UA124256C2

UA124256C2 - COGENERATION INSTALLATION

Info

Publication number: UA124256C2
Application number: UAA201800579A
Authority: UA
Inventors: Олександр Леонідович Шубенко; Юрій Іванович Горпинко; Олександр Володимирович Сенецький; Володимир Павлович Сарапін
Original assignee: Інститут Проблем Машинобудування Ім. А.М. Підгорного Національної Академії Наук України
Priority date: 2018-01-22
Filing date: 2018-01-22
Publication date: 2021-08-18

Abstract

Винахід належить до теплоенергетики, зокрема до енерго- і теплогенеруючих установок на утилізовному викидному теплі вторинних енергоресурсів для комбінованого вироблення електроенергії і низькотемпературного тепла систем кондиціонування повітря. Когенераційна установка містить електрогенеруючий контур на низькокиплячому робочому тілі, який включає теплообмінник-випарник (1), що функціонує з підведенням утилізовного викидного тепла вторинних енергоресурсів, порожниною по стороні підключений на вхід турбіни (2) на низькокиплячому робочому тілі, що через вал підключена до електрогенератора (3), вихлопний патрубок турбіни (2) під'єднаний до парової порожнини конденсатора (4), що через живильний насос (5) пов'язана по нагрівній стороні з регенеративним теплообмінником (6), котрий по гріючій стороні холодопродуктивного контуру виходом пов'язаний з теплообмінником-охолоджувачем (7), який виходом підключений до дроселюючого пристрою (8), пов'язаного з охолоджувачем (9) (приміщенням), виходом підключеного на вхід компресора (10), який з'єднаний з регенеративним теплообмінником (6). Когенераційна установка дозволяє підвищити економічну ефективність комбінованого вироблення енергопотужності і низькопотенціального тепла.The invention relates to heat energy, in particular to energy and heat generating plants on the utilization of waste heat of secondary energy resources for combined electricity generation and low-temperature heat of air conditioning systems. The cogeneration unit contains an electric generating circuit on a low-boiling working fluid, which includes a heat exchanger-evaporator (1), which operates with the supply of waste heat of secondary energy resources, the cavity is connected to the inlet of the turbine (2) on the low-boiling electric (3), the exhaust pipe of the turbine (2) is connected to the steam cavity of the condenser (4), which is connected via a feed pump (5) on the heating side to the regenerative heat exchanger (6), which is on the heating side of the cooling circuit. connected to the heat exchanger-cooler (7), which is connected to the output of the throttle device (8) connected to the cooler (9) (room), the output connected to the inlet of the compressor (10), which is connected to the regenerative heat exchanger (6) . The cogeneration unit allows to increase the economic efficiency of the combined production of energy capacity and low-potential heat.

Description

Винахід належить до теплоенергетики, зокрема до енерго- і теплогенеруючих установок на утилізовному викидному теплі вторинних енергоресурсів для комбінованого вироблення електроенергії і низькотемпературного тепла систем кондиціонування повітря.The invention belongs to thermal power engineering, in particular to energy and heat-generating installations on the utilization of waste heat of secondary energy resources for the combined production of electricity and low-temperature heat of air conditioning systems.

В умовах підвищення вартості енергоносіїв і економії непоновлюваних енергоресурсів (першочерговою) актуальною задачею промисловості є зниження енергоспоживання теплогенеруючих установок з використанням у технологічній схемі теплового процесу за допомогою теплонасосних контурів, що функціонують із високими коефіцієнтами термотрансформації.In the conditions of increasing the cost of energy carriers and saving non-renewable energy resources, the (primary) urgent task of the industry is to reduce the energy consumption of heat-generating units with the use of heat pump circuits operating with high thermal transformation coefficients in the technological scheme of the thermal process.

