RU2164613C1

RU2164613C1 - Combination heat power plant on stirling engine base

Info

Publication number: RU2164613C1
Application number: RU99122622A
Authority: RU
Inventors: Н.Г. Кириллов
Original assignee: Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского
Priority date: 1999-10-26
Filing date: 1999-10-26
Publication date: 2001-03-27

Abstract

FIELD: heat power engineering. SUBSTANCE: proposed invention relates to equipment converting direct cycle energy, such as Stirling engines or internal combustion engines. Such plants can be used for stationary and mobile objects for generating power and heat. Engine 1 generates useful energy consumed by power consumer 3. Waste gases are direct along main line 2 through steam superheater 15 to steam generator 14 where steam is formed. Steam from superheater 15 gets into steam-water pump-heater 5 whereto warm water from cooling circuit 4 is fed after removal of heat load from engines 1. Hot water of high temperature and pressure gets from steam-water pump-heater 5 into heat exchanger-heater 6 where it is cooled owing to heat exchanger with heat carrier of external heat supply system 7. Cooling circuit 4 is connected with steam generator 14 by bridge 17 for filling steam generator 14 with warm water. Starting bypass line 8 with pump 12 is provided. EFFECT: increased efficiency of plant, reduced dimensions and weight of plant. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики и преобразователей энергии прямого цикла (например, двигателей Стирлинга или двигателей внутреннего сгорания), предназначено в качестве автономных энергоустановок для стационарных и передвижных объектов при одновременном производстве электроэнергии и тепла (когенерации). The invention relates to the field of heat power and direct-cycle energy converters (for example, Stirling engines or internal combustion engines), is intended as stand-alone power plants for stationary and mobile objects while generating electricity and heat (cogeneration).

Известно устройство когенерационной установки, предназначенной для одновременного получения электроэнергии и тепла, включающей в себя двигатель внутреннего сгорания с электрогенератором на одном валу, линии подачи топлива, контур охлаждения двигателя, отопительный контур (система теплоснабжения с потребителями тепла), систему теплообменников, обеспечивающую передачу тепла охлаждающей жидкости двигателя и высокотемпературных отработанных газов в отопительный контур, и щит управления ("Строительное обозрение"//Журнал качества//, СПб. , N 5 (32), май-июнь 1999, стр. 16-17). Однако данное устройство не предполагает выработку пара и использования его для сокращения потребления электроэнергии на собственные нужды. A device is known for a cogeneration unit designed to simultaneously generate electricity and heat, including an internal combustion engine with an electric generator on one shaft, a fuel supply line, an engine cooling circuit, a heating circuit (heat supply system with heat consumers), a heat exchanger system that transfers heat to the cooling engine fluid and high-temperature exhaust gases to the heating circuit, and the control panel ("Construction Review" // Quality Journal //, St. Petersburg. N 5 (32), May-June 1999, p. 16-17). However, this device does not imply the production of steam and its use to reduce energy consumption for own needs.

Известен способ регенеративного подогрева питательной воды в струйном подогревателе, включающий в себя подачу пара в турбогенератор, отбор пара из турбогенератора, отвод в конденсатор, подачу конденсата из конденсатора и пара, отобранного из турбогенератора в струйный аппарат с конденсацией пара в струйном аппарате и нагрева за счет этого конденсата, с последующей подачей подогретого конденсата в диаэратор и далее в котел-парогенератор (патент РФ N 2115831. Бюл. N 20 от 20.07.98 г.). A known method of regenerative heating of feed water in a jet heater, comprising supplying steam to a turbogenerator, taking steam from a turbogenerator, taking it to a condenser, supplying condensate from a condenser and steam taken from a turbogenerator to a jet apparatus with steam condensation in the jet apparatus and heating by this condensate, followed by the supply of heated condensate to the diaerator and then to the steam boiler (RF patent N 2115831. Bull. N 20 from 07.20.98).

