CZ33207U1 - Spalinový výparník chladiva pro ORC jednotky malého výkonu - Google Patents
Spalinový výparník chladiva pro ORC jednotky malého výkonu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ33207U1 CZ33207U1 CZ2019-36500U CZ201936500U CZ33207U1 CZ 33207 U1 CZ33207 U1 CZ 33207U1 CZ 201936500 U CZ201936500 U CZ 201936500U CZ 33207 U1 CZ33207 U1 CZ 33207U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- flue gas
- coolant
- helical coil
- chamber
- conduit
- Prior art date
Links
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 title description 3
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 23
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 10
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 9
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 4
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 4
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B39/00—Evaporators; Condensers
- F25B39/02—Evaporators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
- F28D7/024—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Description
Oblast techniky
Zařízení svým zaměřením spadá do oblasti energetických řešení a představuje tepelný výměník tvořící základní komponentu (výparník) tepelného oběhu realizovaného v rámci ORC jednotky. Technologie ORC (organic Rankine cycle) je využívána k výrobě elektrické energie z odpadního tepla na principu termodynamických změn pracovní látky (chladivá) v oběhu.
Dosavadní stav techniky
Zbytkové a odpadní teplo s nízkou entalpií představuje více než 50 % tepla vyrobeného průmyslovými zařízeními. Z větší části se jedná o teplo, které již nemůže být využito k výrobě elektrické energie. Tedy alespoň ne v konvenčních systémech založených na parním oběhu. Systémy na bázi organického Rankinova oběhu (ORC) jsou do jisté míry řešením, jak efektivně využít takto vzniklé odpadní teplo k výrobě elektřiny. Toto řešení je však vhodné pouze pro velké zdroje tepla (cca > 500 kW), jakými jsou např. bioplynové stanice, biomasové kotelny, energobloky, technologie zkapalňování plynu, hutní provozy, výrobní procesy zpracovatelského průmyslu aj.
Převážná část produkovaného odpadního teplaje v současné době mařena odvodem do okolního prostředí, jelikož pro něj chybí technologie pro jeho smysluplné využití. Jednou z příčin tohoto stavu je právě slabé zastoupení ORC technologie v segmentu malých a velmi malých výkonů. Důvodem je absence technicky vyspělého a ekonomicky životaschopného řešení, které by mohlo být aplikováno v malých podnicích nebo dokonce na úrovni domácností.
Výpamíky průmyslových ORC jednotek jsou v současné době řešeny jako spalinové, nebo horkovodní. Spalinové výpamíky se používají pro získávání tepla ze spalin vznikajících při různých technologických procesech nebo z horkého vzduchu s teplotami nad 350 °C. Pro nejmenší výkony ORC jednotek tohoto typu (cca 40 kW výstupního elektrického výkonu) je potřeba tepelný výkon ve spalinách/vzduchu alespoň 250 kW. Při větších výkonech ORC jednotek (>250 kWe) už k předávání tepla chladivu nedochází přímo, ale prostřednictvím vloženého zpravidla olejového okruhu. Ten nabízí určitou variabilitu systému, ale vlivem olejového hospodářství se zvyšují investiční i provozní náklady. Svými výkony a požadavky jsou existující ORC jednotky se spalinovými výpamíky určeny výhradně pro průmyslovou sféru.
Horkovodní výpamíky slouží k ohřevu chladivá odpadním teplem horké vody, přičemž těchto nízkopotenciálních zdrojů je k dispozici nepřeberné množství. ORC jednotky tohoto typu jsou navíc na trhu dostupné s elektrickým výkonem už od cca 10 kW, a tedy velice kompaktní. Malé horkovodní ORC jednotky proto lépe nacházejí uplatnění i mimo průmyslovou sféra (domácnosti, objekty občanské vybavenosti). Problémem však zůstává dostupný tepelný příkon pro ORC jednotku, jelikož vzhledem k nízkým parametrům vody (teplota cca 80 až 120 °C, ale může být i vyšší) a horší energetické účinnosti cyklu jsou na výkony zdrojů odpadního tepla kladeny vyšší nároky.