Відома теплосилова холодильна установка (Пат. України 12614, РГ25829/00, 1997), що містить кип'ятильник, підключений до лінії теплоносія, парову турбіну з електрогенератором, регенеративний теплообмінник, конденсатор і живильний насос, послідовно з'єднані лінією холодоагенту в силовому контурі і той самий конденсатор, дросельний вентиль, випарник і термохімічний компресор з генератором, дефлегматором-ректифікатором і адсорбером, перекачувальні насоси, послідовно з'єднані лінією холодоагенту у холодильному контурі.A known thermoelectric refrigeration plant (Pat. of Ukraine 12614, RG25829/00, 1997), which contains a boiler connected to a coolant line, a steam turbine with an electric generator, a regenerative heat exchanger, a condenser and a feed pump, connected in series by a refrigerant line in the power circuit and the same condenser, throttle valve, evaporator and thermochemical compressor with a generator, dephlegmator-rectifier and adsorber, transfer pumps connected in series by a refrigerant line in the refrigeration circuit.

Термодинамічна ефективність відомого пристрою невисока через складність підтримання робочих параметрів теплового процесу термосорбційного компресора.The thermodynamic efficiency of the known device is low due to the difficulty of maintaining the operating parameters of the thermal process of the thermosorption compressor.

Найбільш близьким за сукупністю ознак є універсальний тепловий насос (Пат. України 88723, Б2403/00, БР25829/00, 2009), що містить теплообмінник-випарник, компресор, теплообмінник-конденсатор, теплообмінник-підігрівник, циркуляційний насос для прокачування теплоносія через джерело низькопотенціального тепла з групи аміаку або хладонів та пристрій керування, при цьому контур теплового насоса функціонально з'язаний із зовнішнім контуром, контуром опалення та контуром охолодження з вентилятором, а теплообмінник-підігрівник розміщено перед дроселем з можливістю підігріву залишковим теплом теплоносія, що циркулює в зовнішньому контурі.The closest in terms of characteristics is the universal heat pump (Pat. of Ukraine 88723, Б2403/00, БР25829/00, 2009), which contains a heat exchanger-evaporator, a compressor, a heat exchanger-condenser, a heat exchanger-heater, a circulation pump for pumping the coolant through a source of low-potential heat from the group of ammonia or refrigerants and a control device, while the circuit of the heat pump is functionally connected to the external circuit, the heating circuit and the cooling circuit with a fan, and the heat exchanger-heater is placed in front of the throttle with the possibility of heating by the residual heat of the coolant circulating in the external circuit .

Відомий тепловий насос, що призначений для використання в системах опалювання та охолодження є непридатним для додаткового вироблення електричної потужності, оскільки не містить силових пристроїв для генерації.The known heat pump intended for use in heating and cooling systems is not suitable for additional production of electric power, as it does not contain power devices for generation.

В основу винаходу поставлено задачу створення когенераційної установки шляхом введення додаткових елементів і зв'язків між ними для реалізації за допомогою теплообміну у двох теплонасосних контурах, що функціонують на низькокиплячих робочих тілах, при одночасному підведенню утилізовного високотемпературного викидного тепла вторинних енергоресурсів термодинамічного циклу з високим коефіцієнтом термотрансформації при ефективному функціонуванні елементів технологічної схеми на рівні заданих температурних напорів і робочих параметрів теплообмінних елементів, за рахунок чого досягнуте підвищення економічної ефективності когенераційної установки з комбінованим виробленням енергопотужності і низькопотенціального тепла.The invention is based on the task of creating a cogeneration plant by introducing additional elements and connections between them for implementation by means of heat exchange in two heat pump circuits operating on low-boiling working bodies, with the simultaneous supply of utilizable high-temperature waste heat of secondary energy resources of a thermodynamic cycle with a high coefficient of thermotransformation with the effective functioning of the elements of the technological scheme at the level of the specified temperature pressures and operating parameters of the heat exchange elements, due to which an increase in the economic efficiency of the cogeneration plant with the combined production of power and low-potential heat will be achieved.