Известно устройство пароводяного насоса-подогревателя (ПНП), предназначенного для применения в различных промышленных технологий с использованием пара, совмещающего в себе функции подогревателя и насоса одновременно. Применение ПНП позволяет существенно сократить расход электроэнергии на собственные нужды и уменьшить массогабаритные характеристики теплообменных аппаратов ("Энергетика Петербурга" /газета/, N 5 (11), от 25.05.99 г.). Однако ранее пароводяной насос-подогреватель в когенераторных установках не применялся. A device is known for a steam-water pump-heater (PNP), intended for use in various industrial technologies using steam, combining the functions of a heater and a pump at the same time. The use of PPS allows you to significantly reduce energy consumption for your own needs and to reduce the weight and size characteristics of heat exchangers (Petersburg Power Engineering / newspaper /, N 5 (11), dated May 25, 1999). However, previously the steam-water pump-heater was not used in cogeneration plants.

Известна комбинированная установка с электрогенератором и двигателем Стирлинга, расположенными на одном валу, и их системой охлаждения, состоящей из замкнутого контура с теплообменником, через который проходит магистраль отработанных газов двигателя Стирлинга, и теплообменником-охладителем, через который проходит система внешнего теплоснабжения (заявка ЕПВ N 0457399. Реферативный журнал "Изобретение стран мира", выпуск B-65, N 5, 1993, стр. 13). Однако в данной установке не предусмотрено получение пара и его использование для снижения энергозатрат в установке. A combined installation is known with an electric generator and a Stirling engine located on the same shaft and their cooling system, consisting of a closed circuit with a heat exchanger through which the exhaust gas line of the Stirling engine passes, and a heat exchanger-cooler through which the external heat supply system passes (EPO application N 0457399. Abstract journal "Invention of the World", issue B-65, N 5, 1993, p. 13). However, this installation does not provide for the production of steam and its use to reduce energy consumption in the installation.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении КПД установки за счет уменьшения энергозатрат на собственные нужды, снижении массогабаритных характеристик установки в целом. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to increase the efficiency of the installation by reducing energy costs for their own needs, reducing the overall dimensions of the installation.

Для достижения этого технического результата комбинированная теплосиловая установка на базе двигателя Стирлинга, включающая в себя двигатель (например, двигатель Стирлинга или двигатель внутреннего сгорания) и электрогенератор, расположенные на одном валу, их систему охлаждения, состоящую из замкнутого контура с теплообменником-охладителем, через который проходит система внешнего теплоснабжения, магистраль отработанных газов двигателя, снабжена линией выработки пара, состоящей из парогенератора, пароперегревателя, с обратным клапаном между ними, через которые проходит магистраль отработанных газов двигателя, и контуром охлаждения двигателя, соединенным с парогенератором перемычкой с регулирующим и обратным клапанами, включающим в себя пароводяной насос-подогреватель, пусковую байпасную линию с насосом и запорными клапанами, при этом линия выработки пара соединена с системой охлаждения двигателя через пароводяной насос-подогреватель, а магистраль отработанных газов сначала проходит через пароперегреватель, а затем через парогенератор. To achieve this technical result, a combined heat and power plant based on a Stirling engine, including an engine (for example, a Stirling engine or an internal combustion engine) and an electric generator located on one shaft, their cooling system, consisting of a closed circuit with a heat exchanger-cooler through which an external heat supply system passes, the engine exhaust gas line is equipped with a steam production line consisting of a steam generator, a superheater, with a return valve between them, through which the engine exhaust gas pipeline passes, and the engine cooling circuit connected to the steam generator by a jumper with control and non-return valves, including a steam-water heating pump, a start bypass line with a pump and shut-off valves, while the steam production line is connected with the engine cooling system through the steam-water pump-heater, and the exhaust gas line first passes through the superheater, and then through the steam generator.

