PL246581B1

PL246581B1 - Cogeneration installation in heat sources with water boilers, supplying heat in the form of hot water via the heating network to the recipients' heat substations

Info

Publication number: PL246581B1
Application number: PL443395A
Authority: PL
Inventors: Piotr Ostrowski
Original assignee: Piotr Ostrowski
Priority date: 2022-12-30
Filing date: 2022-12-30
Publication date: 2025-02-10
Also published as: PL443395A1

Abstract

Instalacja kogeneracji w źródłach ciepła z kotłami wodnymi, dostarczającymi siecią ciepłowniczą ciepło w postaci gorącej wody do węzłów cieplnych odbiorców, wyposażona w kocioł wodny (1) z wytwornicą pary w zaworze (16) i separatorze (17) oraz przegrzewacz pary spalinami (19), turbozespół (20+21) kondensacyjny ze skraplaczem (22), polega na tym, że obieg wodno-parowy kogeneracji oddzielony jest wymiennikiem przeponowym (9) od sieci ciepłowniczej (12) z węzłami ciepłowniczymi (11), a sieć ciepłownicza (12) połączona jest rurociągiem (10), przez nagrzewnicę powietrza (24), ze skraplaczem (22) w instalacji kogeneracji, przy czym jeśli skraplacz jest przeponowy (22-1) to rurociąg (10-1) wody chłodzącej łączy zwrotnie skraplacz z siecią ciepłowniczą (12) a rurociąg (26) kondensatu z pompą (23-1) łączy skraplacz przez odgazowywacz (13) i pompę (23-2) z obiegiem kotła (1) i siecią ciepłowniczą (12), natomiast jeśli skraplacz jest natryskowo-wyparny (22-2), to rurociąg (26) kondensatu z pompą (23-1) łączy skraplacz przez odgazowywacz (13) i pompę (23-2) z obiegiem kotła (1) i siecią ciepłowniczą (12).Cogeneration installation in heat sources with water boilers, supplying heat in the form of hot water to the recipients' heat nodes via a heating network, equipped with a water boiler (1) with a steam generator in the valve (16) and separator (17) and a steam superheater with exhaust gases (19), a condensing turbine set (20+21) with a condenser (22), consists in that the water-steam cogeneration circuit is separated by a diaphragm exchanger (9) from the heating network (12) with the heating nodes (11), and the heating network (12) is connected by a pipeline (10), through an air heater (24), with the condenser (22) in the cogeneration installation, and if the condenser is diaphragm-type (22-1), the cooling water pipeline (10-1) connects the condenser back to the heating network (12) and the condensate pipeline (26) with the pump (23-1) connects the condenser via a deaerator (13) and a pump (23-2) to the boiler circuit (1) and the heating network (12), whereas if the condenser is of the spray-evaporative type (22-2), the condensate pipeline (26) with a pump (23-1) connects the condenser via a deaerator (13) and a pump (23-2) to the boiler circuit (1) and the heating network (12).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest instalacja kogeneracji w źródłach ciepła z kotłami wodnymi, dostarczającymi siecią ciepłowniczą ciepło w postaci gorącej wody do węzłów cieplnych odbiorców.The subject of the invention is a cogeneration installation in heat sources with water boilers, supplying heat in the form of hot water via the heating network to the recipients' heating substations.

W procesie spalania paliw w komorach spalania kotłów wytwarzane są spaliny, które na drodze promieniowania i konwekcji przekazują ciepło do użytkowego strumienia ciepłej wody, którego parametry nominalne 150°C/70°C są niższe od obliczeniowych parametrów nasycenia o ok. 80 K a parametry wody w sieci ciepłowniczej są przy zastosowaniu zimnego i gorącego podmieszania utrzymywane wg krzywej grzewczej systemu ogrzewania uzależnionej od temperatury otoczenia i tzw. nachylenia (czułości obiektu odbiorcy) z zachowaniem różnicy 20 K temperatur zasilania i powrotu (przykładowo w sezonie jesiennym 65°C/45°C). Równolegle obowiązuje zalecenie producentów kotłów, że minimalny strumień wody w obiegu jest powyżej 80% wydajności nominalnej kotła.In the process of fuel combustion in the combustion chambers of boilers, exhaust gases are produced, which, through radiation and convection, transfer heat to the usable hot water stream, the nominal parameters of which 150°C/70°C are lower than the calculated saturation parameters by approx. 80 K, and the water parameters in the heating network are maintained, using cold and hot mixing, according to the heating curve of the heating system, dependent on the ambient temperature and the so-called slope (sensitivity of the recipient's object), while maintaining a difference of 20 K between the supply and return temperatures (for example, in the autumn season 65°C/45°C). At the same time, the recommendation of boiler manufacturers that the minimum water stream in the circulation is above 80% of the boiler's nominal capacity applies.