Поставлена задача вирішується тим, що в когенераційній установці, яка містить теплонасосний контур на низькокиплячому робочому тілі з компресором, теплообмінником, конденсатором, випарником, дросселем та пов'язаний з ним через теплообмінник зовнішній контур з живильним насосом і конденсатором, згідно з винаходом, електрогенеруючий контур включає теплообмінник-випарник з підведенням по гріючій стороні утилізовного викидного високопотенціального тепла, зв'язаний по нагрівній стороні з підключеною до електрогенератора турбіною на низькокиплячому робочому тілі, під'єднаною до конденсатора через живильний насос, зв'язаного по нагрівній стороні з регенеративним теплообмінником, по гріючій стороні зв'язаним з виходом компресора холодопродуктивного контуру на другому низькокиплячому робочому тілі та теплообмінником-охолоджувачем, виходом підключеним до дроселюючого пристрою, пов'язаного з охолоджувачем (приміщенням), вихід якого підключений до входу компресора.The problem is solved by the fact that in the cogeneration plant, which contains a heat pump circuit on a low-boiling working body with a compressor, a heat exchanger, a condenser, an evaporator, a throttle and an external circuit with a feed pump and a condenser connected to it through a heat exchanger, according to the invention, an electric generating circuit includes a heat exchanger-evaporator with a supply on the heating side of waste high-potential heat, connected on the heating side with a turbine connected to an electric generator on a low-boiling working fluid, connected to the condenser through a feed pump, connected on the heating side to a regenerative heat exchanger, by on the heating side, connected to the output of the compressor of the refrigerating circuit on the second low-boiling working body and the heat exchanger-cooler, the output of which is connected to the throttling device connected to the cooler (room), the output of which is connected to the input of the compressor.

Електрогенеруючий контур включає теплообмінник-випарник з підведенням по гріючий стороні утилізовного викидного високопотенціального тепла, зв'язаний по нагрівній стороні з підключеною до електрогенератора турбіною на низькокиплячому робочому тілі, під'єднаною до конденсатора через живильний насос, зв'язаного по нагрівній стороні з регенеративним теплообмінником, в якому за допомогою поступеневого підвищення при підведенні утилізовного викидного високопотенціального тепла, передачі тепла у теплообмінних пристроях у тому числі одержаного при компресорному стисканні у холодопродуктивному контурі реалізоване спрацювання підвищеного температурного потенціалу та перепаду тиску в турбіні з виробленням додаткової електричної потужності для енергопостачання елементів технологічної схеми та видавання в енергомережу, що дозволяє підвищити економічну ефективність теплового циклу когенераційної установки.The electric generating circuit includes a heat exchanger-evaporator with a supply on the heating side of waste high-potential heat, connected on the heating side to a turbine connected to the electric generator on a low-boiling working body, connected to the condenser through a feed pump, connected on the heating side to a regenerative heat exchanger , in which, with the help of a gradual increase during the supply of utilizable waste high-potential heat, heat transfer in heat exchange devices, including that obtained during compressor compression in the refrigerating circuit, the activation of the increased temperature potential and pressure drop in the turbine with the generation of additional electrical power for the power supply of elements of the technological circuit and output to the power grid, which allows to increase the economic efficiency of the heat cycle of the cogeneration plant.

Регенеративний теплообмінник по гріючій стороні зв'язаний з виходом компресора холодопродуктивного контуру на другому низькокиплячому робочому тілі та з теплообмінником- охолоджувачем, виходом підключеним до дроселюючого пристрою, пов'язаному з охолоджувачем (приміщенням), вихід якого підключений до входу компресора для реалізації в регенеративному теплообміннику передачі низькокиплячому теплоносію електрогенеруючого контуру потенціалу теплової енергії одержаного за рахунок стиснення у компресорі холодопродуктивного контуру, з подальшим поступеневим зниженням температурного потенціалу та перепаду тиску другого низькокиплячого теплоносія у теплообмінних та дроселюючому пристроях для одержання низькопотенційного тепла (продуктивного холоду кондиціоновного приміщення), що дозволяє підвищити економічну ефективність теплового циклу когенераційної установки.The regenerative heat exchanger on the heating side is connected to the output of the compressor of the refrigerating circuit on the second low-boiling working body and to the heat exchanger-cooler, the output of which is connected to the throttling device connected to the cooler (room), the output of which is connected to the input of the compressor for implementation in the regenerative heat exchanger transfer to the low-boiling coolant of the power-generating circuit of the thermal energy potential obtained due to compression in the compressor of the cold-producing circuit, with a subsequent gradual decrease in the temperature potential and pressure drop of the second low-boiling coolant in heat exchange and throttling devices for obtaining low-potential heat (productive cold of the air-conditioning room), which allows to increase economic efficiency thermal cycle of the cogeneration plant.

