normal operation to normal operation generator mode.

В обход расширительной машины 4 предусмотрен регулируемый байпас 14 с по меньшей мере одним дроссельным клапаном 15. Сначала такой байпас 14 в пусковой фазе, т.е. при еще сравнительно низкой температуре рабочего тела, открыт.Таким путем рабочее тело направляется в обход расширительной машины 4. Сразу же по достижении ОЦР-контуром 1 своего заданного рабочего состояния дроссельный клапан 15 в байпасе 14 закрывается, а установленный перед расширительной машиной 4 паровой клапан 13 открывается.Bypassing the expansion machine 4, an adjustable bypass 14 with at least one throttle valve 15 is provided. First, such bypass 14 is in the starting phase, i.e. at a still relatively low temperature of the working fluid, it is open. In this way, the working fluid is bypassed the expansion machine 4. Immediately after the OCR circuit 1 reaches its predetermined operating state, the throttle valve 15 in the bypass 14 closes and the steam valve 13 installed in front of the expansion machine 4 opens.

Claims (10)

1. Способ управления рекуперационной установкой для источника (10) отходящего тепла, состоящей из органического цикла Ренкина (ОЦР), последовательно предусмотренного после этого источника (10) отходящего тепла, который соединен с нагревательным устройством ОЦР-цикла, а также с расширительной машиной (4) для расширения пара в ОЦР-цикле, которая связана с генератором (5)и которая запускается работающим в двигательном режиме генератором (5) и разгоняется им до задаваемой в регулирующем устройстве минимальной пусковой частоты вращения, по достижении которой открывается паровой клапан (13) на входе расширительной машины (4) для расширения пара в ОЦР-цикле, и при дальнейшем открытии этого парового клапана (13) происходит дальнейшее возрастание частоты вращения, в результате чего генератор (5) из двигательного режима переходит на работу в нормальном генераторном режиме.1. The control method of the recovery unit for the source (10) of waste heat, consisting of an organic Rankine cycle (OCR), the successively provided after this source (10) of waste heat, which is connected to the heating device of the OCR cycle, as well as with an expansion machine (4 ) to expand the steam in the OCR cycle, which is connected to the generator (5) and which is started by the generator (5) operating in the motor mode and accelerates to the minimum starting speed set in the control device, upon reaching which opens the steam valve (13) at the inlet of the expansion machine (4) to expand the steam in the OCR cycle, and when this steam valve (13) is further opened, the speed increases further, as a result of which the generator (5) switches from the motor mode to work in normal generator mode. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что минимальная пусковая частота вращения соответствует примерно двум третям минимальной рабочей частоты вращения.2. The method according to claim 1, characterized in that the minimum starting speed corresponds to approximately two-thirds of the minimum operating speed. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что при полностью открытом паровом клапане (13) и при достигнутой минимальной рабочей частоте вращения в регулирующем устройстве инициируется процесс оптимизации частоты вращения.3. The method according to claim 2, characterized in that when the steam valve (13) is fully open and when the minimum operating speed has been reached, a speed optimization process is initiated in the control device. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулирующее устройство определяет для расширительной машины (4) для расширения пара в ОЦР-цикле оптимальную для фактической рабочей точки частоту вращения, для чего на первой стадии происходит, начиная с минимальной частоты вращения, медленное ее регулируемое повышение при анализе мощности генератора, на второй стадии при возрастающей частоте и при одновременно падающей мощности генератора распознается превышение пикового уровня и на третьей стадии осуществляется уменьшение частоты вращения, а на последующих стадиях процессы, выполняемые на второй и третьей стадиях, повторяются до тех пор, пока частота вращения не стабилизируется в точке максимальной мощности генератора.4. The method according to claim 1, characterized in that the control device determines, for the expansion machine (4) for expanding the steam in the OCR cycle, the optimal speed for the actual operating point, for which, in the first stage, starting from the minimum speed, the slow its adjustable increase in the analysis of the generator power, in the second stage with increasing frequency and at the same time decreasing generator power, an excess of the peak level is detected and in the third stage the rotation frequency is reduced, and in subsequent stages, the processes performed in the second and third stages are repeated until the speed is stabilized at the point of maximum generator power. 5. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что в регулирующем устройстве для расширительной машины (4) для расширения пара в ОЦР-цикле предусмотрена возможность задания оптимальной для фактической рабочей точки частоты вращения по многопараметровой характеристике.5. The method according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the control device for the expansion machine (4) for expanding the steam in the OCR cycle, it is possible to set the optimal speed for the actual operating point according to a multi-parameter characteristic. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в многопараметровой характеристике оптимальной частоте вращения поставлено в соответствие давление на входе и/или выходе расширительной машины (4) и для определения фактического рабочего состояния измеряется, анализируется и корректируется в регулирующем устройстве по многопараметровой характеристике фактическое давление на входе и/или выходе расширительной машины (4) для настройки таким путем частоты вращения.6. The method according to claim 5, characterized in that the pressure at the input and / or output of the expansion machine (4) is set in the multi-parameter characteristic of the optimal speed and, to determine the actual operating state, it is measured, analyzed and adjusted in the control device according to the multi-parameter characteristic the actual pressure at the inlet and / or outlet of the expansion machine (4) for adjusting the speed in this way. 7. Способ по п.5, отличающийся тем, что в многопараметровой характеристике оптимальной частоте вращения поставлена в соответствие температура на входе и/или выходе расширительной машины (4) и для определения фактического рабочего состояния измеряется, анализируется и корректируется в регулирующем устройстве по многопараметровой характеристике фактическая температура на входе и/или выходе расширительной машины (4) для настройки таким путем частоты вращения.7. The method according to claim 5, characterized in that the temperature at the inlet and / or outlet of the expansion machine (4) is set in the multi-parameter characteristic of the optimal speed and for measuring the actual operating state is measured, analyzed and adjusted in the control device according to the multi-parameter characteristic the actual temperature at the inlet and / or outlet of the expansion machine (4) for adjusting the speed in this way. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что объединенный с расширительной машиной (4) для расширения пара в ОЦР-цикле генератор (5) имеет связанный с ним преобразователь частоты для работы с переменной, соответственно регулируемой частотой вращения.8. The method according to claim 1, characterized in that the generator (5) combined with the expansion machine (4) for expanding the steam in the OCR cycle has a frequency converter associated with it for working with a variable, respectively, variable speed. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что предусмотрен идущий в обход расширительной машины (4) регулируемый байпас (14) с по меньшей мере одним дроссельным клапаном (15) в ОЦР-контуре (1).9. The method according to claim 1, characterized in that an adjustable bypass (14) that bypasses the expansion machine (4) is provided with at least one throttle valve (15) in the OCR circuit (1). 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что регулируемый байпас (14), идущий в обход расширительной машины (4), сначала в пусковой фазе открыт и закрывается по достижении температурой в ОЦР-контуре (1) задаваемого уровня. 10. The method according to claim 9, characterized in that the adjustable bypass (14), bypassing the expansion machine (4), is first opened and closed in the starting phase when the temperature in the OCR circuit (1) reaches the set level.
RU2013134395/06A 2010-12-24 2011-12-21 Method for operation of recuperation plant RU2589985C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010056272A DE102010056272A1 (en) 2010-12-24 2010-12-24 Waste heat utilization system
DE102010056272.6 2010-12-24
PCT/EP2011/073602 WO2012085093A1 (en) 2010-12-24 2011-12-21 Waste heat recovery installation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013134395A RU2013134395A (en) 2015-01-27
RU2589985C2 true RU2589985C2 (en) 2016-07-10

