RU2748628C1 - Method for operation of trigeneration unit - Google Patents

Method for operation of trigeneration unit Download PDF

Info

Publication number
RU2748628C1
RU2748628C1 RU2020118702A RU2020118702A RU2748628C1 RU 2748628 C1 RU2748628 C1 RU 2748628C1 RU 2020118702 A RU2020118702 A RU 2020118702A RU 2020118702 A RU2020118702 A RU 2020118702A RU 2748628 C1 RU2748628 C1 RU 2748628C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
low
boiling
shaft
carrying agent
electric
Prior art date
Application number
RU2020118702A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Константин Владимирович Осинцев
Юрий Сергеевич Приходько
Сулпан Ириковна Кускарбекова
Максим Михайлович Дудкин
Дмитрий Владимирович Растворов
Анна Валерьевна Хасанова
Николай Александрович Клепиков
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)"
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 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)"
Priority to RU2020118702A priority Critical patent/RU2748628C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2748628C1 publication Critical patent/RU2748628C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K27/00—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B29/00—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
    • 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
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/20—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications using renewable energy

Abstract

FIELD: heat power engineering.
SUBSTANCE: invention relates to industrial heat power engineering. The method for operation of a trigeneration unit is implemented by heating a low-boiling heat carrying agent by solar radiation, separating liquid droplets and producing a saturated vapor of a low-boiling heat carrying agent, which is directed to a turbo expander, partial boiling in the evaporator of the condensate of the low-boiling heat carrying agent formed after the turbo expander, obtaining cooled air directed to the production facility by evaporating refrigerant vapors, heating water by an electric heater. The shaft of the turbo expander is connected with the electric generator and the shaft of the axial pump of the refrigeration system of the facility. During daytime operation the residual generated electricity is directed to the needs of the production facility. During operation in the transition period of the day, the electric drives of the auxiliary compressor and the low-boiling heat carrying agent recirculation pump are partially activated. During nighttime operation the electric drives of the auxiliary compressor and the low-boiling heat carrying agent recirculation pump are put in the nominal mode. The electric generator of the turbo expander is cooled using a low-boiling heat carrying agent.
EFFECT: reduced electricity consumption from the external power grid.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к промышленной теплоэнергетике и может быть использовано в условиях повышенной интенсивности солнечного излучения для холодоснабжения, кондиционирования, вентиляции и горячего водоснабжения производственных помещений, выработки электроэнергии на собственные нужды предприятия, как следствие снижения энергозависимости предприятия от центральных распределительных электросетей.The invention relates to industrial heat power engineering and can be used in conditions of increased intensity of solar radiation for cooling, air conditioning, ventilation and hot water supply of industrial premises, generating electricity for the company's own needs, as a result of reducing the energy dependence of the enterprise on central distribution power grids.

Известен способ генерации холода для промышленных предприятий на основе тягодутьевых и компрессорных агрегатов, включающий линию нагрева и испарения хладагента при его прохождении через теплообменник. При этом охлаждаемый воздух поступает в помещения и обеспечивает условия для работы персонала предприятия (Леонов В.П., Воронов В.А., Апсит К.А., Ципун А.В. Цикл Ренкина с низкопотенциальным источником теплоты. Инженерный журнал: наука и инновации, 2015, вып. 2. URL: http://engjournal.ru/catalog/pmce/mdpr/1368.html). Недостаток способа - повышенное электропотребление приводов вентиляторов и компрессоров, что значительно снижает эффективность установки, реализующей данный способ.A known method of generating cold for industrial enterprises on the basis of draft and compressor units, including a line for heating and evaporation of the refrigerant as it passes through the heat exchanger. At the same time, the cooled air enters the premises and provides conditions for the work of the enterprise personnel (Leonov V.P., Voronov V.A., Apsit K.A., Tsipun A.V. innovations, 2015, issue 2. URL: http://engjournal.ru/catalog/pmce/mdpr/1368.html). The disadvantage of this method is the increased power consumption of the drives of fans and compressors, which significantly reduces the efficiency of the installation that implements this method.