Когенераційна установка, що функціонує за принципом двох пов'язаних теплопередачею енергогенеруючого та холодопродуктивного (теплонасосних) контурів на низькокиплячих робочих тілах з різними температурами кипіння, в яких на кожній з ділянок термодинамічного циклу відбувається підвищення температурного потенціалу з підвищеним коефіцієнтом термотрансформації, дозволяє здійснювати вироблення додаткової енергопотужності та низькопотенціального тепла для систем кондиціонування, тобто підвищити економічну ефективність. При цьому теплонасосне охолодження приміщення з використанням низькокиплячого робочого тіла (теплоносія) найбільш вигідно, оскільки не потребує додаткових енерговитрат.The cogeneration plant, which functions according to the principle of two energy-generating and cold-producing (heat pump) circuits connected by heat transfer on low-boiling working bodies with different boiling temperatures, in which the temperature potential increases with an increased thermal transformation coefficient at each of the sections of the thermodynamic cycle, allows the production of additional energy and low-potential heat for air conditioning systems, that is, to increase economic efficiency. At the same time, heat pump cooling of the room using a low-boiling fluid (heat carrier) is the most profitable, as it does not require additional energy consumption.

На кресл. подано принципову схему запропонованої когенераційної установки.On the chair. a schematic diagram of the proposed cogeneration plant is presented.

Когенераційна установка містить електрогенеруючий контур на низькокиплячому робочому тілі (теплоносії), який включає теплообмінник-випарник 1, що функціонує з підведенням утилізовного викидного тепла вторинних енергоресурсів, наприклад системи водяного охолодження доменних печей з відбором високопотенціального тепла різного рівня або інших теплогенеруючих технологічних процесів та установок.The cogeneration plant contains an electric generating circuit on a low-boiling working body (heat carrier), which includes a heat exchanger-evaporator 1, which functions with the supply of waste heat of secondary energy resources, for example, the water cooling system of blast furnaces with the selection of high-potential heat of different levels or other heat-generating technological processes and installations.

В електрогенеруючому контурі порожнина по нагрівній стороні теплообмінника-випарника 1 підключена на вхід турбіни 2, що функціонує на низькокиплячому робочому тілі (теплоносії), через вал підключеної до електрогенератора 3. Вихлопний патрубок турбіни 2 приєднаний доIn the power-generating circuit, the cavity on the heating side of the heat exchanger-evaporator 1 is connected to the inlet of the turbine 2, which functions on a low-boiling working body (heat carrier), through the shaft connected to the power generator 3. The exhaust pipe of the turbine 2 is connected to

Зо парової порожнини конденсатора 4, яка через живильний насос 5, пов'язана по нагрівній стороні з регенеративним теплообмінником б, що функціонує як перший ступінь підігріву робочого тіла електрогенеруючого контуру.From the steam cavity of the condenser 4, which through the feed pump 5, is connected on the heating side with the regenerative heat exchanger b, which functions as the first stage of heating the working body of the power generating circuit.

Електрогенеруючий і холодопродуктивний контури теплонасосного типу на низькокиплячих робочих тілах з ефективною різницею температур кипіння (конденсації) 100 та теплообмінниками, що функціонують у режимах конденсаторів-випарників при підведенні (відбиранні) тепла зі зміненням агрегатного стану циркулюючих в них низькокиплячих робочих тіл, пов'язані через теплопередачу між низькокиплячими теплоносіями, циркулюючими у протиточних порожнинах регенеративного теплообмінника 6.Power-generating and refrigerating circuits of the heat pump type on low-boiling working bodies with an effective difference in boiling (condensation) temperatures of 100 and heat exchangers operating in condenser-evaporator modes during the supply (removal) of heat with a change in the aggregate state of the low-boiling working bodies circulating in them, connected through heat transfer between low-boiling heat carriers circulating in the countercurrent cavities of the regenerative heat exchanger 6.

У холодопродуктивному контурі по гріючій стороні вихід регенеративного теплообмінника 6, пов'язаний з теплообмінником-охолоджувачем 7, який виходом підключений до дроселюючого пристрою 8, наприклад дросельного вентиля, пов'язаного з охолоджувачем 9 (приміщенням), вихід якого підключений на вхід компресора 10, з'єднаного з регенеративним теплообмінником 6 по замкненому циклу.In the refrigerating circuit on the heating side, the output of the regenerative heat exchanger 6 is connected to the heat exchanger-cooler 7, the output of which is connected to the throttling device 8, for example, the throttle valve connected to the cooler 9 (room), the output of which is connected to the input of the compressor 10, connected to the regenerative heat exchanger 6 in a closed cycle.