Family

ID=45440538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013134395/06A RU2589985C2 (en) 2010-12-24 2011-12-21 Method for operation of recuperation plant

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20140013750A1 (en)
EP (1) EP2655810A1 (en)
CN (1) CN103270254B (en)
DE (1) DE102010056272A1 (en)
RU (1) RU2589985C2 (en)
WO (1) WO2012085093A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012021326B4 (en) * 2012-10-26 2014-05-15 Voith Patent Gmbh Method for generating electrical energy and power generation plant
EP3447257A1 (en) * 2017-08-21 2019-02-27 Siemens Aktiengesellschaft Method for accelerating a steam turbine
CN108868931B (en) * 2018-08-07 2024-07-05 西安热工研究院有限公司 High-efficiency and flexible gas supercritical carbon dioxide combined cycle cogeneration system
CN112160808B (en) * 2020-09-23 2021-12-21 昆明理工大学 Waste heat recovery power-cooling combined supply system of ship gas turbine

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2111422C1 (en) * 1995-03-06 1998-05-20 Энергетический научно-исследовательский институт им.Г.М.Кржижановского Combined solar-electric power plant
RU66016U1 (en) * 2007-04-25 2007-08-27 Степан Иванович ВАСИЛЕВСКИЙ AUTONOMOUS POWER MODULE (OPTIONS)