Известен способ выработки электроэнергии для промышленных предприятий в установке, включающей энергетический парогенератор, теплоносителем в котором может быть низкокипящая жидкость. Пары жидкости подаются в турбоэлектрогенератор, где жидкость конденсируется и возвращается в тепловую схему (патент РФ №2310765, F02C 6/02, F02C 3/34, опубл. в Б.И. №32 от 20.11.2007 г.). Недостатком способа является низкая надежность парогенератора и повышенные затраты на проведение капитальных ремонтов.There is a known method of generating electricity for industrial enterprises in an installation that includes an energy steam generator, the coolant in which can be a low-boiling liquid. Liquid vapors are fed into a turboelectric generator, where the liquid is condensed and returned to the thermal circuit (RF patent No. 2310765, F02C 6/02, F02C 3/34, published in BI No. 32 dated 20.11.2007). The disadvantage of this method is the low reliability of the steam generator and increased costs for overhaul.

Известен способ утилизации теплоты дымовых газов на основе органического цикл Ренкина прямого нагрева (патент РФ №2502880), содержащий модуль органической турбины, которая работает на перегретом паре испаренной текучей среды. Изобретение отличается высокой степенью экологической безопасности. Недостаток - обязательное использование органического топлива в парогенераторе, что снижает экономическую эффективность всей установки в целом.A known method of utilizing the heat of flue gases based on an organic Rankine cycle of direct heating (RF patent No. 2502880), containing an organic turbine module, which operates on superheated steam of the evaporated fluid. The invention is distinguished by a high degree of environmental safety. The disadvantage is the mandatory use of fossil fuel in the steam generator, which reduces the economic efficiency of the entire installation as a whole.

Известен способ использования солнечного излучения для нагрева низкокипящего теплоносителя параболическими зеркалами (Fernandez-Garcia A., Zarza Е., Valenzuela L., Perez М. Parabolic-trough solar collectors and their applications // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2010. Vol. 14, pp. 1695-1721). Авторы отмечают возможность применения способа для электрогенерации на промышленном предприятии, с энергетическиим оборудованием в органическом цикле Ренкина установленной мощностью органической турбины 1 МВт. Недостаток способа - когенерация, без возможности применения отдельных систем холодоснабжения и горячего водоснабжения, что снижет суммарный термический КПД энергокомплекса.A known method of using solar radiation to heat a low-boiling coolant with parabolic mirrors (Fernandez-Garcia A., Zarza E., Valenzuela L., Perez M. Parabolic-trough solar collectors and their applications // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2010. Vol. 14 , pp. 1695-1721). The authors note the possibility of using the method for power generation at an industrial enterprise, with power equipment in the organic Rankine cycle with an installed capacity of an organic turbine of 1 MW. The disadvantage of this method is cogeneration, without the possibility of using separate refrigeration and hot water supply systems, which reduces the total thermal efficiency of the power complex.

Известен способ комбинированной выработки электроэнергии, теплоты и холода в тригенерационном цикле работы гибридной тепловой электростанции для промышленных предприятий, включающем солнечные коллекторы, ветро- и микрогазотурбинную установки, абсорбционную холодильную машину или тепловой насос (патент РФ №2583210, H02S 10/00, F24J 2/42, опубл. в Б.И. №13 от 10.05.2016 г.). Преимуществом такого комбинирования, безусловно, является снижение затрат на выработку электроэнергии и холода, ресурсосбережение органического топлива. Недостаток способа - повышенное энергопотребление из внешней электросети, тем самым снижается КПД всей гибридной тепловой электростанции.A known method of combined generation of electricity, heat and cold in the trigeneration cycle of a hybrid thermal power plant for industrial enterprises, including solar collectors, wind and micro-gas turbine installations, an absorption refrigeration machine or a heat pump (RF patent No. 2583210, H02S 10/00, F24J 2 / 42, published in B.I. No. 13 of 05/10/2016). The advantage of this combination, of course, is the reduction in the cost of generating electricity and cold, resource conservation of fossil fuel. The disadvantage of this method is increased energy consumption from the external power grid, thereby reducing the efficiency of the entire hybrid thermal power plant.

Наиболее близким аналогом предлагаемому является способ комбинированной выработки электроэнергии, теплоты и холода в тригенерационном цикле работы гибридной тепловой электростанции для промышленных предприятий, содержащий турбодетандер, конденсатор, испаритель и солнечный коллектор. Способ реализуется путем нагрева низкокипящего теплоносителя за счет высокой интенсивности солнечного излучения в солнечном коллекторе, направления пара низкокипящего теплоносителя в турбодетандер и преобразования потенциальной энергии пара в механическую энергию вращения вала турбодетандера и в электрическую энергию в присоединенном муфтой к валу электрогенераторе (авторское свидетельство SU №1128066, F24J 3/00, F28D 15/00, опубл. в Б.И. №45 07.12.1984 г.)The closest analogue of the proposed is a method of combined generation of electricity, heat and cold in the trigeneration cycle of a hybrid thermal power plant for industrial enterprises, containing a turbo expander, a condenser, an evaporator and a solar collector. The method is implemented by heating the low-boiling coolant due to the high intensity of solar radiation in the solar collector, directing the vapor of the low-boiling coolant to the turboexpander and converting the potential energy of the steam into mechanical energy of rotation of the turboexpander shaft and into electrical energy in an electric generator connected to the shaft by a coupling (copyright certificate SU # 1128066, F24J 3/00, F28D 15/00, publ. In BI No. 45 07.12.1984)

