RU32578U1 - Device for energy recovery of low-temperature coolants - Google Patents

Description

Устройство для утилизации энергии низкотемпературных теплоносителейDevice for energy recovery of low-temperature coolants

Предложенное техническое решение относится к теплоэнергетике и теплотехнике, а именно, к утилизации отходящего тепла от промышленных, природных и бытовых объектов.The proposed technical solution relates to heat power engineering and heat engineering, namely, to the utilization of waste heat from industrial, natural and domestic facilities.

Известен котел-утилизатор, на выходе которого последовательно установлены паровая турбина с электрогенератором и теплообменник, конденсатор которого соединен посредством насоса с котлом, а нагреватель теплообменника включен в контур охлаждения конденсатора 1.A recovery boiler is known, at the output of which a steam turbine with an electric generator and a heat exchanger are installed in series, the condenser of which is connected by means of a pump to the boiler, and the heat exchanger heater is included in the cooling circuit of the condenser 1.

Недостатком указанного устройства являются значительные потери тепла отработанного турбиной пара, что составляет более чем 43% от тепловой мощности котла.The disadvantage of this device is the significant heat loss from the steam turbine exhausted, which is more than 43% of the boiler’s heat output.

Известно устройство для утилизации энергии низкотемпературного теплоносителя, содержащее турбину с электрогенератором и теплопотребитель, подключенный к выходу отработанного турбиной пара 2. Это устройство взято нами в качестве прототипа.A device for recovering the energy of a low-temperature coolant containing a turbine with an electric generator and a heat consumer connected to the output of the exhaust turbine steam 2. This device is taken by us as a prototype.

Недостатком данного устройства является также значительные потери тепловой энергии отработанного пара турбины в системе теплопотребителя.The disadvantage of this device is also a significant loss of thermal energy of the exhaust steam of the turbine in the heat consumer system.

Задачей полезной модели является увеличение глубины утилизации энергии низкотемпературных теплоносителей.The objective of the utility model is to increase the depth of energy utilization of low-temperature coolants.

Это достигается тем, что устройство для утилизации энергии низкотемпературных теплоносителей, содержащее турбину с электрогенератором и теплопотребитель, снабжено тепловым насосом, конденсатор приемного теплообменника которого включен в паросиловойThis is achieved by the fact that the device for energy recovery of low-temperature coolants, containing a turbine with an electric generator and a heat consumer, is equipped with a heat pump, the condenser of the receiving heat exchanger of which is included in the steam power

. .

контур на выходе отработанного пара из турбины, а нагреватель выходного теплообменника - на теплопотребитель.the circuit at the outlet of the exhaust steam from the turbine, and the heater of the outlet heat exchanger - to the heat consumer.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства.In FIG. 1 shows a functional diagram of the device.

Устройство для утилизации энергии низкотемпературных теплоносителей включает теплообменник 1, состоящий из приемника тепла, вход которого подключен к источнику низкотемпературного тепла 2, и испарителя рабочего тела с низкой температурой кипения, например, фреона, с отводом его пара на турбину 3 с электрогенератором 4, тепловой насос 5 и теплопотребитель 6, например, система отопления. Тепловой насос 5 состоит из приемного и выходного теплообменников 7 и 8, фреонового компрессора 9 и дросселя 10, образующих испарительно-конденсационный контур. При этом выход отработанного пара турбины 3 соединен с конденсатором приемного теплообменника 7 и через насос 11 и дроссель 12 - с испарителем теплообменника 1, образуя паросиловой контур, причем, испарительноконденсационный контур заполнен рабочим телом с температурой кипения более чем на порядок ниже температуры кипения рабочего тела паросилового контура. Теплопотребитель 6 посредством насоса 13 подключен к нагревателю теплообменника 8 теплового насоса 5. В качестве источников низкотемпературного тепла могут быть использованы шахтная вода, откачиваемая с глубоких горизонтов подземных выработок, канализационные стоки, циркуляционная вода охлаждения промышленных технологических процессов и энергетических устройств, шахтные вентиляционные выбросы, дымовые газы промышленных печей и котлов, отработанный пар паровых турбин и другие теплоносители.A device for energy recovery of low-temperature coolants includes a heat exchanger 1, consisting of a heat receiver, the input of which is connected to a source of low-temperature heat 2, and an evaporator of a working fluid with a low boiling point, for example, freon, with the removal of its steam to a turbine 3 with an electric generator 4, a heat pump 5 and heat consumer 6, for example, a heating system. The heat pump 5 consists of a receiver and an outlet heat exchanger 7 and 8, a freon compressor 9 and a choke 10, forming an evaporation-condensation circuit. Moreover, the exhaust steam output of the turbine 3 is connected to the condenser of the receiving heat exchanger 7 and through the pump 11 and the inductor 12 to the evaporator of the heat exchanger 1, forming a steam-power circuit, and the vapor-condensation circuit is filled with a working fluid with a boiling point more than an order of magnitude lower than the boiling temperature of the steam-working fluid contour. The heat consumer 6 through the pump 13 is connected to the heater of the heat exchanger 8 of the heat pump 5. As sources of low-temperature heat, mine water pumped from deep horizons of underground workings, sewage, circulation water for cooling industrial processes and energy devices, mine ventilation emissions, smoke can be used gases from industrial furnaces and boilers, exhaust steam from steam turbines and other coolants.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