Podstata technického řešení
Výše uvedené nevýhody odstraňuje níže popsané zařízení, které umožňuje proniknout do oblasti decentralizované výroby elektřiny, a to díky svému kompaktnímu uspořádání, které umožňuje dosáhnout větší adaptability ORC jednotky ve specifických podmínkách daných širokou škálou malých producentů odpadního tepla. S využitím speciálního výpamíku spaliny-chladivo je tak možné přímo propojit ORC jednotku se zdrojem tepla, v podobě teplovodního kotle, určeného
- 1 CZ 33207 U1 pro vytápění, čímž se jednak zjednodušuje koncepce ORC jednotky (ekonomická dostupnost) a současně se tak drobným koncovým spotřebitelům energie nabízí možnost kombinované výroby elektřiny a tepla (tzv. mikrokogenerace). Uvedený typ výpamíku představuje v tomto segmentu zcela novou komponentu ORC systému.
Podstatou řešení je nový typ výpamíku, který je možné zabudovat do zadního tahu teplovodního kotle spalujícího tuhá/plynná paliva typicky o příkonu > 100 kW (možno i nižší), případně je možné ho připojit na jeho spalinový výstup.
Výpamík je jednou z hlavních částí ORC jednotky, v níž dochází k vychlazování spalin na primární straně a přenosu tepla do pracovní látky (chladivá) na sekundární straně. Chladivo, přívodem tepla ve výpamíku, podstupuje změnu skupenství a v podobě páry je přiváděno na náporové prvky turbíny/cxpandcru, kde je tepelná energie transformována na mechanickou a následně v generátoru na elektrickou. Kotel při tomto zapojení může být provozován v kondenzačním režimu. Z tohoto důvodu je výpamík proveden z korozivzdomého materiálu, aby odolával agresivnímu prostředí produktů spalování a také nezpůsoboval degradaci chladivá
S ohledem na problémy, které představuje vysoce korozivní prostředí a rozměry výpamíku je tedy výpamík pro tuto aplikaci proveden jako šroubovitý samočisticí (turbulentní proudění), což také zajišťuje dobrou dilataci při provozu. Výpamík může také pracovat v kondenzačním režimu, kdy je navíc využíváno i latentní teplo spalin, což umožňuje zvýšení výkonu výpamíku v porovnání s variantou, kdy nastává pouze ochlazování spalin (využití pouze citelného tepla).
Hlavní výhodou zařízení je technické řešení výpamíku, které umožňuje aplikaci ORC jednotek i u velmi malých zdrojů odpadního tepla s výkony nižšími než 100 kW. Výpamík je koncipován jako spalinový trubkový, miniaturních rozměrů, aby jej bylo možné integrovat buď přímo do kotle, nebo do kouřovodu. To dovoluje získávat odpadní teplo ze zdroje s vyššími teplotami při zachování celkové jednoduchosti a kompaktnosti ORC jednotky.
Objasnění výkresů
Obrázek 1 představuje průřez celým zařízením. Obrázek 2 je detailní pohled na výpamík.
Příklady uskutečnění technického řešení
Příklad 1
Spalinový výpamík je navržen pro získávání tepla ze spalin vzniklých spalováním tuhých paliv s vyšším podílem popelovin. Pracuje v kondenzačním režimu.
Spalinový výpamík, v tomto případě sestává z komory 1 tvaru válce, jejíž vnitřní prostor je vymezen vnitřním pláštěm 2, který jev tomto případě vyroben z vysoce legované oceli pro eliminaci rizika koroze vyvolávané přítomností zkondenzované vodní páry a kyselých složek spalin. Komora 1 je z vnější strany opatřena tepelnou izolací 3, která je zakrytována vnějším pláštěm 4 se šroubením 10. Uvnitř komory 1 je umístěna šroubovité vinutá trubka 5, v tomto případě, hladkým povrchem, jejíž oba otevřené konce 6 představují vstup/výstup pracovní látky a jsou vyvedeny skrz opláštění komory 1 výpamíku. Připojení pracovní látky na konce šroubovité vinuté trubky 5 je souproudé nebo protiproudé. Odvod kondenzátu je zajištěn přes sběrný žlábek 7 a vývod 8. Pro regulaci rychlosti proudění je výpamík vybaven brzdicí klapkou 9. Polohu šroubovité vinuté trubky 5 v prostoru komory 1 vymezuje držák 11. Spalinový výpamík se umísťuje vertikálně připojením kotle na vstupní hrdlo 12 výpamíku a komínem na výstupní hrdlo 13 výpamíku.