W patencie PL234423 przedstawiono sposób i instalację kogeneracji w ciepłowniach wyposażonych w kotły wodnorurowe. Przy zachowaniu mocy cieplnej w obiegu wodnym kotła wodnorurowego obniża się strumień w stosunku do nominalnego i powiększa się podgrzew wody, a podgrzaną wodę dławi się zaworem izentalpowo do temperatury nasycenia - nominalnej temperatury wytworzenia, generując nasyconą parę wodną, przy czym nasycona para wodna po przegrzaniu w wymienniku przeponowym, w ciągu spalin w kotle do temperatury powyżej nominalnej temperatury wytworzenia zasila parową turbinę kondensacyjną, a odpływająca z turbiny mokra para po skropleniu w chłodzonym wodą powrotną z zewnętrznej sieci ciepłowniczej skraplaczu i schłodzeniu w nagrzewnicach powietrza, powraca do wody powrotnej z zewnętrznej sieci ciepłowniczej.Patent PL234423 presents a method and installation of cogeneration in heating plants equipped with water-tube boilers. While maintaining the thermal power in the water circuit of the water-tube boiler, the flow is reduced in relation to the nominal one and the water heating is increased, and the heated water is throttled with an isenthalpic valve to the saturation temperature - the nominal production temperature, generating saturated steam, wherein the saturated steam after overheating in the diaphragm exchanger, in the flue gas flow in the boiler to a temperature above the nominal production temperature supplies the steam condensing turbine, and the wet steam flowing out of the turbine after condensing in the condenser cooled with return water from the external heating network and cooling in air heaters, returns to the return water from the external heating network.

Realizacja powyżej instalacji napotyka na uzasadnioną obawę utrzymania wymaganych parametrów jakości pary przegrzanej dopływającej do turbiny parowej przy połączeniu hydraulicznym obiegu kotła i sieci ciepłowniczej, w której jakość wody sieciowej może znacznie niekorzystnie odbiegać od jw. wymaganych parametrów wody kotłowej i wytwarzanej z wody pary kotłowej.The implementation of the above installation encounters a justified concern about maintaining the required quality parameters of the superheated steam flowing to the steam turbine at the hydraulic connection of the boiler circuit and the heating network, in which the quality of the network water may significantly deviate unfavourably from the above-mentioned required parameters of boiler water and boiler steam generated from water.

Stwierdzono nieoczekiwanie, że hydrauliczne oddzielenie obiegu wodno-parowego kogeneracji od sieci ciepłowniczej zapewni utrzymanie jakości pary przegrzanej/przejściowo wody kotłowej.It was unexpectedly found that hydraulic separation of the cogeneration water-steam circuit from the heating network would ensure maintenance of the quality of superheated steam/temporarily boiler water.

