Регулирование теплового циклического процесса

Авторы патента:


Регулирование теплового циклического процесса

 


Владельцы патента RU 2545255:

ОРКАН ЭНЕРДЖИ ГМБХ (DE)

Изобретение относится к способу регулирования теплового циклического процесса, в частности органического цикла Ренкина (ОЦР), который эксплуатируют с применением рабочей среды, в сочетании с динамическим источником тепла, при этом способ включает в себя следующие этапы: а) определение номинального значения технологического параметра теплового циклического процесса на основании значения входного параметра или соответствующих значений нескольких входных параметров теплового циклического процесса; б) регулирование теплового циклического процесса при помощи определенного номинального значения технологического параметра в качестве целевого параметра регулирования; в) повторное проведение этапов а) и б) при изменении по меньшей мере одного значения входных параметров. Обеспечивается возможность оптимизации в отношении коэффициента полезного действия системы регулирования, что дает возможность увеличить примерно на 10% выход энергии. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к способу и устройству для регулирования теплового циклического процесса, в частности системы с органическим циклом Ренкина (ОЦР).

Органический цикл Ренкина (ОЦР) - это способ эксплуатации паросилового цикла с применением рабочей среды, отличающейся от водяного пара. В качестве рабочей среды применяют органические жидкости с низкой температурой испарения. Способ применяют прежде всего тогда, когда имеющиеся в распоряжении перепады температуры между источником тепла и отводом тепла слишком малы для эксплуатации турбины, приводимой водяным паром. Это, например, имеет место при выработке электроэнергии при помощи геотермальных источников, при объединенной выработке тепловой и электрической энергии, а также при выработке электроэнергии при помощи солнечных электростанций и гидротермальных электростанций. Органический цикл Ренкина очень похож на известный из технологии электростанций цикл Клаузиуса-Ренкина, идеальный цикл для паросилового процесса. Органическое вещество, применяемое в качестве рабочей среды в органическом цикле Ренкина, обеспечивает возможность очень хорошего согласования циркуляционного контура с температурой источника тепла. В зависимости от уровня температуры применяют различные рабочие среды: углеводороды, фторированные углеводороды (например, тетрафторэтан), ароматические углеводороды или силиконовые масла.

Насос доводит жидкую рабочую среду до рабочего давления и выполняет при этом работу по перемещению и изменению давления. При протекании жидкой рабочей среды через испаритель к ней изотермически подводится энергия в форме тепла. Перед испарителем рабочая среда может доводиться до температуры кипения в предварительном нагревателе. После испарителя пары рабочей среды могут подвергаться дальнейшему перегреванию. Однако из термодинамических соображений можно отказаться от интенсивного поверхностного перегревания, и в общем выбирают лишь незначительное перегревание на несколько градусов Кельвина.

Соответствующие конструкционные элементы - предварительный нагреватель, испаритель и перегреватель - могут быть объединены в один конструкционный элемент теплообмена. В этом теплообменнике подводимое тепло может использоваться как для предварительного нагревания, так и для испарения и, возможно, для перегревания.

При этом в качестве источника тепла для процесса испарения служит технологическое тепло или отводимое тепло предвключенных машин, например двигателя внутреннего сгорания. Вследствие подведения энергии рабочая среда полностью или почти полностью испаряется. На выходе из испарителя образуется насыщенный пар. Рабочая среда может также выходить частично испарившейся. Реальным является выход в виде насыщенного пара или в виде незначительно перегретого пара.

Из испарителя пар рабочей среды протекает через напорную трубу к расширителю органического цикла Ренкина (например, к винтовому расширителю или к турбине), где он политропно расширяется до более низкого давления, вследствие чего совершается работа, которая, например, при помощи турбины может быть преобразована на ее лопатках в механическую энергию. В идеальном термодинамическом цикле, то есть без потерь и необратимых процессов, расширение было бы изоэнтропическим. Присоединенный к расширителю или к турбине генератор преобразует механическую энергию в электрическую. Альтернативно этому механическая энергия может также использоваться непосредственно, например, передаваться (механически) в систему привода транспортного средства, или же механическая энергия может преобразовываться в гидравлическую и подаваться в гидравлическую систему.

В завершение этого пар протекает через включенный позади конденсатор. Там пар отдает конденсационное тепло и, при определенных обстоятельствах, также и физическое тепло посредством охлаждения в циркуляционном контуре охлаждения при помощи потока охлаждающей среды. Рабочая среда конденсируется и переходит в жидкое агрегатное состояние. Вследствие характерных термодинамических свойств рабочая среда выходит из расширительной машины преимущественно в перегретом виде и, таким образом, в конденсаторе вначале охлаждается, а затем конденсируется. В зависимости от схемы включения может достигаться незначительное переохлаждение рабочей среды. Насыщенная жидкая или незначительно переохлажденная рабочая среда может, например, подвергаться промежуточному накапливанию в сборной емкости. Затем насос снова доводит насыщенную или (незначительно) переохлажденную рабочую среду из сборной емкости до рабочего давления, и, таким образом, циркуляционный контур замыкается.

Уровень техники

Перед описанием изобретения следует детально остановиться на состоянии техники в области электростанций и использовании отводимого тепла.

Прежнее регулирование электростанций при соединении в сеть

В электросети постоянно должно иметь место равновесие между вырабатываемой и потребляемой энергией. Если подача электроэнергии слишком велика или же потребление является слишком малым, то частота сети повышается, при слишком малой подаче электроэнергии и высоком потреблении имеет место противоположная ситуация. Чтобы обеспечить выравнивание вырабатываемой и потребляемой энергии, в качестве задающего параметра применяют частоту сети. При отклонении частоты вначале вступает в действие первичное регулирование. Посредством активирования вторичного резерва в электростанции в течение 0-30 с автоматически реализуется установленный резерв мощности, например посредством прекращения дросселирования свежего пара в подводе к турбине. Затем при вторичном регулировании повышают номинальные значения мощности и согласуют массовый поток топлива. Однако эти изменения нагрузки протекают в тепловых электростанциях в интервале свыше 15 минут, так как эти электростанции реагируют очень медленно. Быстрее реагируют газотурбинные электростанции, так как здесь повышение массового потока топлива почти мгновенно переходит в повышение мощности (сравни авиационный двигатель при старте).

