RU2804173C1 - Combined heat and power generation plant - Google Patents

Combined heat and power generation plant Download PDF

Info

Publication number
RU2804173C1
RU2804173C1 RU2023104977A RU2023104977A RU2804173C1 RU 2804173 C1 RU2804173 C1 RU 2804173C1 RU 2023104977 A RU2023104977 A RU 2023104977A RU 2023104977 A RU2023104977 A RU 2023104977A RU 2804173 C1 RU2804173 C1 RU 2804173C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
network water
heat
circuit
water path
nkrt
Prior art date
Application number
RU2023104977A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Артур Владимирович Дмитренко
Александр Владимирович Костин
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта" (ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ), РУТ (МИИТ))
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта" (ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ), РУТ (МИИТ)) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта" (ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ), РУТ (МИИТ))
Application granted granted Critical
Publication of RU2804173C1 publication Critical patent/RU2804173C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: thermal power engineering.
SUBSTANCE: invention can be applied in autonomous power supply and heat supply systems, in emergency power supply systems in the presence of heat generated in hot water boilers or other heat sources. Combined heat and power generating power plant, consisting of a hot water boiler of a water heating boiler house or district heating station (DHS), connected through an automatic flow controller to a network water circuit, including a primary hot network water path connected to heat consumers, and a return network water path connected to with a network water pump, and to a circuit with a low-boiling working fluid (LBWF), including a power plant, a steam separator, a turbine, an electric generator, an evaporator (steam generator), a feed pump, a condenser located in the return network water path, providing its primary heating, is additionally equipped a surface heat exchanger that provides additional heating of the return network water with the LBWF liquid phase, connected to the LBWF circuit after the separator and to the return network water path, as well as controlled by the LBWF automatic flow controller.
EFFECT: invention makes it possible to ensure the autonomy of the power supply of a hot water boiler house (or DHS), its energy efficiency and maneuverability; guarantee the functioning of the boiler house as a source of cheap electricity.
1 cl, 1 dwg

Description

Область техникиField of technology

Изобретение относится к области энергетики и может быть применено для обеспечения топливной экономичности комбинированных систем электроснабжения и теплоснабжения, использующих теплоту, генерируемую в водогрейных котельных агрегатах, МПК F01K 17/02.The invention relates to the field of energy and can be used to ensure fuel efficiency of combined power supply and heat supply systems using heat generated in water heating boiler units, IPC F01K 17/02.

Уровень техникиState of the art

Известные комбинированные тепло- и электроснабжающие установки, состоят из водогрейного котла районной тепловой станции (РТС), подключенного к контуру сетевой воды, включающему тракт первичной горячей сетевой воды, связанный с тепловыми потребителями, и тракт обратной сетевой воды, связанный с насосом сетевой воды, и энергоустановки, работающей по органическому циклу Ренкина (ОЦР) на низкокипящем рабочем теле (НКРТ), включающей испаритель (парогенератор), турбину с электрогенератором, насос и конденсатор-подогреватель, причем испаритель через запорно-регулирующие задвижки подключен к тракту первичной горячей сетевой воды, а конденсатор-подогреватель - к тракту обратной сетевой воды. В указанных установках НКРТ на выходе из испарителя обычно представляет собой слабоперегретый или насыщенный пар. В случае ОЦР с выходом из испарителя влажного пара НКРТ требуемого паросодержания известны установки (Features Design of Organic Rankine Cycle Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies, 2019, 12(6), 733-745 Denis I. Karabarin and Sergei A. Mihailenko; Узел генерации пара для органического цикла Ренкина. Авторы А.В. Дмитренко, А.В. Костин. Патент на полезную модель №213839, от 30/09/2022), в которых после испарителя добавляется сепаратор для отделения пара НКРТ от его жидкой фазы и последующей подачей пара в турбину.Known combined heat and power supply installations consist of a hot water boiler of a district thermal station (RTS) connected to a network water circuit, including a primary hot network water path connected to heat consumers, and a return network water path connected to a network water pump, and power plant operating according to the organic Rankine cycle (ORC) on a low-boiling working fluid (LBWF), including an evaporator (steam generator), a turbine with an electric generator, a pump and a condenser-heater, and the evaporator is connected through shut-off and control valves to the primary hot network water circuit, and condenser-heater - to the return network water path. In these installations, the LCRT at the exit from the evaporator usually represents slightly superheated or saturated steam. In the case of ORC with the output of wet steam NKRT from the evaporator of the required steam content, the settings are known (Features Design of Organic Rankine Cycle Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies, 2019, 12(6), 733-745 Denis I. Karabarin and Sergei A. Mihailenko ; Steam generation unit for the organic Rankine cycle. Authors A.V. Dmitrenko, A.V. Kostin. Utility model patent No. 213839, dated 09/30/2022), in which a separator is added after the evaporator to separate the NKRT steam from its liquid phase and subsequent supply of steam to the turbine.