Техническая задача изобретения - снижение потребления электроэнергии из внешней электросети, повышение эффективности энерготехнологического комплекса за счет использования дополнительных систем регенерации теплоты.The technical problem of the invention is to reduce the consumption of electricity from the external power grid, to increase the efficiency of the energy technology complex through the use of additional heat recovery systems.

Для решения поставленной задачи при осуществлении способа работы тригенерационной установки путем нагрева низкокипящего теплоносителя за счет высокой интенсивности солнечного излучения в установленных по периметру производственного помещения трубных панелях, подъема и сбора в установленный на верхней отметке помещения барабан влажного пара низкокипящего теплоносителя, отделения сепарирующими устройствами в барабане капель жидкости и получения насыщенного пара низкокипящего теплоносителя, направления насыщенного пара в турбодетандер, преобразования потенциальной энергии пара в механическую энергию вращения вала турбодетандера и в электрическую энергию в присоединенном муфтой к валу электрогенераторе, конденсации после турбодетандера пара низкокипящего теплоносителя в конденсаторе, получения направляемого в производственное помещение охлажденного воздуха за счет испарения паров хладагента в испарителе системы холодоснабжения, нагрева воды электронагревателем за счет генерации электроэнергии турбодетандером, согласно изобретению, вал турбодетандера соединен с валом компрессора системы холодоснабжения помещения через соединен с валом компрессора системы холодоснабжения помещения через муфту; при работе в дневное время избыток генерируемой электроэнергии направляется на собственные нужды производственного помещения, при работе в переходный период дня при снижении интенсивности солнечного излучения в работу частично включаются электроприводы вспомогательного компрессора и насоса рециркуляции низкокипящего теплоносителя, при работе в ночное время в условиях низкой интенсивности солнечного излучения электроприводы вспомогательного компрессора и насоса рециркуляции низкокипящего теплоносителя выводят на номинальный режим; кроме того во всех режимах работы энергокомплекса охлаждение электрогенератора турбодетандера осуществляют низкокипящим теплоносителем, что позволяет использовать дополнительную теплоту на нагрев воды в производственном помещении.To solve the problem in the implementation of the method of operation of the trigeneration unit by heating a low-boiling coolant due to the high intensity of solar radiation in the pipe panels installed along the perimeter of the production room, lifting and collecting wet steam of low-boiling coolant in the drum installed at the top mark of the room, separating droplets by separating devices in the drum liquid and obtaining saturated steam of a low-boiling coolant, directing saturated steam to a turboexpander, converting the potential energy of steam into mechanical energy of rotation of the turboexpander shaft and into electrical energy in an electric generator connected by a coupling to the shaft, condensation of a low-boiling coolant vapor in a condenser after the turboexpander, obtaining a cooled air due to the evaporation of refrigerant vapors in the evaporator of the refrigeration system, water heating by an electric heater due to the generation of electricity with a turbo expander, according to the invention, the shaft of the turbo expander is connected to the compressor shaft of the room refrigeration system through a coupling; when working in the daytime, the excess of generated electricity is directed to the auxiliary needs of the industrial premises, when working in the transitional period of the day when the intensity of solar radiation decreases, the electric drives of the auxiliary compressor and the low-boiling coolant recirculation pump are partially included in the work, when working at night in conditions of low intensity of solar radiation the electric drives of the auxiliary compressor and the low-boiling coolant recirculation pump are brought to the nominal mode; in addition, in all operating modes of the power complex, the turbine expander electric generator is cooled with a low-boiling coolant, which makes it possible to use additional heat for heating water in the production room.

Изобретение поясняется схемой энергокомплекса, реализующего заявленный способ тригенерации, представленной на фиг. 1, и общим видом вертикального солнечного коллектора, являющегося неотъемлемой частью изобретения, представленном на фиг. 2.The invention is illustrated by a diagram of a power complex that implements the claimed trigeneration method shown in FIG. 1, and a general view of a vertical solar collector, which is an integral part of the invention, shown in FIG. 2.