Пристрій працює у такий спосіб. Прямий і зворотний цикли відбору і регенерації тепла в запропонованій когенераційній установці реалізовано за допомогою двох контурів, що працюють у парокомпресорному режимі на низькокиплячих тілах з різними температурами кипіння, тепловий цикл яких ідентичний високоефективному циклу Карно.The device works in the following way. Direct and reverse cycles of heat extraction and regeneration in the proposed cogeneration unit are implemented using two circuits operating in steam compressor mode on low-boiling bodies with different boiling temperatures, the thermal cycle of which is identical to the highly efficient Carnot cycle.

В електрогенеруючому контурі по гріючій стороні теплообмінника-випарника 1 (функціонуючого як другий ступінь підвищення потенціалу низькокиплячого теплоносія) здійснюють підведення утилізовного викидного високопотенціального тепла, наприклад із системи водяного охолодження доменних печей чи іншого високотемпературного джерела викидного тепла технологічного процесу до циркулюючого по нагрівній стороні низькокиплячого теплоносія (робочого тіла) регенеративного теплообмінника 6. Після теплообмінника-випарника 1 парова фаза перегрітого низькокиплячого теплоносія (високого) підвищеного температурного потенціалу подається в турбіну 2, у якій збільшений у результаті двокаскадного підвищення (у регенеративному теплообміннику б та теплообміннику-випарнику 1) теплоперепад низькокиплячого робочого тіла спрацьовується до тиску, відповідного тиску його конденсації. З вала турбіни 2 механічна енергія перетвореного крутного моменту передається на електрогенератор З для вироблення електроенергії з безперебійним енергопостачанням 60 робочих елементів технологічної схеми та видачею в мережу енергоспоживання. З виходу турбіни 2 парова фаза низькокиплячого теплоносія низького тиску передається в холодильник- конденсатор 4, у якому відбувається його конденсація. Після конденсатора 4 рідка фаза низькокиплячого робочого тіла при підвищенні до необхідного рівня параметрів температури та перепаду тиску за допомогою живильного насоса 5 подається по нагрівній стороні регенеративного теплообмінника б, який функціонує з передачею тепла як першого ступеня підігріву робочого тіла електрогенеруючого контуру, після чого, замикаючи контур, повертається в теплообмінник-випарник 1 для повторного циклу підняття температурного потенціалу і перепаду тиску за допомогою підвідного утилізовного високотемпературного тепла.In the power-generating circuit, on the heating side of the heat exchanger-evaporator 1 (functioning as the second stage of increasing the potential of the low-boiling heat carrier), waste high-potential heat is supplied, for example, from the water cooling system of blast furnaces or another high-temperature source of waste heat of the technological process to the low-boiling heat carrier circulating on the heating side ( working fluid) of the regenerative heat exchanger 6. After the heat exchanger-evaporator 1, the vapor phase of the superheated low-boiling coolant (high) of increased temperature potential is fed into the turbine 2, in which the heat transfer of the low-boiling fluid is increased as a result of a two-stage increase (in the regenerative heat exchanger b and the heat exchanger-evaporator 1) is triggered to the pressure corresponding to its condensation pressure. From the shaft of turbine 2, the mechanical energy of the converted torque is transmitted to the electric generator Z for the generation of electricity with uninterrupted energy supply of 60 working elements of the technological scheme and delivery to the energy consumption network. From the output of the turbine 2, the vapor phase of the low-boiling, low-pressure coolant is transferred to the refrigerator-condenser 4, where its condensation takes place. After the condenser 4, the liquid phase of the low-boiling working fluid, when the temperature and pressure drop parameters are increased to the required level with the help of the feed pump 5, is fed to the heating side of the regenerative heat exchanger b, which functions with heat transfer as the first stage of heating the working body of the power-generating circuit, after which, closing the circuit , is returned to the heat exchanger-evaporator 1 for a repeated cycle of raising the temperature potential and pressure drop with the help of underwater utilization high-temperature heat.