Instalacja kogeneracji w źródłach ciepła z kotłami wodnymi, dostarczającymi siecią ciepłowniczą ciepło w postaci gorącej wody do węzłów cieplnych odbiorców, wyposażona w kocioł wodny z wytwornicą pary w zaworze i separatorze oraz przegrzewacz pary spalinami, turbozespół kondensacyjny ze skraplaczem, charakteryzuje się tym, że obieg wodno-parowy kogeneracji oddzielony jest wymiennikiem przeponowym od sieci ciepłowniczej z węzłami ciepłowniczymi, a sieć ciepłownicza połączona jest rurociągiem wody chłodzącej, przez nagrzewnicę powietrza, ze skraplaczem w instalacji kogeneracji, przy czym jeśli skraplacz jest przeponowy to rurociąg wody chłodzącej łączy zwrotnie skraplacz z siecią ciepłowniczą a rurociąg kondensatu z pompą łączy skraplacz przez odgazowywacz i pompę z obiegiem kotła i siecią ciepłowniczą, natomiast jeśli skraplacz jest natryskowo-wyparny, to rurociąg kondensatu z pompą łączy skraplacz przez odgazowywacz zasilany parą i pompę z obiegiem kotła i siecią ciepłowniczą, a korzystnie jest jeśli rurociągi łączące odgazowywacz zasilany parą i pompę z obiegiem kotła oraz siecią ciepłowniczą wyposażone są w zawory zwrotne.Cogeneration installation in heat sources with water boilers, supplying heat in the form of hot water via the heating network to the recipients' heat nodes, equipped with a water boiler with a steam generator in the valve and separator and a steam superheater with exhaust gases, a condensing turbine set with a condenser, is characterized in that the water-steam cogeneration circuit is separated by a diaphragm exchanger from the heating network with heating nodes, and the heating network is connected by a cooling water pipeline, through an air heater, to the condenser in the cogeneration installation, whereby if the condenser is diaphragm-type, the cooling water pipeline connects the condenser back to the heating network and the condensate pipeline with a pump connects the condenser via the deaerator and the pump to the boiler circuit and the heating network, whereas if the condenser is of the spray-evaporative type, the condensate pipeline with a pump connects the condenser via the deaerator powered by steam and pump with the boiler circuit and the heating network, and it is advantageous if the pipelines connecting the steam-powered deaerator and the pump with the boiler circuit and the heating network are equipped with non-return valves.

Wynalazek pozwala na implementację kogeneracji w kotłowniach/ciepłowniach z kotłami wodnorurowymi, która zapewni wytwarzanie energii elektrycznej w skojarzeniu (np. na potrzeby własne) przy utrzymaniu poziomu produkcji ciepła i tym samym wzrost efektywności energetycznej systemu ciepłowniczego.The invention enables the implementation of cogeneration in boiler houses/heating plants with water-tube boilers, which will ensure the generation of electricity in combination (e.g. for own needs) while maintaining the level of heat production and thus increasing the energy efficiency of the heating system.

Wynalazek objaśniono na rysunkach fig. 1 i fig. 2 przedstawiających schematy przykładów wykonania źródła ciepła z kotłami wodnymi doposażonymi w instalację kogeneracji z układem chłodzenia wodą powrotną z sieci ciepłowniczej oddzielonej hydraulicznie od sieci ciepłowniczej na fig. 1 skraplaczem przeponowym a na fig. 2 skraplaczem natryskowo-wyparnym.The invention is explained in drawings Fig. 1 and Fig. 2, which show diagrams of examples of the implementation of a heat source with water boilers equipped with a cogeneration installation with a cooling system with return water from the heating network hydraulically separated from the heating network in Fig. 1 by a diaphragm condenser and in Fig. 2 by a spray-evaporative condenser.