Согласно фиг. 1 низкокипящий теплоноситель циркулирует в панельной системе трубок 1, работающей по принципу вертикального солнечного коллектора. Панели трубной системы 1 устанавливаются вдоль вертикальных стен производственного помещения. В дневное время теплоноситель поднимается вверх за счет разности плотностей из-за возникающих сил естественной конвекции путем нагрева тепловым солнечным излучением, а именно:As shown in FIG. 1 low-boiling heat carrier circulates in the panel tube system 1, which operates on the principle of a vertical solar collector. The panels of the pipe system 1 are installed along the vertical walls of the production room. In the daytime, the coolant rises up due to the density difference due to the emerging forces of natural convection by heating with thermal solar radiation, namely:

Figure 00000001
Figure 00000001

где g - гравитационное ускорение, (м/с2);where g - gravitational acceleration, (m / s 2 );

ρ0 - плотность низкокипящего теплоносителя в жидком состоянии, (кг/м3);ρ 0 is the density of the low-boiling coolant in the liquid state, (kg / m 3 );

ρ - плотность низкокипящего теплоносителя в парообразном состоянии, (кг/м3);ρ is the density of the low-boiling coolant in the vapor state, (kg / m 3 );

Н - высота трубных панелей, (м);Н - the height of the pipe panels, (m);

ν - коэффициент кинематической вязкости теплоносителя в жидком состоянии, (м2/с).ν is the coefficient of kinematic viscosity of the coolant in the liquid state, (m 2 / s).

