Комбинированная тепло- и электрогенерирующая установка Российский патент 2023 года по МПК F01K17/02 

Область техники

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.

Уровень техники

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.

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.

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.

Раскрытие изобретения

Технической задачей изобретения является увеличение тепловой эффективности РТС, а также повышение маневренности и надежности работы энергоустановки.

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.

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.

Краткое описание чертежа

На фиг. 1 представлена принципиальная схема комбинированной тепло- и электрогенерирующей энергоустановки.

1 - водогрейный котел;

2 - тракт первичной сетевой воды;

3 - потребители теплоты;

4 - тракт обратной сетевой воды;

5 - насос сетевой воды;

6 - испаритель (парогенератор) ОЦР;

7 - турбина ОЦР;

8 - электрогенератор;

9 - питательный насос ОЦР;

10 - конденсатор ОЦР;

11 - сепаратор;

12 - поверхностный теплообменник;

13, 14, 15 - запорно-регулирующие задвижки;

16 - автоматический регулятор расхода НКРТ;

17 - автоматический регулятор расхода сетевой воды.

Осуществление изобретения

Работа комбинированной тепло- и электрогенерирующей энергоустановки осуществляется следующим образом.

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.

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.

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.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть применено в автономных системах электроснабжения и теплоснабжения, в системах аварийного электроснабжения при наличии теплоты, генерируемой в водогрейных котельных или других источниках теплоты. 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 (парогенератор), питательный насос, конденсатор, размещенный в тракте обратной сетевой воды, обеспечивая ее первичный подогрев, снабжена дополнительно поверхностным теплообменником, обеспечивающим добавочный подогрев обратной сетевой воды жидкой фазой НКРТ, подключенным к контуру НКРТ после сепаратора и к тракту обратной сетевой воды, а также управляемым автоматическим регулятором расхода НКРТ. Изобретение позволяет обеспечить автономность электроснабжения водогрейной котельной (или РТС) ее энергоэффективность и маневренность; гарантировать функционирование котельной и как источника дешевой электроэнергии. 1 ил.

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.