В этих электростанциях может быть предпринята фиксированная оптимизация рабочей точки, а непрерывная оптимизация рабочего режима не требуется, так как эксплуатационные параметры не колеблются в широких пределах.

Аналог использованию отводимого тепла посредством органического цикла Ренкина представляет собой использование отводимого тепла газовых турбин в парогенераторах, использующих отводимое тепло (комбинированный цикл или же газопаровой процесс). Так как в последнее время колеблющаяся подача электрической энергии в электрическую сеть увеличивается, то этот тип электростанций должен в возрастающей мере решать задачи регулирования и производить быстрое изменение нагрузки.

В качестве номинального значения здесь принимают фиксированную температуру свежего пара, чтобы, например, уменьшить тепловую нагрузку на компоненты вследствие изменения температуры.

Прежнее регулирование парогенераторов, использующих отводимое тепло

При исследованиях с целью улучшения регулирования парогенераторов, использующих отводимое тепло, значительным требованием при эксплуатации использующих отводимое тепло парогенераторов с принудительной циркуляцией оказалось установление фиксированного качества пара на выходе. Так как массовый поток дымовых газов является фиксированным, то имеется только возможность регулирования массового потока испаряемой воды при помощи частоты вращения питательного насоса. Вследствие инертности системы при этом возникают проблемы, в особенности при пуске. Так, например, отрицательное влияние на регулирование могут оказать время запаздывания системы, а также теплоемкости. При этом теплообменник зачастую «перепитывается», то есть на конце испарителя еще имеется жидкая вода. На основании этого применяют водоотделители.

Наряду с конструктивными мероприятиями для улучшения параметров регулирования в качестве основы регулирования процесса может применяться так называемый способ управления с прогнозирующими моделями (МРС). Управление с прогнозирующими моделями (МРС)отображает регулируемую систему при помощи уравнений модели. При применении МПР рассматривают не только текущее состояние системы, но и рассчитывают, какой система будет в будущем и, в свою очередь, сравнивают это с желаемым состоянием. В одном конкретном варианте выполнения разрабатывают энергетический баланс испарителя и рассчитывают, какой массовый поток должен поступать, чтобы могло быть получено определенное качество пара. Для этого наряду с массовым потоком и параметрами воды учитывают также массовый поток и параметры источника тепла и, кроме того, учитывают эффекты поглощения и выделения вследствие теплоемкостей трубопроводов.

При таком типе регулирования регулятор уже не должен ожидать изменения задающего параметра, а исходя из задающего параметра можно рассчитать, какой управляющий параметр необходим, чтобы получить новое номинальное значение, например, другую температуру свежего пара. Однако этот анализ не относится к согласованию эксплуатационных параметров с целью оптимизации коэффициента полезного действия, а в качестве управляющего параметра применяют фиксированные параметры пара, которые должны быть получены. В общем случае эти параметры пара предварительно задают от системы регулирования верхнего уровня, а динамическое согласование с различной нагрузкой, изменяющейся в диапазоне секунд или минут, не предусмотрено.

Прежнее регулирование установок с органическим циклом Ренкина

В настоящее время установки с органическим циклом Ренкина еще не применяют на динамических источниках отводимого тепла. При использовании отводимого тепла из нединамических источников оптимальные эксплуатационные параметры для органического цикла Ренкина могут быть определены однократно, а затем могут устанавливаться в качестве целевой функции для регулирования. Эта стратегия регулирования аналогична применяемому на электростанциях регулированию с постоянным давлением. Известное из технологии электростанций регулирование со скользящим давлением имеет при высоких температурах то преимущество, что при частичной нагрузке вследствие изменения давления получают относительно постоянные температуры пара. Это способствует предохранению конструкционных элементов от тепловых напряжений, однако для органического цикла Ренкина это несущественно вследствие низких температур при использовании отводимого тепла.

Если упомянутое регулирование с постоянным давлением реализуют без дросселирования свежего пара, например при помощи расширительной машины с переменной частотой вращения, то, хотя при динамическом источнике тепла (переменные температура и теплоемкость потока) это приводит постоянному тепловому коэффициенту полезного действия циркуляционного контура, однако коэффициент полезного действия теплопередачи при этом не учитывается, и, таким образом, коэффициент полезного действия системы не является оптимальным (а именно, на величину до 10% хуже, чем при описанном ниже изобретении). Коэффициентом полезного действия системы обозначают отношение генерируемой мощности органического цикла Ренкина и тепловой мощности источника тепла, относящейся к полному охлаждению источника тепла до уровня температуры окружающей среды. Коэффициент полезного действия системы соответствует произведению коэффициента полезного действия теплопередачи и теплового коэффициента полезного действия циркуляционного контура.

Раскрытие изобретения

Исходя из недостатков состояния техники в основе изобретения лежит задача предоставить в распоряжение регулирование теплового циклического процесса, в частности органического цикла Ренкина, при помощи которого (предпочтительно в каждый момент времени) может быть установлен режим работы, оптимизированный в отношении коэффициента полезного действия системы.