В барабане 2, установленном на крыше здания, происходит отделение капель низкокипящего теплоносителя от пара в сепараторе 3. Образуется сухой насыщенный пар 4, который подается в турбодетандер 5. Вал 6 турбодетандера 5 соединен с валом 7 электрогенератора 8 через муфту 9. Электрогенератор вырабатывает электроэнергию (отвод электроэнергии показан условно пунктирной линией 10) на собственные нужды предприятия, в том числе на электропривод 11 вспомогательного компрессора 12. Основной компрессор 13 присоединен к валу 14 через муфту 15 с валом 6 турбодетандера 5 и, соответственно с валом 7 электрогенератора. Таким образом, для основного компрессора 13 приводом является турбодетандер 5, а вспомогательный компрессор 12 приводится в действие электроприводом И, причем компрессоры могут работать как одновременно параллельно друг другу, так и отдельно, так как приводная мощность у них одинаковая. Горячее водоснабжение (система горячего водоснабжения показана условной линией 16) осуществляется путем включения в работу электронагревателя 17, расположенного в резервуаре 18 горячей воды, циркулирующей в системе горячего водоснабжения 16 за счет работающего насоса 19 в дневное время от линии 10, в переходный период частично от линии 10, частично от внешней электрической сети 20, и в ночное время только от внешней электрической сети 20. Дополнительная линия 21 горячего водоснабжения включается в работу только в ночное время путем открытия клапана 22 и необходима для перегрева насыщенного пара низкокипящего теплоносителя в ночное время в теплообменнике 23. После турбодетандера 5 пар конденсируется в конденсаторе 24 за счет нагрева холодной воды 25, нагнетаемой насосом 26. Регулирование температуры горячей воды осуществляется клапаном 27. Охлажденный низкокипящий теплоноситель возвращается вновь в цикл по трубопроводу 28 в виде конденсата. Повышение давления конденсата происходит в насосе рециркуляции низкокипящего теплоносителя 29 (далее насос 29), а регулирование давления конденсата осуществляется электроприводом 30 насоса 29 путем изменения частоты вращения рабочих лопастей, а также количественно путем изменения степени открытия клапана 31. В дневное время и переходный период насос 29 работает частично за счет линии 10 и частично от внешней электросети 20, в ночное время только от внешней электросети 20. Схема промышленного кондиционирования состоит из двух контуров: контура охлаждаемого воздуха 32 и контура нагреваемого хладагента 33. Атмосферный воздух 34 нагнетается вентилятором 35 с электроприводом 36 и подается в испаритель-теплообменник 37 (далее испаритель 37). Испаритель 37 состоит из трубок 38, в которых нагревается хладагент. Повышение давление хладагента происходит в компрессорах 12 и 13. Причем в дневное время работает основной компрессор 13, в переходный период дня работают оба компрессора 12 и 13 параллельно, а в ночное время работает вспомогательный компрессор 12. После компрессора сжатый пар хладагента направляется через редукционный конденсатор 39, который представляет собой теплообменник-регенератор хладагентов внешнего контура по выработке электроэнергии (органический цикл Ренкина) и внутреннего контура холодоснабжения помещения. После конденсатора давление хладагента уменьшается в редукционном клапане 40 и хладагент в жидком состоянии направляется в испаритель 37. Взаимодействие двух контуров возможно только при условии, что давление и температура хладагента во внутреннем контуре холодоснабжения выше, чем во внешнем контуре по выработке электроэнергии. Практические диапазоны работы энергокомплекса следующие: давление после компрессоров 12 и 13 во внутреннем контуре холодоснабжения не менее 1,6 МПа, температура в этой же точке цикла не менее 40°С (параметры приведены для хладагента R134a). При отклонении этих параметров в большую сторону на 10-15% становится невозможной работа конденсатора 40, а при отклонении этих параметров в меньшую сторону на те же 10-15% резко скачкообразно снижается низкокипящим теплоносителем, что позволяет использовать дополнительную теплоту на нагрев воды в производственном помещении.In the drum 2, installed on the roof of the building, drops of low-boiling coolant are separated from steam in the separator 3. Dry saturated steam 4 is formed, which is fed to the turboexpander 5. The shaft 6 of the turboexpander 5 is connected to the shaft 7 of the electric generator 8 through the coupling 9. The electric generator generates electricity ( electricity removal is shown by a conventionally dotted line 10) for the company's own needs, including the electric drive 11 of the auxiliary compressor 12. The main compressor 13 is connected to the shaft 14 through a clutch 15 with the shaft 6 of the turboexpander 5 and, accordingly, with the shaft 7 of the electric generator. Thus, for the main compressor 13, the drive is the turbo expander 5, and the auxiliary compressor 12 is driven by the electric drive AND, and the compressors can operate both simultaneously in parallel to each other and separately, since they have the same drive power. Hot water supply (the hot water supply system is shown by a conventional line 16) is carried out by turning on the electric heater 17, located in the hot water tank 18, circulating in the hot water supply system 16 due to the operating pump 19 in the daytime from line 10, in the transition period partly from the line 10, partly from the external electrical network 20, and at night only from the external electrical network 20. An additional hot water supply line 21 is switched on only at night by opening the valve 22 and is necessary to overheat the saturated steam of the low-boiling heat carrier at night in the heat exchanger 23 After the turboexpander 5, the steam is condensed in the condenser 24 due to the heating of cold water 25 supplied by the pump 26. The hot water temperature is controlled by the valve 27. The cooled low-boiling heat carrier is returned to the cycle through the pipeline 28 in the form of condensate. An increase in the condensate pressure occurs in the recirculation pump of a low-boiling coolant 29 (hereinafter pump 29), and the condensate pressure is controlled by the electric drive 30 of the pump 29 by changing the rotational speed of the working blades, as well as quantitatively by changing the degree of opening of the valve 31. During the daytime and during the transition period, pump 29 works partly due to line 10 and partly from external power grid 20, at night only from external power grid 20. The industrial air conditioning circuit consists of two circuits: a cooled air circuit 32 and a heated refrigerant circuit 33. Atmospheric air 34 is blown by a fan 35 with an electric drive 36 and is supplied to the evaporator-heat exchanger 37 (hereinafter evaporator 37). The evaporator 37 consists of tubes 38 in which the refrigerant is heated. The refrigerant pressure increases in compressors 12 and 13. Moreover, during the daytime the main compressor 13 operates, during the transition period of the day both compressors 12 and 13 operate in parallel, and at night the auxiliary compressor 12 operates. After the compressor, the compressed refrigerant vapor is directed through the reducing condenser 39 , which is a heat exchanger-regenerator of refrigerants of the external circuit for power generation (organic Rankine cycle) and the internal circuit of the refrigeration supply of the room. After the condenser, the refrigerant pressure decreases in the pressure reducing valve 40 and the refrigerant in liquid state is directed to the evaporator 37. Interaction of the two circuits is possible only if the pressure and temperature of the refrigerant in the internal refrigeration circuit are higher than in the external power generation circuit. The practical ranges of operation of the power complex are as follows: pressure after compressors 12 and 13 in the internal refrigeration circuit is at least 1.6 MPa, the temperature at the same point of the cycle is at least 40 ° C (parameters are given for refrigerant R134a). If these parameters deviate upward by 10-15%, it becomes impossible to operate the condenser 40, and if these parameters deviate downward by the same 10-15%, it abruptly decreases with a low-boiling coolant, which makes it possible to use additional heat for heating water in the production room ...