У холодопродуктивному контурі стискуваний компресором 10 низькокиплячий теплоносій протиточного потоку (з більш низькою температурою кипіння, ніж теплоносій, що циркулює в електрогенеруючому контурі) надходить по гріючій стороні у регенеративний теплообмінник 6, у якому частково передає тепло підвищеного в компресорі 10 температурного потенціалу робочому тілу зустрічного потоку електрогенеруючого контуру. Після регенеративного теплообмінника 6 парорідинна суміш низькокиплячого теплоносія холодопродуктивного контуру надходить у теплообмінник-охолоджувач 7, в якому відбувається його часткове охолодження.In the refrigerating circuit, the low-boiling coolant of the countercurrent flow compressed by the compressor 10 (with a lower boiling point than the coolant circulating in the power-generating circuit) enters the regenerative heat exchanger 6 on the heating side, in which it partially transfers the heat of the increased temperature potential in the compressor 10 to the working body of the counterflow power generating circuit. After the regenerative heat exchanger 6, the vapor-liquid mixture of the low-boiling coolant of the refrigerating circuit enters the heat exchanger-cooler 7, where it is partially cooled.

Проходячи через дроселюючий пристрій 8, наприклад дросельний вентиль, низькокиплячий теплоносій розширюється із зниженням тиску і температури та конденсацією останнього. Після дроселюючого пристрою 8 конденсована фаза низькокиплячого робочого тіла зі зниженою температурою надходить по охолоджувальній стороні в охолоджувач 9, у якому нагрівається подаваним по гріючій стороні зовнішнім повітрям, температура якого за рахунок випаровування низькокиплячого теплоносія знижується, прохолоджуючи кондиціоновне приміщення. З виходу охолоджувача 9 парова фаза низькокиплячого теплоносія надходить на вхід компресора 10, з якого перегріта в процесі стиску парова фаза низькокиплячого теплоносія під високим тиском і температурою, надходить по гріючій стороні регенеративного теплообмінника 6 для нагрівання протиточного низькокиплячого теплоносія електрогенеруючого контуру, замикаючи цикл.Passing through a throttling device 8, such as a throttle valve, the low-boiling coolant expands with a decrease in pressure and temperature and condensation of the latter. After the throttling device 8, the condensed phase of the low-boiling fluid with a reduced temperature enters the cooler 9 on the cooling side, where it is heated by the external air supplied on the heating side, the temperature of which decreases due to the evaporation of the low-boiling coolant, cooling the air-conditioned room. From the outlet of the cooler 9, the vapor phase of the low-boiling coolant enters the inlet of the compressor 10, from which the vapor phase of the low-boiling coolant, superheated in the compression process under high pressure and temperature, enters the heating side of the regenerative heat exchanger 6 to heat the countercurrent low-boiling coolant of the power generating circuit, closing the cycle.

Для реалізації термодинамічного циклу когенераційної установки у пов'язаних теплопередачею електрогенеруючому і холодопродуктивному (теплонасосних) контурух як низькокиплячі робочі тіла з більш ніж 30 холодильних агентів підібрано пару холодоагентів класу фреонів, що киплять при низьких температурах різного рівня, основні характеристики якихIn order to implement the thermodynamic cycle of the cogeneration plant in the heat-transfer-connected power-generating and refrigerating (heat-pump) circuits as low-boiling working bodies from more than 30 refrigerants, a pair of refrigerants of the Freon class, boiling at low temperatures of different levels, were selected, the main characteristics of which

Ко) наведено в таблиці 1.Co.) are listed in Table 1.

Таблиця 1 г/моль кипіння, "С | темпер., "С МПа об'єм, м/кгTable 1 g/mol boiling, "C | temp., "C MPa volume, m/kg

Підбір низькокиплячих теплоносіїв проведено, виходячи з умов підтримання заданих критичних параметрів при відборі та передачі тепла (теплового потенціалу) для реалізації повних (завершених) циклів випарювання-конденсації низькокиплячих робочих тіл електрогенеруючого і холодопродуктивного контурів.The selection of low-boiling coolants was carried out based on the conditions for maintaining the specified critical parameters during the selection and transfer of heat (thermal potential) for the implementation of full (completed) evaporation-condensation cycles of low-boiling working bodies of the power generating and cooling circuits.