-2CZ 33207 U1
Příklad 2
Spalinový výpamík je navržen pro získávání tepla ze spalin vzniklých spalováním tuhých paliv s vyšším podílem popelovin. Pracuje ve vychlazovacím režimu (bez kondenzace).
Spalinový výpamík v tomto případě sestává z komory 1_ tvaru válce, jejíž vnitřní prostor je vymezen vnitřním pláštěm 2, který je vyroben z běžné nerezové oceli. Komora 1 je z vnější strany opatřena tepelnou izolací 3, která je zakryto vána vnějším pláštěm 4 se šroubením 10. Uvnitř komory 1 je umístěna šroubovité vinutá trubka 5 s, v tomto případě, hladkým povrchem, jejíž oba otevřené konce 6 jsou vyvedeny skrz opláštění komory L Připojení pracovní látky na konce šroubovité vinuté trubky 5 je souproudé nebo protiproudé. Výpamík pracuje pouze při teplotách, které jsou bezpečně nad rosným bodem spalin. Z tohoto důvodu nejsou v tomto provedení realizována opatření na odvod kondenzátu. Pro regulaci rychlosti proudění je výpamík vybaven brzdicí klapkou 9. Polohu šroubovité vinuté trubky 5 v prostoru komory 1 vymezuje držák 14. Spalinový výpamík je možno vložit do kouřovodu vertikálně nebo horizontálně. Připojení výpamíku je realizováno kotlem na vstupní hrdlo 12 a komínem na výstupní hrdlo 13 výpamíku.
Příklad 3
Spalinový výpamík je navržen pro získávání tepla ze spalin vzniklých spalováním plynných paliv bez emisí prachových částic. Pracuje v kondenzačním režimu.
Spalinový výpamík v tomto případě sestává z komory 1 tvaru válce, jejíž vnitřní prostor je vymezen vnitřním pláštěm 2, který je vyroben z vysoce legované oceli pro eliminaci rizika koroze vyvolávané přítomností zkondenzované vodní páry. Komora 1 je z vnější strany opatřena tepelnou izolací 3, která je zakryto vána vnějším pláštěm 4 se šroubením 10. Uvnitř komory 1 je umístěna šroubovité vinutá trubka 5 s hustým žebrováním zvětšujícím teplosměnnou plochu pro zvýšení předaného tepelného výkonu pracovní látce. Otevřené konce 6 šroubovité vinuté trubky 5 jsou vyvedeny skrz opláštění komory 1_. Připojení pracovní látky na konce šroubovité vinuté trubky 5 je souproudé nebo protiproudé. Odvod kondenzátu je zajištěn přes sběrný žlábek 7 a vývod 8. Pro regulaci rychlosti proudění je výpamík vybaven brzdicí klapkou 9. Polohu šroubovité vinuté trubky 5 v prostoru komory 1_ vymezuje držák 11. Spalinový výpamík se umísťuje vertikálně připojením kotle na vstupní hrdlo 12 výpamíku a komínem na výstupní hrdlo 13 výpamíku.
Průmyslová využitelnost
Výpamík je využitelný také pro jiné aplikace než pro ORC. Pracovní látkou na sekundární straně může být např. voda, která je využívána k ohřevu teplé vody v akumulačním zásobníku. V průmyslu může být využit např. pro ohřev menších olejových lázní apod.
NÁROKY NA OCHRANU
Claims (4)
1. Spalinový výpamík chladivá pro ORC jednotky malého výkonu s komorou vybavenou vnitřním a vnějším pláštěm, mezi kterými se nachází izolace, vyznačující se tím, že komora (1) je z vnější části opatřena izolací (3) a vnějším pláštěm (4) se šroubením, dále je její vnitřní prostor vymezen vnitřním pláštěm (2), v němž je v držáku (11) umístěna šroubovité vinutá trubka (5), jejíž otevřené konce (6) jsou vyvedeny opláštěním na povrch, a dále je komora (1) zakončena vstupním hrdlem (12) a výstupním hrdlem (13), přičemž mezi vstupním hrdlem (12) a komorou (1) se nachází sběrný žlábek (7) kondenzátu a vývod (8) kondenzátu, a mezi komorou (1) a výstupním hrdlem (13) je umístěna brzdící klapka (9) pro regulaci rychlosti proudění.