Для решения поставленной задачи рассматриваются два варианта работы установи!: в дневное и ночное время. В дневное время при высокой интенсивности солнечного излучения низкокипящий теплоноситель, согласно законам теплообмена, при свободной конвекции нагревается и при использовании вертикальных труб поднимается вверх за счет разности плотностей жидкости и пара. Вертикальные трубы выполняются с плавниками и собираются в панели, фиг. 2. Форма проходного сечения и его размер зависят от типа хладагента и его массового расхода, интенсивности солнечного излучения в районе применения энергокомплекса. Высота труб зависит от конструктивного исполнения панельной системы трубок 1. В идеальном случае в горизонтальной плоскости панели устанавливаются вертикально по периметру производственного помещения, а высота панелей совпадает с высотой помещения. В нижних и верхних точках панелей установлены сборные коллекторы жидкости и насыщенного влажного пара соответственно (на фиг. 2 показан нижний сборный коллектор 41, группа регулирующих клапанов 42 и сами вертикальные солнечные коллекторы 43, верхний сборный коллектор не показан). Из верхних сборных коллекторов насыщенный влажный пар поднимается по перепускным трубам (на фиг. 2 не показаны) в барабан 2, установленный на верхней отметке помещения. Барабан 2 оснащен сепаратором 3 жалюзийного типа, в котором происходит отделение влаги от пара. Избыток влаги возвращается в нижние сборные коллекторы по отдельной вертикальной трубе 44 (вертикальная труба 44 изолирована от солнечного излучения).To solve this problem, two options for work are considered: in the daytime and at night. In the daytime, with a high intensity of solar radiation, a low-boiling coolant, according to the laws of heat transfer, heats up with free convection and, when using vertical pipes, rises due to the difference in the densities of the liquid and vapor. The risers are finned and assembled in panels, fig. 2. The shape of the flow area and its size depend on the type of refrigerant and its mass flow rate, the intensity of solar radiation in the area of application of the power complex. The height of the pipes depends on the design of the panel system of pipes 1. Ideally, in the horizontal plane, the panels are installed vertically around the perimeter of the production room, and the height of the panels coincides with the height of the room. At the lower and upper points of the panels, collecting collectors of liquid and saturated wet steam are installed, respectively (Fig. 2 shows the lower collecting collector 41, the group of control valves 42 and the vertical solar collectors 43 themselves, the upper collecting collector is not shown). From the upper collecting collectors saturated wet steam rises through the bypass pipes (not shown in Fig. 2) into the drum 2, installed at the upper elevation of the room. Drum 2 is equipped with a louver type separator 3, in which moisture is separated from steam. The excess moisture is returned to the lower collecting headers through a separate vertical pipe 44 (the vertical pipe 44 is isolated from solar radiation).

Кроме вышеуказанных физических зависимостей, следует учесть свободную конвекцию при наличии достаточных ветровых усилий и разности температур, то есть необходимо учесть среднюю теплоотдачу со стороны вертикальной стенки:In addition to the above physical dependencies, free convection should be taken into account in the presence of sufficient wind forces and a temperature difference, that is, it is necessary to take into account the average heat transfer from the side of the vertical wall:

Figure 00000002
Figure 00000002

где Ra - безразмерный критерий Рэлея, Ra=GrPr, то есть зависимость определяется физическими свойствами воздуха и высотой вертикальной стенки;where Ra is the dimensionless Rayleigh criterion, Ra = GrPr, that is, the dependence is determined by the physical properties of air and the height of the vertical wall;

Рг - безразмерный критерий Прандтля (теплофизическая величина, выбирается по справочникам);Pg - dimensionless Prandtl criterion (thermophysical quantity, selected according to reference books);

Gr - безразмерный критерий Грасгофа, который определяется:Gr is the dimensionless Grashof criterion, which is determined by:

Figure 00000003
Figure 00000003

где g - ускорение свободного падения, 9,81 (м/с2);where g is the acceleration due to gravity, 9.81 (m / s 2 );

Р - коэффициент объемного расширения, (К'1), выбирается по справочнику;P is the coefficient of volumetric expansion, (K ' 1 ), selected according to the reference book;

At - разность температур стенки трубы и хладагента, (°С), (К);At is the temperature difference between the pipe wall and the coolant, (° C), (K);

Н - высота вертикальной трубы, (м);H is the height of the vertical pipe, (m);

v - коэффициент кинематической вязкости, (м2/с), выбирается по справочнику.v - coefficient of kinematic viscosity, (m 2 / s), selected according to the reference book.