Моделювання процесу проведено на розробленому програмному комплексі, на прикладі реального комбінованого циклу з відбором високопотенціального тепла заданого рівня системи водяного охолодження доменної печі з температурою джерела компенсативного тепла в діапазоні температур 60-200 "С при використанні як циркулюючих в контурах низькокиплячих робочих тіл класу фреонів В-21 (електрогенеруючий контур) В-13В1 (холодопродуктивний контур), з температурною різницею між ними, що не перевищує «10 "С, на постійних витратах, які дорівнюють 1,0 кг/з і 2,7 кг/з, відповідно.The simulation of the process was carried out on the developed software complex, on the example of a real combined cycle with the selection of high-potential heat of a given level of the water cooling system of a blast furnace with a temperature of the compensating heat source in the temperature range of 60-200 "С when using low-boiling working bodies of class B freons circulating in the circuits 21 (electric generating circuit) B-13B1 (refrigerating circuit), with a temperature difference between them not exceeding "10 "С, at constant costs equal to 1.0 kg/s and 2.7 kg/s, respectively.

Теплові характеристики запропонованої когенераційної установки при виробленні електроенергії і низькопотенціального тепла, реалізованої на утилізовному викидному теплі системи водяного охолодження доменної печі, наведено в таблиці 2.The thermal characteristics of the proposed cogeneration plant in the production of electricity and low-potential heat, implemented on the waste heat of the water cooling system of the blast furnace, are given in Table 2.

Таблиця 2Table 2

Результати дослідження підтверджують функціонування установки з достатньою кількістю підвідної теплової енергії для перетворення агрегатних станів холодоагентів на режимах змінення процесів випарювання-конденсації у теплообмінних елементах при збереженні режимних термодинамічних параметрів силового та компресорного обладнання для когенераційно здійсненої механічної роботи термотрансформаторною системою повного циклу з виробленням енергопотужності і низькопотенціального тепла на рівні (10 С) системи кондиціонування.The results of the study confirm the operation of the installation with a sufficient amount of input thermal energy for the transformation of the aggregate states of refrigerants in the modes of changing the evaporation-condensation processes in the heat exchange elements while maintaining the mode thermodynamic parameters of the power and compressor equipment for cogeneration mechanical work by a full-cycle thermotransformer system with the production of energy and low-potential heat at the level (10 C) of the air conditioning system.

Ефективність роботи такої системи (з використанням запропонованої теплонасосної схеми) оцінюється величиною надлишкової механічної роботи (електричної потужності) відносно холодопродуктивності - коефіцієнт когенерації К, визначений якThe efficiency of the operation of such a system (using the proposed heat pump scheme) is estimated by the amount of excess mechanical work (electrical power) relative to the cooling capacity - the cogeneration coefficient K, defined as

К-А/Оеха, де А - надлишкова механічна робота (електрична потужність); Оеєма - тепло- холодопродуктивність зворотного циклу, кВт.K-A/Oeha, where A is excess mechanical work (electrical power); Oeima - heating and cooling productivity of the reverse cycle, kW.

У випадку підведення компенсативного джерела тепла з температурою 70 "С когенераційна установка функціонує з виробленням холоду (тепла) на рівні 10 "С (енергоспоживання для вироблення якого при температурі зовнішнього повітря 40 "С складає 60 кВт), а при підвищенні компенсативного тепла до 150 - з переважним виробленням енергопотужності, що забезпечує генерацію механічної роботи на рівні 0,8 від холодопродуктивності. Причому максимальне підведення утилізовного викидного тепла 565 кВт у системі когенераційної установки гарантує вироблення електричної та теплової енергії на рівні 119 кВт.In the case of supplying a compensatory heat source with a temperature of 70 "C, the cogeneration unit functions with the production of cold (heat) at the level of 10 "C (the energy consumption for its production at an external air temperature of 40 "C is 60 kW), and when the compensatory heat is increased to 150 - with the predominant production of energy power, which ensures the generation of mechanical work at the level of 0.8 of the cooling capacity. Moreover, the maximum supply of utilizable waste heat of 565 kW in the system of the cogeneration plant guarantees the production of electrical and thermal energy at the level of 119 kW.

