PL224462B1 - Układ turbiny parowej z organicznym obiegiem Rankine'a (ORC) do wykorzystania ciepła odpadowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ turbiny parowej z organicznym obiegiem Rankine'a (ORC) do wykorzystania ciepła odpadowego mający zastosowanie zwłaszcza w urządzeniach bloków energetycznych.

Znany jest sposób dostarczania ciepła do obiegu Clausiusa-Rankine'a z czynnikiem organicznym jako czynnikiem roboczym za pomocą ciepła kondensującej się pary lub też ciepła oddanego przez przepływający strumień jednofazowy. Istotę dotychczasowych sposobów doprowadzania ciepła do obiegu Clausiusa-Rankine'a przedstawiono na rys. 1 i rys. 2.

Ciepło odpadowe generowane w procesie ciągłym w urządzeniach bloków energetycznych odprowadzane jest do atmosfery za pośrednictwem spalin. Ciepło to jest tracone ze względu na niskie parametry temperaturowe, niewystarczające do wykorzystania do wstępnego podgrzania czynnika roboczego w instalacji ORC.

Układ turbiny parowej z organicznym obiegiem Rankine'a (ORC) do wykorzystania ciepła odpadowego charakteryzuje się według wynalazku tym, że wymiennik ciepła odpadowego połączony jest z wymiennikiem dogrzewającym zainstalowanym na upuście pary z turbiny parowej i połączonym z wymiennikiem regeneracyjnym obiegu parowego.

Korzystnie turbina parowa jest turbiną parową bloku energetycznego.

Czynnik roboczy ogrzewany jest w dwóch wymiennikach ciepła. W pierwszym wymienniku doprowadzone jest ciepło odpadowe, natomiast w drugim, dogrzewającym, wykorzystywane jest ciepło skraplającej się pary pochodzącej z upustu turbiny parowej. Para, po oddaniu części ciepła w drugim wymienniku, kierowana jest do wymiennika regeneracyjnego obiegu parowego.

Dogrzanie czynnika roboczego parą z upustu turbiny bloku energetycznego, w układzie według wynalazku, umożliwia efektywne wykorzystanie ciepła odpadowego ogrzewającego czynnik roboczy w obiegu ORC poprzez podwyższenie parametrów temperaturowych czynnika roboczego przed turbiną parową. Uzyskane w ten sposób parametry obiegu ORC są znacząco wyższe niż w przypadku wykorzystania samego tylko ciepła odpadowego, co bezpośrednio przekłada się na wzrost sprawności konwersji energii.

Przedmiot wynalazku jest bliżej przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy współpracy obiegu ORC z blokiem energetycznym turbiny parowej, a fig. 2 przedstawia schemat ideowy dogrzania i odparowania czynnika roboczego w układzie współrzędnych termodynamicznych.

Układ do efektywnego wykorzystania ciepła odpadowego z bloku energetycznego, polega tym, że obieg ORC dogrzewany jest parą. Źródłem pary może być upust turbiny parowej bloku energetycznego lub niezależne inne źródło.

W obiegu ORC wymiennik ciepła odpadowego WC1 połączony jest ze źródłem ciepła odpadowego. W obieg ORC włączony jest wymiennik dogrzewający WC2 między wymiennikiem ciepła odpadowego WC1 a turbiną ORC. Wymiennik dogrzewający WC2 zainstalowany jest na upuście pary z turbiny parowej bloku energetycznego pomiędzy turbiną ORC generatorem prądu i dalej połączony jest z wymiennikiem regeneracyjnym obiegu parowego. Do wymiennika dogrzewającego WC2 doprowadzone jest ciepło skraplającej się pary pochodzącej z upustu turbiny parowej. Para, która oddała część ciepła w wymienniku WC2 kierowana jest w dalszej kolejności do wymiennika regeneracyjnego obiegu parowego, oddając w ten sposób resztę ciepła do wody zasilającej kocioł.

W przypadku dogrzewania obiegu ORC czynnikiem zmieniającym fazę, stosunek natężeń przepływu wody podgrzewającej układ ORC do przepływu czynnika roboczego w instalacji ORC mw/mORC jest funkcją różnicy temperatur w punkcie „pinch”, to znaczy w punkcie minimalnej różnicy temperatur pomiędzy czynnikiem grzewczym a ogrzewanym.

Wraz z obniżaniem temperatury T1 (temperatury pary przed turbiną w obiegu ORC) wymagany stosunek m_w/m_ORC maleje. Strumień pary wodnej dogrzewającej obieg ORC nie jest już tak duży jak w przypadku dostarczania ciepła za pomocą czynnika jednofazowego. Wynosi on mniej więcej 35% ilości czynnika w obiegu ORC. Im mniejsza AT_min tym mniejszy jest wymagany strumień medium dogrzewającego obieg ORC. Im wyższa jest temperatura pary czynnika roboczego przed turbiną oraz im większa jest różnica w punkcie „pinch”, tym wyższa jest średnia różnica temperatur pomiędzy źródłami ciepła a ogrzewanym czynnikiem w obiegu ORC.

Kondensująca się para wodna lepiej dopasowuje się do charakterystyki grzania czynnika roboczego w obiegu ORC umożliwiając w ten sposób mniejszą różnicę temperatur między czynnikiem

PL 224 462 B1 grzewczym i czynnikiem roboczym ORC, co zmniejsza straty nieodwracalności w układzie. Dodatkowo, umożliwia osiągnięcie wyższych temperatur czynnika roboczego przed turbiną. Można wówczas w pełni wykorzystać potencjał ciepła odpadowego. Ma to odzwierciedlenie w poprawie sprawności procesu konwersji energii.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ turbiny parowej z organicznym obiegiem Rankine'a (ORC) do wykorzystania ciepła odpadowego, znamienny tym, że wymiennik ciepła odpadowego (WC1) połączony jest z wymiennikiem dogrzewającym (WC2) zainstalowanym na upuście pary z turbiny parowej i połączonym z wymiennikiem regeneracyjnym obiegu parowego.
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że turbina parowa jest turbiną parową bloku energetycznego.