Упомянутая задача решена при помощи способа по п.1 формулы изобретения, устройства по п.11 формулы изобретения и компьютерного программного продукта по п.12 формулы изобретения. Выгодные усовершенствования приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Предложенный в изобретении способ регулирования теплового циклического процесса, в частности органического цикла Ренкина (ОЦР), который эксплуатируют с применением рабочей среды, в сочетании с динамическим источником тепла, включает в себя следующие этапы:

а) определение номинального значения технологического параметра теплового циклического процесса на основании значения входного параметра или соответствующих значений нескольких входных параметров теплового циклического процесса;

б) регулирование теплового циклического процесса при помощи определенного номинального значения технологического параметра в качестве целевого параметра регулирования,

в) повторное проведение этапов а) и б) при изменении по меньшей мере одного значения входных параметров.

Под динамическим источником отводимого тепла понимают источник тепла, тепловая мощность которого колеблется вследствие изменения содержащего тепло массового потока, температуры и/или теплоемкости. При этом тепловой циклический процесс получает энергию от динамического источника тепла, то есть количество тепла, подводимое в циклический процесс в единицу времени, может изменяться, то есть быть переменным во времени.

В зависимости от измеренных значений входного параметра или параметров определяют номинальное значение технологического параметра, при этом взаимозависимость между номинальным значением технологического параметра и значением или значениями входных параметров однократно определена заранее. Эта заранее определенная взаимозависимость (заранее определенная связь или математическое отображение между значениями входных параметров и значениями технологических параметров) оптимизирована в отношении улучшенного выхода энергии системы (коэффициента полезного действия системы). Трудоемкое решение уравнений модели во время эксплуатации теплового циклического процесса не требуется, что является выгодным. Затем при помощи определенного номинального значения технологического параметра тепловой циклический процесс регулируют таким образом, что значение технологического параметра стремится к номинальному значению. Это может осуществляться, например, посредством того, что частоты вращения питательного насоса, расширительной машины и вентилятора конденсатора устанавливают в соответствии с заранее определенными величинами, так что номинальное значение технологического параметра или параметров достигается быстро и надежно.

В случае изменения значений входных параметров на это можно быстро реагировать посредством того, что этапы определения номинального значения и последующего соответствующего регулирования производят заново.

Одно усовершенствование способа согласно изобретению состоит в том, что определение номинального значения технологического параметра теплового циклического процесса может включать в себя расчет номинального значения на основании заранее определенной функции, в частности полиномиальной функции, в которую в качестве переменных входят входные параметры.

Другое усовершенствование состоит в том, что определение функции для расчета номинального значения технологического параметра может производиться в качестве дополнительного этапа перед этапом а) при помощи проведения опытов и/или на основании уравнений модели.

Другое усовершенствование состоит в том, что определение функции для расчета номинального значения технологического параметра может включать в себя максимизацию произведения коэффициента полезного действия теплопередачи от источника тепла в циклический процесс и коэффициента полезного действия циклического процесса.

Другое усовершенствование способа согласно изобретению состоит в том, что определение номинального значения технологического параметра теплового циклического процесса может осуществляться путем считывания номинального значения из заданной таблицы в зависимости от значения входного параметра или соответствующих значений нескольких входных параметров теплового циклического процесса, причем при необходимости может производиться интерполяция между табличными значениями.

Другое усовершенствование состоит в том, что определение таблицы для расчета номинального значения технологического параметра может осуществляться путем проведения опытов и/или на основании уравнений модели в качестве дополнительного этапа перед этапом а).

Другое усовершенствование состоит в том, что определение таблицы для расчета номинального значения технологического параметра может включать в себя максимизацию произведения коэффициента полезного действия теплопередачи от источника тепла в циклический процесс и коэффициента полезного действия циклического процесса.

Другое усовершенствование состоит в том, что в соответствии со способом согласно изобретению регулируют по меньшей мере один дополнительный технологический параметр.

Другое усовершенствование состоит в том, что технологическим параметром или же технологическими параметрами могут быть температура испарения или давление испарения рабочей среды, и/или температура конденсации или давление конденсации в конденсаторе теплового циклического процесса, и/или температура пара или давление пара на выходе из расширительной машины теплового циклического процесса.

Другое усовершенствование состоит в том, что входной параметр или же входные параметры могут включать в себя массовый поток газа от источника тепла или отображающую этот массовый поток величину, температуру отводимого газа, температуру наружного воздуха и/или температуру конденсации рабочей среды циклического процесса.

Другое усовершенствование состоит в том, что регулирование теплового циклического процесса может производиться при помощи управления с прогнозирующими моделями (МРС).

Другое усовершенствование состоит в том, что регулирование теплового циклического процесса может осуществляться при помощи регулирования частоты вращения питательного насоса, расширительной машины и/или вентилятора конденсатора.

Другое усовершенствование состоит в том, что регулирование может включать в себя повторяющееся или непрерывное сравнивание фактического значения с номинальным значением технологического параметра.

Кроме того, упомянутая выше задача изобретения решена при помощи устройства для регулирования теплового циклического процесса, в частности органического цикла Ренкина, которое включает в себя микропроцессор для реализации способа согласно изобретению или одному из его усовершенствований и тепловой циклический процесс, в частности органический цикл Ренкина, содержащий один или несколько теплообменников для передачи тепла от одного или нескольких источников тепла в рабочую среду теплового циклического процесса.

Упомянутая выше задача изобретения решена также при помощи компьютерного программного продукта, включающего в себя по меньшей мере один считываемый компьютером носитель информации, содержащий выполняемые компьютером при его работе инструкции для выполнения этапов способа согласно изобретению или одному из его усовершенствований.

Различные усовершенствования могут применяться независимо друг от друга или комбинироваться друг с другом.

Следующие предпочтительные варианты выполнения изобретения описаны ниже со ссылками на чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показано схематическое изображение системы с органическим циклом Ренкина.

Осуществление изобретения

На фиг.1 схематически показан принцип системы, которая включает в себя органический цикл 100 Ренкина.