Н - высота вертикальной трубы, (м);H is the height of the vertical pipe, (m);

ν - коэффициент кинематической вязкости, (м2/с), выбирается по справочнику.ν - coefficient of kinematic viscosity, (m 2 / s), selected according to the reference book.

В климатических условиях с среднегодовыми температурами окружающего воздуха выше нуля на предприятиях, например, строительной, металлургической, нефтегазовой промышленности и агроиндустрии, энергетические системы обеспечения жизнедеятельности человека в среде с экстремально высокими теплотехническими и низкими влажностными параметрами должны отличаться надежностью в эксплуатации. Предлагаемый способ может быть реализован в южных регионах России, а также в странах Центральной и Юго-Восточной Азии, Африки.In climatic conditions with average annual ambient temperatures above zero at enterprises, for example, in the construction, metallurgical, oil and gas industry and agroindustry, energy systems for ensuring human life in an environment with extremely high thermal engineering and low humidity parameters should be reliable in operation. The proposed method can be implemented in the southern regions of Russia, as well as in the countries of Central and Southeast Asia, Africa.

Claims (1)

Способ работы тригенерационной установки путем нагрева низкокипящего теплоносителя за счет высокой интенсивности солнечного излучения в установленных по периметру производственного помещения трубных панелях, подъема и сбора в установленный на верхней отметке помещения барабан влажного пара низкокипящего теплоносителя, отделения сепарирующими устройствами в барабане капель жидкости и получения насыщенного пара низкокипящего теплоносителя, направления насыщенного пара в турбодетандер, преобразования потенциальной энергии пара в механическую энергию вращения вала турбодетандера и в электрическую энергию в присоединенном муфтой к валу электрогенераторе, конденсации после турбодетандера пара низкокипящего теплоносителя в конденсаторе, получения направляемого в производственное помещение охлажденного воздуха за счет испарения паров хладагента в испарителе системы холодоснабжения, нагрева воды электронагревателем за счет генерации электроэнергии турбодетандером, отличающийся тем, что вал турбодетандера соединен с валом компрессора системы холодоснабжения помещения через муфту; при работе в дневное время избыток генерируемой электроэнергии направляют на собственные нужды производственного помещения, при работе в переходный период дня при снижении интенсивности солнечного излучения в работу частично включают электроприводы вспомогательного компрессора и насоса рециркуляции низкокипящего теплоносителя, при работе в ночное время, в условиях низкой интенсивности солнечного излучения, электроприводы вспомогательного компрессора и насоса рециркуляции низкокипящего теплоносителя выводят на номинальный режим; кроме того, во всех режимах работы энергокомплекса охлаждение электрогенератора турбодетандера осуществляют низкокипящим теплоносителем.The method of operation of the trigeneration unit by heating a low-boiling coolant due to the high intensity of solar radiation in the tube panels installed around the perimeter of the production room, lifting and collecting wet steam of a low-boiling coolant in a drum installed at the top mark of the room, separating liquid droplets in the drum and obtaining saturated low-boiling steam coolant, directing saturated steam to the turboexpander, converting the potential energy of steam into mechanical energy of rotation of the turboexpander shaft and into electrical energy in an electric generator coupled to the shaft, condensation after the turboexpander of low-boiling coolant vapor in the condenser, obtaining cooled air directed to the production room due to the evaporation of refrigerant vapor in the evaporator of the refrigeration system, water heating by an electric heater due to the generation of electricity by the turboexpander, characterized in that the turbine shaft odendander is connected to the compressor shaft of the room refrigeration system through a coupling; when working in the daytime, the excess of generated electricity is directed to the auxiliary needs of the industrial premises, when working in the transitional period of the day when the intensity of solar radiation decreases, the electric drives of the auxiliary compressor and the low-boiling coolant recirculation pump are partially included in the work, when working at night, in conditions of low solar intensity radiation, electric drives of the auxiliary compressor and the low-boiling coolant recirculation pump are brought to the nominal mode; in addition, in all operating modes of the power complex, the turbine expander electric generator is cooled with a low-boiling coolant.
RU2020118702A 2020-05-15 2020-05-15 Method for operation of trigeneration unit RU2748628C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020118702A RU2748628C1 (en) 2020-05-15 2020-05-15 Method for operation of trigeneration unit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020118702A RU2748628C1 (en) 2020-05-15 2020-05-15 Method for operation of trigeneration unit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2748628C1 true RU2748628C1 (en) 2021-05-28