От источника низкотемпературного тепла 2 теплоноситель поступает на приемник теплообменника 1, в котором внутренняя энергия теплоносителя в зависимости от его типа, состава и физических параметров состояния за счет либо его теплоемкости, либо за счет скрытой теплоты конденсации паров жидкости, либо того и другого вместе реализуется вFrom the source of low-temperature heat 2, the coolant enters the receiver of the heat exchanger 1, in which the internal energy of the coolant, depending on its type, composition and physical state parameters, is either due to its heat capacity, or due to the latent heat of condensation of the liquid vapor, or both are realized together

тепловую энергию, которая передается на выходную часть теплообменника 1, т.е. на испаритель. В испарителе генерируется фреоновый пар в количестве, с температурой и давлением, достаточными для обеспечения работы парофреоновой турбины 3 с электрогенератором 4. Отработанный в турбине 3 фреоновый пар поступает на вход теплового насоса 5, а именно, в конденсатор теплообменника 7, где конденсируется и передает скрытую теплоту конденсации испарителю теплообменника 7. Далее фреоновый конденсат с помощью насоса 11 через регулирующий дроссель 12 возвращается в испаритель теплообменника 1. Паросиловой цикл замыкается. В нем утилизируется и превращается в электроэнергию до 40% тепловой энергии низкотемпературного теплоносителя. В испарителе теплообменника 7 за счет переданного в него из конденсатора теплоты конденсации рабочего тела предыдущего паросилового контура образуется фреоновый пар. Этот пар с помощью компрессора 9 подается на конденсатор теплообменника 8, в котором теплота от работы сжатия пара компрессором и скрытая теплота конденсации этого фреонового пара передается в нагреватель теплообменника 8, а сконденсированное рабочее тело - фреон через дроссель 10 возвращается в испаритель теплообменника 7. Нагретая вода посредством насоса 13 циркулирует через потребитель 6 и нагреватель теплообменника 8.thermal energy that is transmitted to the output of the heat exchanger 1, i.e. to the evaporator. Freon steam is generated in the evaporator in an amount with a temperature and pressure sufficient to ensure the operation of the parofreon turbine 3 with an electric generator 4. The freon steam worked out in the turbine 3 is fed to the input of the heat pump 5, namely, to the condenser of the heat exchanger 7, where it condenses and transfers the hidden the condensation heat to the evaporator of the heat exchanger 7. Next, the freon condensate is returned via the control choke 12 to the evaporator of the heat exchanger 1 through the control choke 12. The steam-cycle closes. Up to 40% of the thermal energy of a low-temperature coolant is utilized and converted into electricity in it. In the evaporator of the heat exchanger 7 due to the condensation heat transferred from the condenser to the working fluid of the previous steam-powered circuit, freon steam is formed. This steam is supplied by a compressor 9 to the condenser of the heat exchanger 8, in which the heat from the work of the vapor compression by the compressor and the latent heat of condensation of this freon steam is transferred to the heater of the heat exchanger 8, and the condensed working fluid - freon is returned through the choke 10 to the evaporator of the heat exchanger 7. Heated water through the pump 13 circulates through the consumer 6 and the heater of the heat exchanger 8.

Описанное устройство для утилизации энергии низкотемпературных теплоносителей позволяет увеличить глубину утилизации не менее, чем в 2 раза за счет более полного использования низкотемпературного тепла пара, отработанного турбиной.The described device for the utilization of energy of low-temperature coolants allows you to increase the depth of utilization by at least 2 times due to a more complete use of low-temperature heat of steam generated by the turbine.

Формула полезной моделиUtility Model Formula

Устройство для утилизации энергии низкотемпературных теплоносителей, содержащее турбину с электрогенератором и теплопотребитель, отличающееся тем, что оно снабжено тепловым насосом, конденсатор приемного теплообменника которого включен в паросиловой контур на выходе отработанного пара из турбины, а нагреватель выходного теплообменника - на теплопотребитель.A device for energy recovery of low-temperature coolants containing a turbine with an electric generator and a heat consumer, characterized in that it is equipped with a heat pump, the condenser of the receiving heat exchanger of which is included in the steam-power circuit at the outlet of the exhaust steam from the turbine, and the heater of the output heat exchanger is of the heat consumer.

Claims (1)

Устройство для утилизации энергии низкотемпературных теплоносителей, содержащее турбину с электрогенератором и теплопотребитель, отличающееся тем, что оно снабжено тепловым насосом, конденсатор приемного теплообменника которого включен в паросиловой контур на выходе отработанного пара из турбины, а нагреватель выходного теплообменника - на теплопотребитель.A device for energy recovery of low-temperature coolants containing a turbine with an electric generator and a heat consumer, characterized in that it is equipped with a heat pump, the condenser of the receiving heat exchanger of which is included in the steam-power circuit at the outlet of the exhaust steam from the turbine, and the heater of the output heat exchanger is of the heat consumer.