Наиболее близким аналогом является комбинированная тепло-электрогенерирующая энергоустановка (Патент на полезную модель №151465. Авторы Безруких П.Л., Поливода Ф.А. и др. от 10/04/2015), состоящая из минимум двух параллельно соединенных водогрейных котлов районной тепловой станции (РТС), один из которых является пиковым, подключенных к контуру сетевой воды, включающему тракт первичной горячей сетевой воды, связанный с тепловыми потребителями, и тракт обратной сетевой воды, связанный с насосом (насосами) сетевой воды и к контуру с низкокипящим рабочим телом (НКРТ), включающему энергоустановку, турбину, электрогенератор, конденсатор, парогенератор, питательный насос. Пиковый котел подключен к тракту обратной сетевой воды через управляемый автоматический регулятор расхода, соединенный с конденсатором, а конденсатор размещен в тракте обратной сетевой воды.The closest analogue is a combined heat and power generating power plant (Utility model patent No. 151465. Authors Bezrukikh P.L., Polivoda F.A. et al. dated April 10, 2015), consisting of at least two parallel-connected water heating boilers of a district heating stations (RTS), one of which is a peak one, connected to the network water circuit, including a primary hot network water path connected to heat consumers, and a return network water path connected to the network water pump(s) and to a circuit with a low-boiling working fluid (NKRT), including a power plant, turbine, electric generator, condenser, steam generator, feed pump. The peak boiler is connected to the return network water path through a controlled automatic flow regulator connected to a condenser, and the condenser is located in the return network water path.

Недостатком данной установки является ее невысокая тепловая эффективность и маневренность. Генерация пара в испарителе энергоустановки осуществляется за счет теплоты первичной сетевой воды только при ее пиковой температуре от пикового водогрейного котла.The disadvantage of this installation is its low thermal efficiency and maneuverability. Steam generation in the evaporator of the power plant is carried out using the heat of the primary network water only at its peak temperature from the peak hot water boiler.

Раскрытие изобретенияDisclosure of the Invention

Технической задачей изобретения является увеличение тепловой эффективности РТС, а также повышение маневренности и надежности работы энергоустановки.The technical objective of the invention is to increase the thermal efficiency of the RTS, as well as to increase the maneuverability and reliability of the power plant.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является повышение температуры сетевой воды на входе в котел и возможность работы турбины ОЦР как в стационарном режиме, так и при переменной нагрузке.The technical result achieved by using the invention is an increase in the temperature of the network water at the inlet to the boiler and the ability to operate the ORC turbine both in stationary mode and at variable load.

Указанный технический результат достигается добавлением в установку автоматического регулятора расхода НКРТ, обеспечивающего в сочетании с регулятором расхода сетевой воды выход из испарителя влажного пара НКРТ требуемой величины паросодержания и расхода, необходимого для работы турбины как при переменной нагрузке, так и в стационарном режиме, а также добавлением поверхностного теплообменника, последовательно установленного за конденсатором по ходу движения обратной сетевой воды обеспечивающего ее дополнительный подогрев НКРТ в жидкой фазе при температуре кипения НКРТ в испарителе.The specified technical result is achieved by adding to the installation an automatic flow regulator NKRT, which, in combination with the network water flow regulator, ensures that the wet steam output from the NKRT evaporator of the required value of steam content and flow rate necessary for turbine operation both at variable load and in stationary mode, as well as by adding a surface heat exchanger installed in series behind the condenser along the direction of return network water, providing its additional heating of the NKRT in the liquid phase at the boiling point of the NKRT in the evaporator.

Краткое описание чертежаBrief description of the drawing

На фиг. 1 представлена принципиальная схема комбинированной тепло- и электрогенерирующей энергоустановки.In fig. Figure 1 shows a schematic diagram of a combined heat and electricity generating power plant.

1 - водогрейный котел;1 - hot water boiler;

2 - тракт первичной сетевой воды;2 - primary network water path;

3 - потребители теплоты;3 - heat consumers;

4 - тракт обратной сетевой воды;4 - return network water path;

5 - насос сетевой воды;5 - network water pump;

6 - испаритель (парогенератор) ОЦР;6 - evaporator (steam generator) ORC;

7 - турбина ОЦР;7 - ORC turbine;

8 - электрогенератор;8 - electric generator;

9 - питательный насос ОЦР;9 - ORC feed pump;

10 - конденсатор ОЦР;10 - ORC capacitor;

11 - сепаратор;11 - separator;

12 - поверхностный теплообменник;12 - surface heat exchanger;

13, 14, 15 - запорно-регулирующие задвижки;13, 14, 15 - shut-off and control valves;

16 - автоматический регулятор расхода НКРТ;16 - automatic flow regulator NKRT;

17 - автоматический регулятор расхода сетевой воды.17 - automatic regulator of network water flow.