Family

ID=76301204

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020118702A RU2748628C1 (en) 2020-05-15 2020-05-15 Method for operation of trigeneration unit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2748628C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU898224A1 (en) * 1978-10-16 1982-01-15 Казахское Отделение Всесоюзного Проектно-Изыскательского Института "Сельэнергопроект" Solar power station
SU1128066A1 (en) * 1983-08-09 1984-12-07 Ордена Трудового Красного Знамени Институт Тепло-И Массообмена Им.А.В.Лыкова Solar heat collector
RU2032082C1 (en) * 1990-02-23 1995-03-27 Товарищество с ограниченной ответственностью "Ди Си Ди" Modular solar-electric plant
DE102007013430A1 (en) * 2007-03-13 2008-09-18 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Solar thermal power plant, has focal line collectors connected in series and parallel with respect to guiding direction of medium, where collectors exhibit different geographical orientation in their longitudinal direction
US10060296B2 (en) * 2012-11-15 2018-08-28 Kevin Lee Friesth Quintuple-effect generation multi-cycle hybrid renewable energy system with integrated energy provisioning, storage facilities and amalgamated control system cross-reference to related applications

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU898224A1 (en) * 1978-10-16 1982-01-15 Казахское Отделение Всесоюзного Проектно-Изыскательского Института "Сельэнергопроект" Solar power station
SU1128066A1 (en) * 1983-08-09 1984-12-07 Ордена Трудового Красного Знамени Институт Тепло-И Массообмена Им.А.В.Лыкова Solar heat collector
RU2032082C1 (en) * 1990-02-23 1995-03-27 Товарищество с ограниченной ответственностью "Ди Си Ди" Modular solar-electric plant
DE102007013430A1 (en) * 2007-03-13 2008-09-18 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Solar thermal power plant, has focal line collectors connected in series and parallel with respect to guiding direction of medium, where collectors exhibit different geographical orientation in their longitudinal direction
US10060296B2 (en) * 2012-11-15 2018-08-28 Kevin Lee Friesth Quintuple-effect generation multi-cycle hybrid renewable energy system with integrated energy provisioning, storage facilities and amalgamated control system cross-reference to related applications

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6502859B2 (en) Improved Organic Rankine Cycle Reduced Pressure Heat Engine
US20120001436A1 (en) Power generator using a wind turbine, a hydrodynamic retarder and an organic rankine cycle drive
US4306416A (en) Closed cycle, hydraulic-turbine heat engine
US20120011865A1 (en) Combined Water Extractor and Electricity Generator
BRPI1003490A2 (en) Rankine cycle system and Method
US20060236698A1 (en) Waste heat recovery generator
RU2644801C2 (en) Thermodynamic system of the combined cycle for the development of mechanical energy and the method of development of mechanical energy and of driving the turbomachine
PT1488080E (en) Refrigeration power plant
US20140125060A1 (en) Solar cooling, heating and power system
SI24856A (en) A method and a device for the use of low-temperature sources of cogeneration systems with high-temperature heat pump with a water/water concept
Baradey et al. Waste heat recovery in heat pump systems: solution to reduce global warming
RU2748628C1 (en) Method for operation of trigeneration unit
Mishra et al. A review of literature on air cooled steam condenser (a heat exchanger used in steam power plant)
KR101315918B1 (en) Organic rankine cycle for using low temperature waste heat and absorbtion type refrigerator
US4873834A (en) Cooling plant load reduction apparatus and method
Al-Samari et al. Design of absorption refrigeration system using solar energy resource
US20140265597A1 (en) Distributed Energy System Architecture with Thermal Storage
Peng et al. Presentation of an integrated cooling system for enhancement of cooling capability in Heller cooling tower with thermodynamic analyses and optimization
KR20130119162A (en) Direct organic rankine cycle power generation system using solar power
AU2017203030B2 (en) A combined water extractor and electricity generator.
US20200007079A1 (en) System and method for cooling solar panel and recovering energy therefrom
Osintsev Using the organic Rankine cycle for heat supply of greenhouses at agricultural enterprises
Cao AN ULTIMATE SOLUTION TO PHASING OUT FOSSIL FUELS–PART II: AIR-WATER THERMAL POWER PLANTS FOR UTILITY-SCALE POWER PRODUCTION AT LOW TEMPERATURES
RU2812135C1 (en) Method of operation of thermal power steam plant
Perekopnaya et al. Principles of Energy Conversion in Thermal Transformer Based on Renewable Energy Sources