Насос/питательный насос 10 доводит жидкую рабочую среду до рабочего давления. При протекании жидкой рабочей среды через испаритель 20 к рабочей среде подводят тепло от источника 30 тепла. Посредством подвода энергии рабочую среду предварительно нагревают и частично или полностью испаряют и, при необходимости, перегревают. На выходе из испарителя 20 образуется, как правило, насыщенный пар, или же влажный пар, или перегретый пар. От испарителя 20 пар рабочей среды протекает через напорную трубу в расширительную машину 40, где он расширяется до более низкого давления, вследствие чего выполняется работа, которая при помощи расширительной машины 40 преобразуется в механическую энергию, а затем, например, при помощи присоединенного к ней генератора преобразуется далее в электрическую энергию или используется в другой форме, например посредством непосредственного привода механических потребителей или привода гидравлического насоса. Затем пар протекает через конденсатор 50, где пар отдает физическое тепло и тепло конденсации в циркуляционный контур охлаждения с потоком охлаждающей среды. Рабочая среда конденсируется и полностью переходит в жидкое агрегатное состояние. Насыщенная жидкая или переохлажденная рабочая среда подвергается промежуточному накапливанию в сборной емкости 60. Затем насос 10 снова доводит насыщенную рабочую среду из сборной емкости 60 до рабочего давления, и, таким образом, циркуляционный контур замыкается.

Исходная идея изобретения

Предметом изобретения является концепция регулирования органического цикла 100 Ренкина, или же другого циклического процесса, в сочетании с высокодинамическим источником 30 отводимого тепла. Под динамическим источником отводимого тепла в самом общем случае понимают источник тепла, тепловая мощность которого в течение времени колеблется вследствие изменения массового потока, содержащего тепло, температуры и/или теплоемкости. Например, в качестве динамических или же высокодинамических рассматривают, в частности, такие источники тепла, в которых тепловая мощность W1 в момент времени t1 может измениться более чем на 25%, более чем на 50% или даже более чем на 75% тепловой мощности W1 до тепловой мощности W2 в момент времени t2, причем интервал t2-t1 времени может быть менее одного часа, менее десяти минут, менее одной минуты, менее одной секунды или менее 0,1 секунды.

Система, включающая в себя органический цикл Ренкина, состоит из различных компонентов, которые различным образом влияют на коэффициент полезного действия. Так, например, компоненты обладают различными, большей частью нелинейными, характеристиками коэффициента полезного действия при частичной нагрузке, а некоторые управляющие параметры имеют противоположное влияние на коэффициент полезного действия. В качестве примера здесь следует упомянуть конденсатор 50. Если конденсатор 50 вследствие более высокого расхода воздуха лучше охлаждается, то коэффициент полезного действия циклического процесса увеличивается, то есть может преобразовываться большее количество энергии (Pel,brutto). Однако в противоположность этому увеличивается собственное потребление (Pel,Eigenbedarf), которое включает в себя расходуемую вентилятором энергию. Следующим чрезвычайно важным компонентом является теплообменник/испаритель 20, в котором отводимое тепло передается в рабочую среду органического цикла Ренкина. Вследствие регулирующих воздействий на питательный насос/насос 10 и расширительную машину 40 существенно изменяется тепловая мощность QubertrageneWarme, передаваемая через теплообменник 20 от источника 30 отводимого тепла в органический цикл 100 Ренкина.

Концепция регулирования согласно изобретению обеспечивает возможность перемещения органического цикла 100 Ренкина в оптимальную рабочую точку, при этом критерием оптимизации является так называемый коэффициент ηSystem полезного действия системы, который состоит из совокупности коэффициента ηWU полезного действия теплопередачи и коэффициента ηth,netto полезного действия циркуляционного контура органического цикла 100 Ренкина. Оба этих отдельных коэффициента полезного действия не являются независимыми друг от друга. Так, например, повышение коэффициента полезного действия циркуляционного контура может ухудшить коэффициент полезного действия теплопередачи в такой степени, что произведение обоих коэффициентов полезного действия

η S y s t e m = η W U η t h , n e t t o = η W U P e l , b r u t t o P E i g e n b e d a r f Q ubertrageneWarme

несмотря на это уменьшается.

Согласно изобретению регулирование теплового циклического процесса, в частности органического цикла Ренкина, при помощи основанного на модели регулирования производят таким образом, что устанавливается режим работы, оптимизированный в отношении коэффициента полезного действия системы. Задачей, которая в том числе решается изобретением, является то, что онлайновый оптимизирующий расчет не может быть произведен достаточно быстро, так как он должен учитывать множество параметров.

В качестве входных параметров в распоряжении имеются массовый поток отводимого газа от источника тепла (или другие величины, которые позволяют определить массовый поток, например частота вращения двигателя внутреннего сгорания) и его температура, а также температура наружного воздуха. Изменяться могут частота вращения питательного насоса, частота вращения двигателя вентилятора конденсатора, а также частота вращения расширительной машины, при этом последствия изменений частично являются комплексными (например, теплопередача, изменение величины давления, при котором происходит испарение, изменяющиеся части поверхностей для предварительного нагревания и испарения) и зачастую могут быть рассчитаны лишь итерационным путем.

Согласно изобретению регулятор не должен производить оптимизацию для заданной точки нагрузки во время работы органического цикла Ренкина, а на основании заложенных данных должен уже «знать», какие частоты вращения должны иметь отдельные агрегаты, чтобы получить максимальный выход энергии при текущих параметрах источника тепла. Таким образом, исходная идея состоит в том, что система отображается в модельной среде, при этом отображается реальный режим работы компонентов при изменении нагрузки. Режим работы компонентов может быть получен из опытов или же может быть известным из литературы (уравнение модели, соотношения).