W palenisku ciepłowniczego kotła wodnorurowego 1 spalane jest paliwo, a wytworzone ciepło podnosi nominalną temperaturę strumienia wody w kotle o 80 K i zasila węzeł regulacji parametrów strumienia (temperatur i przepływu) na drodze gorącego 5 i zimnego 6 podmieszania i kolejno wymiennik 9 hydraulicznie rozdzielający obiegi kotła 1 z pompą obiegową 7-1 oraz przepływomierzem 3-1 i sieci ciepłowniczej 12 z pompą obiegową 7-2 oraz przepływomierzem 3-2, która przejmuje moc cieplną z wymiennika 9 i przesyła odbiorcom w węzłach cieplnych 11. W warunkach utrzymania mocy cieplnej kotła 1, po obniżeniu (w odniesieniu do nominalnego) strumienia w obiegu wodnym kotła 1, powiększa się proporcjonalnie przyrost temperatury wody w kotle 1. Podgrzana powyżej parametrów nominalnych kotła woda 15, po zdławieniu izentalpowym zaworem 16, obniża parametry nasycenia do temperatury/ciśnienia nieznacznie przekraczającej nominalne wart ości eksploatacyjne, połączone z wytwarzaniem nasyconej pary wodnej przy utrzymaniu mocy cieplnej wody grzewczej. Po oddzieleniu w separatorze 17 para nasycona 18 jest przegrzewana strumieniem spalin w przegrzewaczu przeponowym 19 i zasila turbozespół złożony z turbiny kondensacyjnej 20 i generatora 21 prądu elektrycznego. Para mokra odpływająca z turbiny 20 kondensuje w skraplaczu 22 chłodzonym wodą powrotną z sieci ciepłowniczej 12 dodatkowo schłodzoną w podgrzewaczu powietrza 24. W przypadku stosowania skraplacza przeponowego 22-1 podgrzana woda powraca do sieci ciepłowniczej 12 a kondensat przetłaczany jest pompą 23-1 do zasilanego parą 25 odgazowywacza 13 skąd pompą 23-2 uzupełnia przez zawory zwrotne 8-1 i 8-2 odpowiednio obiegi kotła 1 i sieć ciepłowniczą 12.Fuel is burned in the furnace of the water-tube heating boiler 1, and the heat produced increases the nominal temperature of the water stream in the boiler by 80 K and supplies the stream parameter control unit (temperature and flow) by means of hot 5 and cold 6 mixing and, subsequently, the exchanger 9 hydraulically separating the circuits of the boiler 1 with the circulation pump 7-1 and the flow meter 3-1 and the heating network 12 with the circulation pump 7-2 and the flow meter 3-2, which takes over the thermal power from the exchanger 9 and transmits it to the recipients in the heat nodes 11. In the conditions of maintaining the thermal power of the boiler 1, after reducing (in relation to the nominal) the stream in the water circuit of the boiler 1, the increase in the temperature of the water in the boiler 1 increases proportionally. The water 15 heated above the nominal parameters of the boiler, after being throttled by the isenthalpy valve 16, reduces the saturation parameters to a temperature/pressure slightly exceeding nominal operating values, combined with the generation of saturated steam while maintaining the thermal power of the heating water. After separation in the separator 17, the saturated steam 18 is superheated by the exhaust stream in the diaphragm superheater 19 and supplies the turbine set consisting of the condensing turbine 20 and the electric current generator 21. The wet steam flowing out of the turbine 20 condenses in the condenser 22 cooled by the return water from the heating network 12 additionally cooled in the air preheater 24. In the case of using the diaphragm condenser 22-1, the heated water returns to the heating network 12 and the condensate is pumped by the pump 23-1 to the deaerator 13 supplied with steam 25, from where it is supplemented by the pump 23-2 through the non-return valves 8-1 and 8-2, respectively, to the circuits of the boiler 1 and the heating network 12.

Natomiast w przypadku stosowania skraplacza natryskowo-wyparnego, kondensat przetłaczany jest pompą 23-1 do zasilanego parą 25 odgazowywacza 13 skąd pompą 23-2 uzupełnia przez zawory zwrotne 8-1 i 8-2 odpowiednio obiegi kotła 1 i sieć ciepłowniczą 12.In the case of using a spray-evaporative condenser, the condensate is pumped by pump 23-1 to the deaerator 13 supplied with steam 25, from where it is refilled by pump 23-2 through non-return valves 8-1 and 8-2 to the circuits of boiler 1 and heating network 12, respectively.

Claims

1. Cogeneration installation in heat sources with water boilers, supplying heat in the form of hot water to the recipients' heat nodes via a heating network, equipped with a water boiler (1) with a steam generator (18) in a valve (16) and a separator (17) and a steam superheater with exhaust gases (19), a condensing turbine set (20+21) with a condenser (22), characterized in that the water-steam cogeneration circuit is separated by a diaphragm exchanger (9) from the heating network (12) with the heating nodes (11), and the heating network (12) is connected by a pipeline (10), through an air heater (24), to the condenser (22) in the cogeneration installation, and if the condenser is diaphragm (22-1), the cooling water pipeline (10-1) connects the condenser back to the heating network (12) and the pipeline (26) The condensate line (26) with a pump (23-1) connects the condenser via a deaerator (13) supplied with steam (25) and a pump (23-2) to the boiler circuit (1) and the heating network (12), whereas if the condenser is of the spray-evaporative type (22-2), the condensate line (26) with a pump (23-1) connects the condenser via a deaerator (13) supplied with steam (25) and a pump (23-2) to the boiler circuit (1) and the heating network (12).

2. Installation according to claim 1, characterized in that the pipelines connecting the deaerator (13) supplied with steam (25) and the pump (23-2) with the boiler circuit (1) and the heating network (12) are equipped with non-return valves (8).