Введение в состав комбинированной теплосиловой установки на базе двигателя Стирлинга линии выработки пара с парогенератором, пароперегревателем, связанной перемычкой с контуром охлаждения двигателя, который содержит в себе пароводяной насос-подогреватель, пусковую байпасную линию с насосом и запорными клапанами, причем линия выработки пара связана с системой охлаждения двигателя через пароводяной насос-подогреватель, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности комплексного использования остаточного тепла отработанных газов двигателя и теплоты контура охлаждения двигателя для теплоснабжения внешних потребителей тепла, а также выработки пара с целью замены насосов и теплообменных аппаратов. Introduction to the combined heat and power plant based on the Stirling engine a steam production line with a steam generator, a superheater, a jumper connected to the engine cooling circuit, which contains a steam-water heating pump, a start bypass line with a pump and shut-off valves, the steam production line being connected to the system engine cooling through a steam-water pump-heater, allows to obtain a new property, which consists in the possibility of integrated use of residual heat engine exhaust gases and the heat of the engine cooling circuit for heat supply to external heat consumers, as well as steam generation for the purpose of replacing pumps and heat exchangers.

На чертеже изображена комбинированная теплосиловая установка на базе двигателя Стирлинга. The drawing shows a combined heat and power plant based on the Stirling engine.

Теплосиловая установка включает в себя двигатель Стирлинга 1 с магистралью отработанных газов 2 и электрогенератором 3, расположенным на одном валу с двигателем 1, контур охлаждения 4 двигателя 1, включающего в себя пароводяной насос-подогреватель 5 и теплообменник-охладитель 6, связанный с системой внешнего теплоснабжения 7, пусковую байпасную линию 8 с запорными клапанами 9, 10, 11 и насосом 12. В состав установки входит также линия выработки пара 13, включающая в себя парогенератор 14, пароперегреватель 15, обратный клапан 16 между ними, и соединяющаяся с контуром охлаждения 4 двигателя 1 в пароводяном насосе-подогревателе 5. Между контуром охлаждения 4 и парогенератором 14 установлена перемычка 17 с регулирующим клапаном 18 и обратным клапаном 19. Магистраль отработанных газов 2 проходит сначала через пароперегреватель 15, затем через парогенератор 14. The heat power plant includes a Stirling engine 1 with an exhaust gas line 2 and an electric generator 3 located on the same shaft as engine 1, a cooling circuit 4 of engine 1, which includes a steam-water heating pump 5 and a heat exchanger-cooler 6 connected to an external heat supply system 7, a start bypass line 8 with shut-off valves 9, 10, 11 and a pump 12. The installation also includes a steam production line 13, including a steam generator 14, a superheater 15, a check valve 16 between them, and connecting Jasia with the cooling circuit 4, engine 1 in a steam-pump heater 5. Between the cooling circuit 4 and the steam generator 14, a jumper 17 to the control valve 18 and the check valve 19. The line exhaust gas 2 passes first through the superheater 15, then through the steam generator 14.

Комбинированная теплосиловая установка на базе двигателя Стирлинга работает следующим образом. Combined heat power plant based on the Stirling engine works as follows.