Например, можно рассчитать оптимальную температуру испарения в зависимости от массового потока и температуры источника тепла, а также температуры конденсации. Для определенной оптимальной температуры испарения затем определяют компенсирующую функцию (например, полином), которая позволяет определить температуру испарения на основании параметров теплового потока и параметров конденсации непосредственно, без уравнений модели для отдельных компонентов. Рассчитанная таким образом температура испарения может применяться в качестве управляющего параметра для управления с прогнозирующими моделями (МРС).

Таким образом, на первом этапе система регулирования, исходя из заранее определенной связи или математического отображения между значениями входных параметров и значениями технологических параметров, рассчитывает, какие значения технологического параметра или параметров (номинальные значения) обеспечивают возможность оптимальной работы, а затем устанавливает частоты вращения питательного насоса, расширительной машины и вентилятора конденсатора таким образом, что эти технологические параметры достигаются быстро и надежно. Благодаря постоянному сравниванию номинального и фактического состояний здесь осуществляется быстрая реакция, причем при регулировании учитывается будущее фактическое состояние. По сравнению с традиционным регулированием с фиксированными температурами испарения коэффициент полезного действия системы в среднем до 10% выше.

Подводя итоги, можно констатировать, что управление с прогнозирующими моделями (МРС) с фиксированными номинальными значениями (например, регулирование с постоянным давлением) согласно состоянию техники хотя и обеспечивает возможность быстрого регулирования, однако с его помощью не осуществляется оптимизация рабочей точки. Кроме того, онлайновая оптимизация является очень трудоемкой в отношении расчетов и является слишком медленной для сильно нестационарных процессов. В противоположность этому предложенное в изобретении определение оптимальных технологических параметров заранее и определение функции для расчета технологических параметров в зависимости от входных параметров является быстрым и экономичным. Сочетание обеих этих концепций обеспечивает возможность простого, выгодного и оптимизированного в отношении коэффициента полезного действия системы регулирования, которое по сравнению с традиционными концепциями обеспечивает возможность примерно на 10% большего выхода энергии без дополнительных затрат.

1. Способ регулирования теплового циклического процесса, в частности органического цикла Ренкина (ОЦР), который эксплуатируют с применением рабочей среды в сочетании с динамическим источником тепла, включающий:
а) определение номинального значения технологического параметра теплового циклического процесса на основании значения входного параметра или соответствующих значений нескольких входных параметров теплового циклического процесса;
б) регулирование теплового циклического процесса при помощи определенного номинального значения технологического параметра в качестве целевого параметра регулирования и
в) повторное проведение этапов а) и б) при изменении по меньшей мере одного значения входных параметров,
при этом входной параметр или же входные параметры включают массовый поток текучей среды, в частности газа, от источника тепла или отображающую этот массовый поток величину, температуру указанной текучей среды, в частности газа, температуру наружного воздуха и/или температуру конденсации рабочей среды циклического процесса.

2. Способ по п.1, при котором определение номинального значения технологического параметра теплового циклического процесса включает расчет номинального значения на основании заранее определенной функции, в частности полиномиальной функции, в которую в качестве переменных входят входные параметры или при котором определение номинального значения технологического параметра теплового циклического процесса включает считывание номинального значения из заранее определенной таблицы, в зависимости от значения входного параметра или соответствующих значений нескольких входных параметров теплового циклического процесса, при этом предпочтительно производят интерполяцию или экстраполяцию между табличными значениями.

3. Способ по п.2, включающий проводимый перед этапом а) дополнительный этап:
определение функции для расчета номинального значения технологического параметра при помощи проведения опытов и/или на основании уравнений модели или же
составление таблицы для определения номинального значения технологического параметра при помощи проведения опытов и/или на основании уравнений модели.

4. Способ по п.3, при котором определение функции для расчета номинального значения технологического параметра включает максимизацию произведения коэффициента полезного действия теплопередачи от источника тепла в циклический процесс и коэффициента полезного действия циклического процесса или же при котором составление таблицы для определения номинального значения технологического параметра включает максимизацию произведения коэффициента полезного действия теплопередачи от источника тепла в циклический процесс и коэффициента полезного действия циклического процесса.

5. Способ по одному из пп.1-4, при котором соответствующим способом регулируют по меньшей мере один дополнительный технологический параметр.

6. Способ по одному из пп.1-4, при котором технологическим параметром или же технологическими параметрами являются температура испарения или давление испарения рабочей среды, и/или температура конденсации или давление конденсации в конденсаторе теплового циклического процесса, и/или температура пара или давление пара на выходе из расширительной машины теплового циклического процесса.

7. Способ по одному из пп.1-4, при котором регулирование теплового циклического процесса производят при помощи управления с прогнозирующими моделями (МРС).

8. Способ по одному из пп.1-4, при котором регулирование теплового циклического процесса осуществляют при помощи регулирования частоты вращения питательного насоса, расширительной машины и/или вентилятора конденсатора.

9. Способ по одному из пп.1-4, при котором регулирование включает повторяющееся или непрерывное сравнивание фактического значения с номинальным значением технологического параметра.

10. Устройство, содержащее:
тепловой циклический процесс, в частности органический цикл Ренкина, содержащий один или несколько теплообменников для передачи тепла от одного или нескольких источников тепла в рабочую среду теплового циклического процесса, и
микропроцессор для реализации способа по одному из пп.1-9 для регулирования теплового циклического процесса.

11. Компьютерный программный продукт, содержащий по меньшей мере один считываемый компьютером носитель информации, содержащий выполняемые компьютером при его работе инструкции для проведения этапов способа по одному из пп.1-9.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при эксплуатации теплофикационных турбоустановок на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ). Технический результат изобретения - повышение надежности эксплуатации теплофикационных турбоустановок на переменных режимах.