2. Spalinový výpamík chladivá dle nároku 1, vyznačující se tím, že šroubovité vinutá trubka
5 (5) má hladký nebo žebrovaný povrch.
3. Spalinový výpamík chladivá dle nároku 1, vyznačující se tím, že vnitřní plášť (2) i šroubovité vinutá trubka (5) jsou vyrobeny z korozivzdomého materiálu.
ίο
4. Spalinový výpamík chladivá dle nároku 1, vyznačující se tím, že připojení pro vstup/výstup pracovní látky na otevřené konce (6) šroubovité vinuté trubky (5) je souproudé nebo protiproudé.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2019-36500U CZ33207U1 (cs) | 2019-08-08 | 2019-08-08 | Spalinový výparník chladiva pro ORC jednotky malého výkonu |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2019-36500U CZ33207U1 (cs) | 2019-08-08 | 2019-08-08 | Spalinový výparník chladiva pro ORC jednotky malého výkonu |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ33207U1 true CZ33207U1 (cs) | 2019-09-10 |
Family
ID=67903486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2019-36500U CZ33207U1 (cs) | 2019-08-08 | 2019-08-08 | Spalinový výparník chladiva pro ORC jednotky malého výkonu |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ33207U1 (cs) |
-
2019
- 2019-08-08 CZ CZ2019-36500U patent/CZ33207U1/cs active Protection Beyond IP Right Term
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2532635C2 (ru) | Аккумуляция электроэнергии тепловым аккумулятором и обратное получение электроэнергии посредством термодинамического кругового процесса | |
| CN104420906A (zh) | 蒸汽轮机设备 | |
| Ighodaro et al. | Thermo-economic analysis of a heat recovery steam generator combined cycle | |
| Fu et al. | Optimization of cold-end system of thermal power plants based on entropy generation minimization | |
| RU2278279C2 (ru) | Когенерационная система на основе паровой котельной установки с использованием теплоты уходящих газов | |
| RU2253917C2 (ru) | Способ эксплуатации атомной паротурбинной энергетической установки и установка для его осуществления | |
| Sztekler et al. | Utilization of waste heat from rotary kiln for burning clinker in the cement plant | |
| Talib et al. | Energy efficiency enhancement of a thermal power plant by novel heat integration of Internal Combustion Engine, Boiler, and Organic Rankine Cycle | |
| CN205261526U (zh) | 加热锅炉二次风的热电厂供热蒸汽过热度利用系统 | |
| CZ26344U1 (cs) | Zařízení pro výrobu elektřiny z pevných paliv, využívající plynovou turbínu | |
| CZ33207U1 (cs) | Spalinový výparník chladiva pro ORC jednotky malého výkonu | |
| CN103075217A (zh) | 一种有机朗肯型工业余热集成回收装置 | |
| RU2631961C1 (ru) | Способ работы бинарной парогазовой тэц | |
| Ye et al. | A Comprehensive Energy Saving Potential Analysis of a 660 MW Coal-Fired Ultra-Supercritical Power Plant | |
| Erzen et al. | Exergy analysis of a coal-fired thermal power plant in Kangal District of Turkey | |
| RU2561780C2 (ru) | Парогазовая установка | |
| CN203097977U (zh) | 一种有机朗肯型工业余热集成回收装置 | |
| JP4733612B2 (ja) | 廃棄物処理設備のボイラ過熱器 | |
| CN203097976U (zh) | 一种卡琳娜型工业余热集成回收装置 | |
| RU2626710C1 (ru) | Способ работы бинарной парогазовой теплоэлектроцентрали | |
| Haqim et al. | Performance degradation analysis of a medium pressure superheater due to tube deactivation | |
| Ntonda et al. | Steady-state modeling of heat transfer on the recovery system of condensing boiler | |
| RU2774012C1 (ru) | Подогреватель газа (варианты) | |
| RU160489U1 (ru) | Паросиловая установка | |
| RU2032866C1 (ru) | Установка утилизации теплоты уходящих газов |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20190910 |
|
| ND1K | First or second extension of term of utility model |
Effective date: 20230612 |