Осуществление изобретенияCarrying out the invention

Работа комбинированной тепло- и электрогенерирующей энергоустановки осуществляется следующим образом.The operation of a combined heat and electricity generating power plant is carried out as follows.

Горячая сетевая вода из котла 1 при закрытой задвижке 13 и открытой задвижке 14 поступает к испарителю (парогенератору) ОЦР 6, где отдает часть своей теплоты на генерацию пара НКРТ. Далее, частично охлажденная сетевая вода по тракту 2 подается к потребителям теплоты 3. После потребителей, использованная обратная сетевая вода по тракту 4, поступает к сетевому насосу 5, и затем в конденсатор ОЦР 10, где подогревается паром НКРТ, прошедшим турбину. Далее, подогретая обратная сетевая вода поступает в поверхностный теплообменник 12, где дополнительно нагревается НКРТ в жидкой фазе, после чего направляется на вход в котел 1.Hot network water from boiler 1, with valve 13 closed and valve 14 open, flows to the evaporator (steam generator) ORC 6, where it transfers part of its heat to generate NKRT steam. Next, partially cooled network water is supplied through path 2 to heat consumers 3. After the consumers, the used return network water is supplied through path 4 to network pump 5, and then to the ORC condenser 10, where it is heated by NKRT steam that has passed through the turbine. Next, the heated return network water enters the surface heat exchanger 12, where the LCRT is additionally heated in the liquid phase, after which it is sent to the entrance to the boiler 1.

Циркулирующее в контуре энергоустановки НКРТ нагревается от горячей сетевой воды в испарителе 6, закипает и выходит из него в состоянии влажного пара требуемого паросодержания. Далее, влажный пар поступает в сепаратор 11, в котором происходит отделение паровой фазы от жидкой. Насыщенный пар из сепаратора направляется в турбину 7, где расширяясь, производит полезную работу. Турбина 7 снабжена электрогенератором 8, вырабатывающим электроэнергию для покрытия собственных нужд РТС и сторонних потребителей. После турбины, отработанный пар НКРТ поступает в конденсатор, где нагревает обратную сетевую воду и конденсируется. Жидкая фаза НКРТ, имеющая температуру выше температуры отработанного пара НКРТ, после сепаратора направляется в поверхностный теплообменник 12, где дополнительно нагревает обратную сетевую воду, поступающую в котел. После теплообменника 12 охлажденное НКРТ смешивается с НКРТ из конденсатора 10 и возвращается в испаритель 6.The NKRT circulating in the circuit of the power plant is heated by hot network water in the evaporator 6, boils and leaves it in the state of wet steam with the required vapor content. Next, the wet steam enters the separator 11, in which the vapor phase is separated from the liquid phase. Saturated steam from the separator is sent to turbine 7, where it expands and produces useful work. Turbine 7 is equipped with an electric generator 8, which generates electricity to cover the own needs of the RTS and third-party consumers. After the turbine, the exhaust steam from the NKRT enters the condenser, where it heats the return network water and condenses. The liquid phase of the NKRT, which has a temperature higher than the temperature of the exhaust steam of the NKRT, after the separator is sent to the surface heat exchanger 12, where it additionally heats the return network water entering the boiler. After heat exchanger 12, the cooled NKRT is mixed with NKRT from the condenser 10 and returned to the evaporator 6.

Дополнительный нагрев обратной сетевой воды в теплообменнике 12 позволяет поднять ее температуру на входе в котел и тем самым повысить тепловую эффективность работы котла. Автоматические регуляторы расхода сетевой воды 17 и НКРТ 16 позволяют увеличить маневренность энергоустановки изменением как расхода сетевой воды через испаритель, так и расхода НКРТ через контур ОЦР, обеспечивая тем самым работу турбины, как с переменной нагрузкой, так и в стационарном режиме.Additional heating of return network water in heat exchanger 12 allows you to increase its temperature at the inlet to the boiler and thereby increase the thermal efficiency of the boiler. Automatic regulators of network water flow 17 and NKRT 16 make it possible to increase the maneuverability of the power plant by changing both the flow of network water through the evaporator and the NKRT flow through the ORC circuit, thereby ensuring operation of the turbine both with variable load and in stationary mode.