При работе двигатель 1 производит полезную энергию, преобразуемую в электрическую энергию в электрогенераторе 3, расположенном на одном валу с двигателем 1. Отработанные газы двигателя 1 по магистрали 2 поступают сначала в пароперегреватель 15, а затем в парогенератор 14, где за счет теплообмена с ними испаряется вода с образованием пара. Пар из парогенератора 14 по линии выработки пара 13 поступает через обратный клапан 16 в пароперегреватель 15, где он перегревается с повышением давления, а затем поступает в пароводяной насос-подогреватель 5. Одновременно с паром в пароводяной насос-подогреватель 5 поступает теплая вода из контура охлаждения 4 после снятия тепловой нагрузки с двигателя 1. В пароводяном насосе-подогревателе 5 за счет особой конструкции и эффекта смешивания двухфазных парожидкостных сред происходит интенсивное перемешивание пара и воды с последующим получением воды с высокой температурой и давлением. За счет этого давления происходит подача горячей воды в теплообменник-охладитель 6, где она охлаждается за счет теплообмена с теплоносителем системы внешнего теплоснабжения 7. После охлаждения вода под давлением подается вновь в двигатель 1 для снятия тепловой нагрузки. Для наполнения парогенератора 14 теплой водой контур охлаждения 4 соединен с парогенератором 14 перемычкой 17 с регулирующим клапаном 18 и обратным клапаном 19. Для начала работы установки, когда еще отсутствует пар, контур охлаждения 4 снабжен пусковой байпасной линией 8 с насосом 12, при этом в момент пуска запорные клапана 10 и 11 открыты, а клапан 9 закрыт. С выходом на рабочий режим клапаны 10 и 11 закрываются, а клапан 9 открывается. During operation, engine 1 produces useful energy that is converted into electrical energy in an electric generator 3 located on the same shaft as engine 1. The exhaust gases of engine 1 are fed through line 2 first to the superheater 15 and then to the steam generator 14, where it evaporates through heat exchange with them water to form steam. Steam from the steam generator 14 through the steam production line 13 enters through the non-return valve 16 to the superheater 15, where it overheats with increasing pressure, and then enters the steam-water pump-heater 5. At the same time as the steam, warm water enters the steam-water pump-heater 5 4 after removing the heat load from engine 1. In the steam-water heating pump 5, due to the special design and the effect of mixing two-phase vapor-liquid media, intensive mixing of steam and water occurs, followed by meters of water with a high temperature and pressure. Due to this pressure, hot water is supplied to the heat exchanger-cooler 6, where it is cooled by heat exchange with the coolant of the external heat supply system 7. After cooling, water under pressure is again supplied to the engine 1 to relieve heat load. To fill the steam generator 14 with warm water, the cooling circuit 4 is connected to the steam generator 14 by a jumper 17 with a control valve 18 and a non-return valve 19. To start the installation, when there is still no steam, the cooling circuit 4 is equipped with a start bypass line 8 with a pump 12, while start shut-off valves 10 and 11 are open, and valve 9 is closed. With the release of the operating mode, the valves 10 and 11 are closed, and the valve 9 opens.

Источники информации, принятые во внимание
1. "Строительное обозрение" //Журнал качества//, СПб., N 5 (32), май-июнь 1999, стр. 16-17.Sources of information taken into account
1. "Construction Review" // Journal of Quality //, St. Petersburg, N 5 (32), May-June 1999, pp. 16-17.

2. Патент РФ N 2115831. Бюл. N 20 от 20.07.98 г. 2. RF patent N 2115831. Bull. N 20 from 07/20/98

3. "Энергетика Петербурга" //газета//, N 5 (11), от 25.05.99 г. 3. "Energy of St. Petersburg" // newspaper //, N 5 (11), from 25.05.99

4. Заявка ЕПВ N 0457399. Реферативный журнал "Изобретение стран мира", выпуск B-65, N 5, 1993, стр. 13. - прототип. 4. Application EPO N 0457399. The abstract journal "Invention of the World", issue B-65, N 5, 1993, p. 13. - prototype.

Claims

A combined heat and power plant based on a Stirling engine, including an engine (for example, a Stirling engine or an internal combustion engine) and an electric generator located on one shaft, their cooling system, consisting of a closed loop with a heat exchanger-cooler through which an external heat supply system passes, engine exhaust gas line, characterized in that it is provided with a steam production line consisting of a steam generator, a superheater with a check valve between them, through the cat The engine exhaust gas line passes through an engine cooling circuit connected to the steam generator by a jumper with control and non-return valves, including a steam-water heating pump, a start-up bypass line with a pump and shut-off valves, while the steam production line is connected to the engine cooling system via steam-water pump-heater, and the exhaust gas line first passes through the superheater, and then through the steam generator.