Изобретение относится к способу стабилизации сетевой частоты электрической сети электропитания. Двухвальная газовая турбина содержит мощную турбину и газогенератор, причем мощная турбина посредством первого вала соединена с первым генератором с возможностью передачи крутящего момента.

Изобретение относится к энергетике. Способ эксплуатации электростанции с системой управления и системой улавливания СО2 характеризуется тем, что систему управления используют для управления электрической мощностью, передаваемой из электростанции в систему улавливания СО2, причем мощность, потребляемую системой улавливания СО2, используют в качестве параметра управления для полезной выходной мощности электростанции, при этом полезную выходную мощность увеличивают путем управляемого уменьшения электрической мощности, потребляемой системой улавливания СО2.

Изобретение относится к энергетике. Способ запуска водородной паротурбинной энергоустановки основан на продувке полостей и магистралей нейтральным газом, поэтапной подаче компонентов топлива и воды в энергоустановку, согласно первому варианту изобретения запуск осуществляют при сниженном расходе компонентов топлива, не более 80% от номинального, в процессе запуска регулируют расход пара через турбину, изменяя мощность на выходном валу, а при выходе на номинальный режим подают дополнительные компоненты топлива и воды.

Изобретение относится к способу функционирования термодинамического контура согласно родовому понятию пункта 1 формулы изобретения, а также к термодинамическому контуру согласно родовому понятию пункта 7 формулы изобретения, подобный контур описан, например, в ЕР 1 613 841 В1.

Изобретение относится к способу и устройству для регулирования паротурбинной электростанции. .

Изобретение относится к области энергетики, в частности к паровым турбинам, использующим пар низких параметров. .

Изобретение относится к области энергетики, преимущественно к паротурбинным установкам (ПТУ) судов и электростанций. .

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ), где установлены турбины с противодавлением (типов «Р», «ПР», «ТР», «ПТР») и привключенные к ним турбины (турбины мятого пара), работающие с прямой связью по пару.

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано на мобильных миниТЭЦ. .
Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано на тепловых электростанциях, в котельных и в теплопотребляющих установках. Способ пуска заключается в открытии сбросных дренажей и открытии байпаса до положения, при котором дальнейшее открытие не приводит к выдерживанию постоянства скорости прогрева трубопровода. Для сохранения скорости прогрева на максимально допустимом уровне после полного открытия байпаса ограничивают сброс среды через сбросные дренажи, обеспечивая тем самым теплообмен при конденсации пара до достижения температурой нижней образующей трубопровода значения, равного величине температуры насыщения при давлении в источнике тепловой энергии. После чего открывают головную задвижку и обеспечивают скорость прогрева на максимально достижимом уровне за счет подключения потребителя пара и регулирования расхода на него. Заявляемое решение позволяет сократить время пуска паропровода в работу до минимального при условии соблюдения нормативных скоростей прогрева, повысить экономичность пуска путем сокращения потерь на пуске как за счет использования скрытой теплоты парообразования водяного пара, так и за счет ускорения пуска.

Изобретение относится к энергетике. Способ электрического повышения мощности пароэлектростанции с водопаровым контуром и расположенной в нем, состоящей из нескольких частей турбиной в электросеть. Пароэлектростанция содержит вспомогательный парогенератор, посредством которого потребители вспомогательного пара при пуске и/или остановке пароэлектростанции снабжаются вспомогательным паром. Согласно изобретению при запрашивании мощности от пароэлектростанции вне ее пуска и/или остановки вспомогательный пар подается из вспомогательного парогенератора в ее водопаровой контур, снабжая турбину пароэлектростанции дополнительным паром. Также представлена пароэлектростанция для осуществления способа. Изобретение позволяет быстро повысить мощность пароэлектростанции. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