Claims (1)

Комбинированная тепло- и электрогенерирующая энергоустановка, состоящая из водогрейного котла водогрейной котельной или районной тепловой станции (РТС), подключенного через автоматический регулятор расхода к контуру сетевой воды, включающему тракт первичной горячей сетевой воды, связанный с потребителями теплоты, и тракт обратной сетевой воды, связанный с насосом сетевой воды, и к контуру с низкокипящим рабочим телом (НКРТ), включающему энергоустановку, сепаратор пара, турбину, электрогенератор, испаритель, питательный насос, конденсатор, размещенный в тракте обратной сетевой воды, обеспечивая ее первичный подогрев, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительно поверхностным теплообменником, обеспечивающим добавочный подогрев сетевой воды жидкой фазой НКРТ, подключенным к контуру НКРТ после сепаратора и к тракту обратной сетевой воды, а также управляемым автоматическим регулятором расхода НКРТ.Combined heat and electricity generating power plant, consisting of a hot water boiler of a hot water boiler house or district thermal station (RTS), connected through an automatic flow regulator to the network water circuit, including a primary hot network water path connected to heat consumers, and a return network water path connected with a network water pump, and to a circuit with a low-boiling working fluid (LCWF), including a power plant, a steam separator, a turbine, an electric generator, an evaporator, a feed pump, a condenser located in the return network water path, providing its primary heating, characterized in that it equipped with an additional surface heat exchanger that provides additional heating of network water with the liquid phase of the NKRT, connected to the NKRT circuit after the separator and to the return network water path, as well as a controlled automatic flow regulator of the NKRT.
RU2023104977A 2023-03-03 Combined heat and power generation plant RU2804173C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2804173C1 true RU2804173C1 (en) 2023-09-26

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2300636C1 (en) * 2006-01-10 2007-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Энергосберегающие технологии" Combination heat and power generating plant
RU151465U1 (en) * 2014-07-10 2015-04-10 Открытое акционерное общество "Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского" COMBINED HEAT AND ELECTRIC POWER PLANT
RU2633979C1 (en) * 2016-11-16 2017-10-20 Акционерное общество "Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского" Combined heat and electrogenerated unit

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2300636C1 (en) * 2006-01-10 2007-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Энергосберегающие технологии" Combination heat and power generating plant
RU151465U1 (en) * 2014-07-10 2015-04-10 Открытое акционерное общество "Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского" COMBINED HEAT AND ELECTRIC POWER PLANT
RU2633979C1 (en) * 2016-11-16 2017-10-20 Акционерное общество "Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского" Combined heat and electrogenerated unit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ahmadi et al. Efficiency improvement of a steam power plant through solar repowering
RU2643910C1 (en) Optimized integrated system for hybrid energy generation based on solar energy and biomass energy
Rashid et al. Dynamic simulation, control, and performance evaluation of a synergistic solar and natural gas hybrid power plant
WO2020181677A1 (en) Flexible hybrid solar/coal-fired power generation system and operation method
US20130152586A1 (en) Integrated Solar Combined Cycle Power Generation System and Integrated Solar Combined Cycle Power Generation Method
CN203670119U (en) Gas-steam combined cycle power device
RU2538994C2 (en) Method of once-through steam generator operation at steam temperature over 650-c, and once-through steam generator
AU2010237404A1 (en) Steam power plant having solar collectors
KR101462803B1 (en) Power generation and heating apparatus
EP2871359B1 (en) Auxiliary steam supply system in solar power plants
US10883390B2 (en) Cogeneration system for integration into solar water heating systems
Matjanov et al. Solar repowering existing steam cycle power plants
Palenzuela et al. Operational improvements to increase the efficiency of an absorption heat pump connected to a multi-effect distillation unit
CN102966495B (en) Tower type solar energy-steam combustion gas combined cycle power generation system
RU2804173C1 (en) Combined heat and power generation plant
RU151465U1 (en) COMBINED HEAT AND ELECTRIC POWER PLANT
WO2020110473A1 (en) Boiler system, power generation plant, and boiler system operation method
Chantasiriwan The improvement of energy efficiency of cogeneration system by replacing desuperheater with steam–air preheater
CN113623032B (en) Coal-fired boiler flue gas heat storage and power generation integrated system and operation method
KR20150132046A (en) Power generation system using the steam and air and hydraulic
Shagdar et al. Comparative performance assessment of 300 MW solar‐coal hybrid power generation system under different integration mechanisms
NO760980L (en)
RU2300636C1 (en) Combination heat and power generating plant
RU2599722C1 (en) Steam-turbine nuclear power plant with power modulation
RU2633979C1 (en) Combined heat and electrogenerated unit