При цьому комбінована система когенераційної установки дозволяє виходити на режими когенерації вже при температурах джерела компенсативного тепла, що перевищують 80 "С.At the same time, the combined system of the cogeneration unit allows you to switch to cogeneration modes already at temperatures of the source of compensatory heat exceeding 80 "С.

Підвищення продуктивності когенераційної установки може бути одержано шляхом пропорційного підвищення витрат з розрахунку відповідності в енергетичному циклі одиничної витрати низькокиплячого робочого тіла кількості підвідної теплової енергії: 1 кг/с-60 кВт. При цьому у залежності від потреб теплова схема когенераційної установки дієздатна для вироблення теплової енергії з охолоджувальним та нагрівальним ефектами.An increase in the productivity of the cogeneration plant can be obtained by proportionally increasing the costs based on the calculation of compliance in the energy cycle of the unit consumption of the low-boiling working medium with the amount of subducted thermal energy: 1 kg/s-60 kW. At the same time, depending on the needs, the thermal scheme of the cogeneration plant is capable of producing thermal energy with cooling and heating effects.

Енергоефективність запропонованої установки на тепловому джерелі при забезпеченні кондиціонування приміщень і виробленні електричної енергії, може бути подано через тепловий ккд М.М 5960 0211-2119The energy efficiency of the proposed installation at the heat source in providing air conditioning of the premises and the production of electrical energy can be submitted through the thermal ccd М.М. 5960 0211-2119

О а 565Oh and 565

М, ї " Мол ї де - вироблювана (продукована) енергопотужність; - потужність холодопродуктивного контуру; О а - кількість підвідного тепла.M, і " Mol і de - produced (produced) energy power; - power of the cooling circuit; Оа - amount of submerged heat.

Таким чином, при розміщенні у місцях базування генеруючих викидне тепло підприємств та технологічних процесів, у том числі віддалених від централізованого енергоспоживання, запропонованої когенераційної установки, що функціонує у номінальному режимі з підвищенням температурних потенціалів та перепадів тисків низькокипячих робочих тіл на різних ділянках термодинамічного циклу шляхом поступеневого підвищення параметрів робочого тіла за рахунок підведення утилізовного викидного тепла, передачі тепла у теплообмінних пристроях та компресорного стиснення для спрацювання підвищених температурних потенціалів та перепадів тисків у турбін, можна одержати значний виграш при виробленні додаткової електричної потужності і низькопотенціального тепла, що дозволяє підвищити економічну ефективність створюваного та діючого енергетичного обладнання.Thus, when placing the proposed cogeneration plant operating in the nominal mode with increased temperature potentials and pressure drops of low-boiling working bodies in various sections of the thermodynamic cycle in the locations of waste heat-generating enterprises and technological processes, including remote from centralized energy consumption, increasing the parameters of the working body due to the introduction of waste heat, heat transfer in heat exchange devices and compressor compression for the operation of increased temperature potentials and pressure drops in the turbine, it is possible to obtain a significant profit in the production of additional electric power and low-potential heat, which allows to increase the economic efficiency of the created and operating power equipment.

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION A cogeneration plant that contains a refrigerating circuit on a low-boiling working body with a compressor (10), a regenerative heat exchanger (6), a refrigerating heat exchanger (7), a cooler (9), a throttling device (8), and connected to the refrigerating circuit through a regenerative heat exchanger (b) an electric generating circuit with a feed pump (5) and a condenser (4), which is characterized by the fact that the electric generating circuit additionally contains a heat exchanger-evaporator (1) with a supply on its heating side of waste high-potential heat, which is connected via a heating on its side with a turbine (2) connected to an electric generator (3), the output of which is connected to a condenser (4), which is connected via a feed pump (5) on the heating side to a regenerative heat exchanger (b), the input of which is connected on the heating side with the output of the compressor (10), and the output - with the heat exchanger-cooler (7), the output of which is connected to the throttling device (8), which is connected to the cooler (9), the output of which is connected to the input of the compressor (10). y shi y u N Y rea o v 7 nt z - re u . animal swarm - ; YIV same She Yu

K. and V; May and rya in pits 4 and yu ta: I9 and van in rennia: 4: - PY; Ha still Io rani o bu t scan ud nn BO U djzhzhzhnnk t