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2449780A1 (en) 1979-02-22 1980-09-19 Semt METHOD AND APPARATUS FOR RECOVERING THERMAL ENERGY IN A SUPERFUELED INTERNAL COMBUSTION ENGINE
US4901531A (en) 1988-01-29 1990-02-20 Cummins Engine Company, Inc. Rankine-diesel integrated system
DE19541521A1 (en) 1995-11-08 1997-07-31 Schmeink & Cofreth En Manageme Electrical efficiency improver for flow of special gases
US6494042B2 (en) * 2001-02-12 2002-12-17 Ormat Industries Ltd. Method of and apparatus for producing uninterruptible power
US20030213246A1 (en) * 2002-05-15 2003-11-20 Coll John Gordon Process and device for controlling the thermal and electrical output of integrated micro combined heat and power generation systems
US8061139B2 (en) * 2002-05-22 2011-11-22 Ormat Technologies, Inc. Integrated engine generator rankine cycle power system
JP3901609B2 (en) * 2002-07-25 2007-04-04 本田技研工業株式会社 Rankine cycle equipment
US6986251B2 (en) * 2003-06-17 2006-01-17 Utc Power, Llc Organic rankine cycle system for use with a reciprocating engine
US7290393B2 (en) * 2004-05-06 2007-11-06 Utc Power Corporation Method for synchronizing an induction generator of an ORC plant to a grid
US7200996B2 (en) * 2004-05-06 2007-04-10 United Technologies Corporation Startup and control methods for an ORC bottoming plant
US7225621B2 (en) * 2005-03-01 2007-06-05 Ormat Technologies, Inc. Organic working fluids
JP2006250075A (en) * 2005-03-11 2006-09-21 Honda Motor Co Ltd Rankine cycle device
JP4493531B2 (en) * 2005-03-25 2010-06-30 株式会社デンソー Fluid pump with expander and Rankine cycle using the same
EP1869293B1 (en) * 2005-03-29 2013-05-08 UTC Power Corporation Cascaded organic rankine cycles for waste heat utilization
DE102005048795B3 (en) 2005-10-12 2006-12-28 Köhler & Ziegler Anlagentechnik GmbH Combined heat and power generation plant, has heat exchanger provided next to feed pumps as stage for coupling low temperature heat, and another heat exchanger provided as another stage for coupling high temperature heat
JP4823936B2 (en) * 2006-04-19 2011-11-24 株式会社デンソー Waste heat utilization apparatus and control method thereof
WO2008082388A1 (en) * 2006-12-28 2008-07-10 Utc Power Corporation A power split device for a combined heat and power (chp) system
EP2014880A1 (en) * 2007-07-09 2009-01-14 Universiteit Gent An improved combined heat power system
JP4302759B2 (en) * 2007-09-14 2009-07-29 株式会社デンソー Waste heat utilization equipment
US7950230B2 (en) * 2007-09-14 2011-05-31 Denso Corporation Waste heat recovery apparatus
JP2009097434A (en) * 2007-10-17 2009-05-07 Sanden Corp Waste heat utilization device for internal combustion engine
JP4969701B2 (en) * 2008-03-28 2012-07-04 三菱重工業株式会社 Turbine equipment control method and turbine equipment
CN101566113B (en) * 2009-06-03 2011-06-08 浙江银轮机械股份有限公司 Engine waste heat recovery system based on organic rankine cycle
JP5163620B2 (en) * 2009-10-15 2013-03-13 株式会社豊田自動織機 Waste heat regeneration system
JP5552986B2 (en) * 2010-09-24 2014-07-16 株式会社豊田自動織機 Rankine cycle equipment

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2111422C1 (en) * 1995-03-06 1998-05-20 Энергетический научно-исследовательский институт им.Г.М.Кржижановского Combined solar-electric power plant
RU66016U1 (en) * 2007-04-25 2007-08-27 Степан Иванович ВАСИЛЕВСКИЙ AUTONOMOUS POWER MODULE (OPTIONS)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013134395A (en) 2015-01-27
CN103270254B (en) 2015-09-23
WO2012085093A1 (en) 2012-06-28
US20140013750A1 (en) 2014-01-16
DE102010056272A1 (en) 2012-06-28
CN103270254A (en) 2013-08-28
EP2655810A1 (en) 2013-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2015353C1 (en) Method of operation of steam-gas-turbine power plant
RU2551458C2 (en) Combined heat system with closed loop for recuperation of waste heat and its operating method
US10584614B2 (en) Waste heat recovery simple cycle system and method
JP2019502051A (en) Reverse Brayton cycle heat engine
CN102094690B (en) Engine exhaust gas and waste heat utilization system based on single-screw expansion engine
WO2012074907A2 (en) Driven starter pump and start sequence
CN102549239A (en) Engine waste heat recovery power-generating turbo system and reciprocating engine system provided therewith
US9030034B2 (en) Stationary power plant, in particular a gas power plant, for generating electricity
CA2963336A1 (en) Method and apparatus for cogeneration power plant waste heat source utilization by incorporated water source high temperature heat pump
RU2589985C2 (en) Method for operation of recuperation plant
US20140013749A1 (en) Waste-heat recovery system
CN201891525U (en) Exhaust waste heat utilization system for organic Rankin cycle diesel engine of two-stage single screw expander
RU2583478C2 (en) Recovery plant
RU2757468C1 (en) Method for operation of combined cycle plant during period when power consumption schedule dips
KR101922026B1 (en) Energy saving system for using waste heat of ship
CN111527297B (en) Device for converting thermal energy from heat lost from an internal combustion engine
KR20170138267A (en) System for recycling wasted heat of vessel
US9540961B2 (en) Heat sources for thermal cycles
RU2630284C1 (en) Cogeneration unit with deep waste energy disposal of thermal engine
CN104594964A (en) Novel single-shaft natural gas combined cycle heat supply unit system
RU2237820C2 (en) Turbocharged internal combustion engine and method of its operation
US20110278859A1 (en) Cooling heat generating equipment
RU2811448C2 (en) Combined-cycle power plant
RU157594U1 (en) TRIGGER INSTALLATION
RU2811729C2 (en) Combined-cycle power plant

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191222