Система управления для оптимизации электростанции, работающей на кислородном топливе, содержит оптимизатор, взаимодействующий с электростанцией, работающей на кислородном топливе; при этом электростанция, работающая на кислородном топливе, выполнена с возможностью возвращать углекислый газ из потока отработанного газа к котлу; платформу управления, при этом платформа управления выполнена с возможностью управления электростанцией, работающей на кислородном топливе; и моделирующее устройство, выполненное с возможностью моделирования работы электростанции, работающей на кислородном топливе. Технический результат изобретения - повышение эффективности работы станции. 2 н. и 27 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для утилизации теплоты тепловой электрической станции (ТЭС). Осуществляют подачу пара отопительных параметров из отборов паровой турбины в паровое пространство верхнего и нижнего сетевых подогревателей, подачу сетевой воды от потребителей по обратному трубопроводу сетевой воды в теплообменник-охладитель сетевой воды и в нижний, и верхний сетевые подогреватели, подачу сетевой воды в подающий трубопровод сетевой воды, направление отработавшего пара из паровой турбины в паровое пространство конденсатора, в котором пар конденсируется на поверхности конденсаторных трубок. Конденсат с помощью конденсатного насоса конденсатора паровой турбины направляют в систему регенерации. Дополнительно используют систему маслоснабжения подшипников паровой турбины, состоящую из охладителя, бака и насоса, и конденсационную установку, состоящую из конденсатора паровой турбины с производственным отбором пара и системы маслоснабжения ее подшипников с маслоохладителем. Осуществляют утилизацию низкопотенциальной теплоты системы маслоснабжения подшипников паровой турбины, утилизацию низкопотенциальной теплоты системы маслоснабжения подшипников паровой турбины с производственным отбором пара, утилизацию высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора и утилизацию избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды при помощи теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина. В цикле Ренкина в качестве охлаждающей жидкости используют низкокипящее рабочее тело, циркулирующее в замкнутом контуре. Низкокипящее рабочее тело сжимают в конденсатном насосе теплового двигателя, нагревают в теплообменнике-рекуператоре теплового двигателя, нагревают в охладителе масла, нагревают в маслоохладителе и нагревают в теплообменнике-охладителе сетевой воды, испаряют и перегревают в конденсаторе паровой турбины с производственным отбором пара, расширяют в турбодетандере теплового двигателя, снижают его температуру в теплообменнике-рекуператоре теплового двигателя и конденсируют в теплообменнике-конденсаторе теплового двигателя. В частном случае осуществления изобретения в качестве теплообменника-конденсатора теплового двигателя используют конденсатор воздушного охлаждения или конденсатор водяного охлаждения, или конденсатор воздушного и водяного охлаждения. В качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный пропан С3Н8. Обеспечивается повышение коэффициента полезного действия ТЭС за счет дополнительной выработки электрической энергии. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на тепловых электрических станциях (ТЭС) при утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды для дополнительной выработки электрической энергии. Способ утилизации теплоты тепловой электрической станции (ТЭС) включает подачу пара отопительных параметров из отборов паровой турбины в паровое пространство верхнего и нижнего сетевых подогревателей, подачу сетевой воды от потребителей по обратному трубопроводу сетевой воды в теплообменник-испаритель и нижний, и верхний сетевые подогреватели. Затем сетевую воду направляют в подающий трубопровод сетевой воды, отработавший пар направляют из паровой турбины в паровое пространство конденсатора, в котором пар конденсируется на поверхности конденсаторных трубок. Конденсат с помощью конденсатного насоса конденсатора паровой турбины направляют в систему регенерации. Утилизацию избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды осуществляют при помощи теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина, в котором в качестве охлаждающей жидкости используют низкокипящее рабочее тело, циркулирующее в замкнутом контуре, которое сжимают в конденсатном насосе теплового двигателя, испаряют и перегревают в теплообменнике-испарителе, расширяют в турбодетандере теплового двигателя и конденсируют в теплообменнике-конденсаторе теплового двигателя. В частном случае осуществления изобретения в качестве теплообменника-конденсатора теплового двигателя используют конденсатор воздушного охлаждения, или конденсатор водяного охлаждения, или конденсатор воздушного и водяного охлаждения. В качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный углекислый газ CO2. Обеспечивается повышение коэффициента полезного действия ТЭС за счет утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды для дополнительной выработки электрической энергии. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области энергетики к утилизации теплоты тепловой электрической станции (ТЭС). Осуществляют подачу пара отопительных параметров из отборов паровой турбины в паровое пространство верхнего и нижнего сетевых подогревателей, подачу сетевой воды от потребителей по обратному трубопроводу сетевой воды в теплообменник-охладитель сетевой воды и в нижний и верхний сетевые подогреватели, подачу сетевой воды в подающий трубопровод сетевой воды и направление отработавшего пара из паровой турбины в паровое пространство конденсатора, в котором пар конденсируется на поверхности конденсаторных трубок. Конденсат с помощью конденсатного насоса конденсатора паровой турбины направляют в систему регенерации. В тепловой электрической станции используют конденсационную установку, имеющую конденсатор паровой турбины с производственным отбором пара, и осуществляют утилизацию избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды и утилизацию высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора при помощи теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина. В цикле Ренкина в качестве охлаждающей жидкости используют низкокипящее рабочее тело, циркулирующее в замкнутом контуре. Низкокипящее рабочее тело сжимают в конденсатном насосе теплового двигателя, нагревают в теплообменнике-рекуператоре теплового двигателя и в теплообменнике-охладителе сетевой воды, испаряют и перегревают в конденсаторе паровой турбины с производственным отбором пара, расширяют в турбодетандере теплового двигателя, снижают его температуру в теплообменнике-рекуператоре теплового двигателя и конденсируют в теплообменнике-конденсаторе теплового двигателя. В частном случае осуществления изобретения в качестве теплообменника-конденсатора теплового двигателя используют конденсатор воздушного охлаждения, конденсатор водяного охлаждения или конденсатор воздушного и водяного охлаждения. В качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный пропан C3H8. Обеспечивается повышение коэффициента полезного действия ТЭС за счет утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды для дополнительной выработки электрической энергии. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для утилизации теплоты тепловой электрической станции (ТЭС). Осуществляют подачу пара отопительных параметров из отборов паровой турбины в паровое пространство верхнего и нижнего сетевых подогревателей, подачу сетевой воды от потребителей по обратному трубопроводу сетевой воды в теплообменник-охладитель сетевой воды и в нижний, и верхний сетевые подогреватели, направление сетевой воды в подающий трубопровод сетевой воды, направление отработавшего пара из паровой турбины в паровое пространство конденсатора, в котором пар конденсируется на поверхности конденсаторных трубок. Конденсат с помощью конденсатного насоса конденсатора паровой турбины направляют в систему регенерации. Используют конденсационную установку, имеющую конденсатор паровой турбины с производственным отбором пара, и систему маслоснабжения подшипников паровой турбины с маслоохладителем. Осуществляют утилизацию низкопотенциальной теплоты системы маслоснабжения подшипников паровой турбины с производственным отбором пара, утилизацию высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора и утилизацию избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды при помощи теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина. В цикле Ренкина в качестве охлаждающей жидкости используют низкокипящее рабочее тело, циркулирующее в замкнутом контуре. Низкокипящее рабочее тело сжимают в конденсатном насосе теплового двигателя, нагревают в маслоохладителе и в теплообменнике-охладителе сетевой воды, испаряют и перегревают в конденсаторе паровой турбины с производственным отбором пара, расширяют в турбодетандере теплового двигателя и конденсируют в теплообменнике-конденсаторе теплового двигателя. В частном случае осуществления изобретения в качестве теплообменника-конденсатора теплового двигателя используют конденсатор воздушного охлаждения, конденсатор водяного охлаждения или конденсатор воздушного и водяного охлаждения. В качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный пропан C3H8. Обеспечивается повышение коэффициента полезного действия ТЭС за счет утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды для дополнительной выработки электрической энергии. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для утилизации теплоты тепловой электрической станции (ТЭС). Осуществляют подачу пара отопительных параметров из отборов паровой турбины в паровое пространство верхнего и нижнего сетевых подогревателей, подачу сетевой воды от потребителей по обратному трубопроводу сетевой воды в теплообменник-охладитель сетевой воды и в нижний, и верхний сетевые подогреватели, подачу сетевой воды в подающий трубопровод сетевой воды, направление отработавшего пара из паровой турбины в паровое пространство конденсатора, в котором пар конденсируется на поверхности конденсаторных трубок. Конденсат с помощью конденсатного насоса конденсатора паровой турбины направляют в систему регенерации. Дополнительно используют конденсационную установку, имеющую конденсатор паровой турбины с производственным отбором пара и систему маслоснабжения ее подшипников с маслоохладителем, и осуществляют утилизацию низкопотенциальной теплоты системы маслоснабжения подшипников паровой турбины с производственным отбором пара, утилизацию высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора и утилизацию избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды при помощи теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина. В цикле Ренкина в качестве охлаждающей жидкости используют низкокипящее рабочее тело, циркулирующее в замкнутом контуре. Низкокипящее рабочее тело сжимают в конденсатном насосе теплового двигателя, нагревают в теплообменнике-рекуператоре теплового двигателя, нагревают в маслоохладителе, нагревают в теплообменнике-охладителе сетевой воды, испаряют и перегревают в конденсаторе паровой турбины с производственным отбором пара, расширяют в турбодетандере теплового двигателя, снижают его температуру в теплообменнике-рекуператоре теплового двигателя и конденсируют в теплообменнике-конденсаторе теплового двигателя. В частном случае осуществления изобретения в качестве теплообменника-конденсатора теплового двигателя используют конденсатор воздушного охлаждения, или конденсатор водяного охлаждения, или конденсатор воздушного и водяного охлаждения. В качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный пропан C3H8.Обеспечивается повышение коэффициента полезного действия ТЭС для дополнительной выработки электрической энергии. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на тепловых электрических станциях (ТЭС) при утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды и утилизации высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора для дополнительной выработки электрической энергии. Способ утилизации теплоты тепловой электрической станции (ТЭС) включает подачу пара отопительных параметров из отборов паровой турбины в паровое пространство верхнего и нижнего сетевых подогревателей, подачу сетевой воды от потребителей по обратному трубопроводу сетевой воды в теплообменник-охладитель сетевой воды и в нижний, и верхний сетевые подогреватели, подачу сетевой воды в подающий трубопровод сетевой воды и направление отработавшего пара из паровой турбины в паровое пространство конденсатора, в котором пар конденсируется на поверхности конденсаторных трубок. Конденсат с помощью конденсатного насоса конденсатора паровой турбины направляют в систему регенерации. Используют конденсационную установку, имеющую конденсатор паровой турбины с производственным отбором пара. Утилизацию избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды и утилизацию высокопотенциальной теплоты пара производственного отбора осуществляют при помощи теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина, в котором в качестве охлаждающей жидкости используют низкокипящее рабочее тело, циркулирующее в замкнутом контуре, которое сжимают в конденсатном насосе теплового двигателя, нагревают в теплообменнике-охладителе сетевой воды, испаряют и перегревают в конденсаторе паровой турбины с производственным отбором пара, расширяют в турбодетандере теплового двигателя и конденсируют в теплообменнике-конденсаторе теплового двигателя. В частных случаях осуществления изобретения в качестве теплообменника-конденсатора теплового двигателя используют конденсатор воздушного охлаждения или конденсатор водяного охлаждения, или конденсатор воздушного и водяного охлаждения. В качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный углекислый газ CO2. Обеспечивается повышение коэффициента полезного действия ТЭС за счет утилизации избыточной низкопотенциальной теплоты обратной сетевой воды для дополнительной выработки электрической энергии. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на тепловых электрических станциях (ТЭС) при утилизации низкопотенциальной теплоты системы маслоснабжения подшипников паровой турбины для дополнительной выработки электрической энергии. Осуществляют подачу отработавшего пара из паровой турбины в паровое пространство конденсатора, в котором пар конденсируется на поверхности конденсаторных трубок. Конденсат с помощью конденсатного насоса конденсатора паровой турбины направляют в систему регенерации. В паровой турбине используют систему маслоснабжения подшипников паровой турбины с маслоохладителем и осуществляют утилизацию низкопотенциальной теплоты системы маслоснабжения подшипников паровой турбины при помощи теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции, работающего по органическому циклу Ренкина, в котором в качестве охлаждающей жидкости используют низкокипящее рабочее тело, циркулирующее в замкнутом контуре. Низкокипящее рабочее тело сжимают в конденсатном насосе теплового двигателя, испаряют и перегревают в маслоохладителе, расширяют в турбодетандере теплового двигателя и конденсируют в теплообменнике-конденсаторе теплового двигателя. В частном случае осуществления изобретения в качестве теплообменника-конденсатора теплового двигателя используют конденсатор воздушного охлаждения, или конденсатор водяного охлаждения, или конденсатор воздушного и водяного охлаждения. В качестве низкокипящего рабочего тела используют сжиженный углекислый газ CO2. Повышается коэффициент полезного действия ТЭС за счет утилизации низкопотенциальной теплоты системы маслоснабжения подшипников паровой турбины для дополнительной выработки электрической энергии. 2 з.п. ф-лы, 1 пр., 1 ил.
Наверх