Устройство для рекуперации отработанного тепла с комбинированной выработкой тепла и электроэнергии (снр) при пиковой электрической нагрузке и способ его работы - RU2645652C2

Чертежи

Описание

ТЕХНИЧЕСКАЯ ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к теплообменнику и способу его работы и, в частности, к устройству для рекуперации отработанного тепла с комбинированной выработкой тепла и электроэнергии (СНР) при пиковой электрической нагрузке и к способу его работы с помощью использования технологии аккумулирования тепла, в сочетании с комбинированной выработкой тепла и электроэнергии (СНР) и рекуперацией отработанного тепла. Настоящее изобретение относится к выработке энергии и мощности.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Северный Китай принадлежит к областям, которые богаты энергией ветра, и ветроэнергетика стремительно развивается в этих областях; кроме того, проектная мощность энергии ветра увеличивается из года в год, а доля проектной мощности энергии ветра в общей проектной мощности также увеличивается из года в год. Тем не менее, энергия ветра имеет антинагрузочные характеристики, то есть во время провала электрической нагрузки в энергосистеме в ночное время выходная энергия ветра является большой, а во время пика электрической нагрузки в энергосистеме в дневное время выходная энергия ветра является небольшой. Между тем, разница между пиком электрической нагрузки и провалом электрической нагрузки также увеличивается из года в год, что приводит к трудностям во время пика электрической нагрузки.

В настоящее время города и поселки в Северном Китае по-прежнему зависят от угольных котельных, в результате чего тепло подается с высоким потреблением энергии и высоким уровнем загрязнения. Устройство комбинированной выработки тепла и электроэнергии (СНР) является эффективным способом теплоснабжения. Тем не менее, тепловые энергетические установки в Китае работают путем «тепло обуславливает электроэнергию». Для того чтобы обеспечить подачу тепла, регулирование диапазонов мощности для многих тепловых энергетических установок значительно ограничено, а выработка энергии не может быть ниже во время провала электрической нагрузки, таким образом, состязаясь в управлении объемом внутрисетевой энергии ветра и приводит к тому, что ветроэнергетическая установка должна ограничивать свою выходную мощность, что приводит к явлениям «остановки вентилятора» в областях, богатых ветровой энергией в Северном Китае.

Применяя технологии теплового насоса для рекуперации отводимого отработанного тепла от устройства комбинированной выработки тепла и электроэнергии (СНР), можно еще больше повысить эффективность теплоснабжения при комбинированной выработке тепла и электроэнергии (СНР), но все же не может изменить режим работы «тепло обуславливает электричество». Устройство комбинированной выработки тепла и электроэнергии (СНР) может работать в режиме «электроэнергия обуславливает тепло» путем сочетания аккумулирования тепла и комбинированной выработки тепла и электроэнергии (СНР) в результате стабилизации колебаний тепловой мощности в аккумулировании тепла, однако при использовании в сочетании с технологией рекуперации отводимого отработанного тепла на энергетических установках оно по-прежнему не может обеспечить устойчивую рекуперацию отводимого отработанного тепла от энергетической установки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для решения вышеуказанных проблем целью изобретения является создание устройства рекуперации отводимого отработанного тепла с комбинированной выработкой тепла и электроэнергии (СНР) при пиковой электрической нагрузке и способа его работы с помощью использования технологии аккумулирования тепла в сочетании с рекуперацией отводимого отработанного тепла при комбинированной выработке тепла и электроэнергии (СНР), с тем чтобы реализовать устройство комбинированной выработки тепла и электроэнергии (СНР) при пиковой электрической нагрузке на основе реализации рекуперации отработанного тепла.

Для того чтобы реализовать вышеуказанную цель, настоящее изобретение использует следующее техническое решение: предложено устройство рекуперации отработанного тепла с комбинированной выработкой тепла и электроэнергии (СНР) при пиковой электрической нагрузке, отличающееся тем, что оно содержит внутреннюю секцию энергетической установки и теплообменную секцию,

причем внутренняя секция энергетической установки в целом содержит теплообменник (1), электрический тепловой насос (2) для рекуперации отработанного тепла, электрический тепловой насос (3) для аккумуляции энергии, высокотемпературный бак (4) для хранения воды, низкотемпературный бак (5) для хранения воды, нагреватель (6) тепловых контуров, клапаны (11-19) и циркуляционные водяные насосы (20-23); при этом впускное отверстие теплообменника (1) соединено с противоточной трубой (1-1) первичного контура, а выпускное отверстие теплообменника (1) параллельно соединено соответственно с впускными отверстиями клапанов (11) и (12) и циркуляционного водяного насоса (20); впускное отверстие электрического теплового насоса (2) для рекуперации отработанного тепла соединено с выпускным отверстием клапана (12), а выпускное отверстие электрического теплового насоса (2) для рекуперации отработанного тепла соединено с впускным отверстием нагревателя (6) тепловых контуров; верхнее впускное/выпускное отверстие высокотемпературного бака (4) для хранения воды параллельно соединено соответственно с выпускным отверстием клапана (13) и впускным отверстием клапана (14), впускное отверстие клапана (13) соединено с выпускным отверстием конденсатора электрического теплового насоса (3) для аккумуляции энергии, и выпускное отверстие клапана (14) соединено с впускным отверстием нагревателя (6) тепловых контуров; нижнее впускное/выпускное отверстие высокотемпературного бака для хранения воды параллельно соединено соответственно с выпускным отверстием клапана (15) и впускным отверстием циркуляционного водяного насоса (21), впускное отверстие клапана (15) соединено с выпускным отверстием циркуляционного водяного насоса (20), а выпускное отверстие циркуляционного водяного насоса (21) соединено с впускным отверстием конденсатора электрического теплового насоса (3) для аккумуляции энергии через клапан (16); верхнее впускное/выпускное отверстие низкотемпературного бака (5) для хранения воды параллельно соединено соответственно с выпускным отверстием клапана (11) и впускным отверстием клапана (17), а выпускное отверстие клапана (17) соединено с впускным отверстием испарителя электрического теплового насоса (3) для аккумуляции энергии; нижнее впускное/выпускное отверстие низкотемпературного бака (5) для хранения воды параллельно соединено, соответственно, с выпускным отверстием клапана (18) и впускным отверстием циркуляционного водяного насоса (22), а впускное отверстие клапана (18) соединено с выпускным отверстием испарителя электрического теплового насоса (3) для аккумуляции энергии через циркуляционный водяной насос (23), и выпускное отверстие циркуляционного водяного насоса (22) параллельно соединено с впускным отверстием теплообменника (1) через клапан (19);

причем теплообменная секция в целом содержит высокотемпературный бак (7) для хранения воды, низкотемпературный бак (8) для хранения воды, электрический тепловой насос (9), теплообменник (10), клапаны (24-35) и циркуляционный водяной насос (36-37); при этом верхнее впускное/выпускное отверстие высокотемпературного бака (7) для хранения воды параллельно соединено соответственно с выпускным отверстием клапана (24) и впускным отверстием циркуляционного водяного насоса (36), впускное отверстие клапана (24) соединено с выпускным отверстием нагревателя (6) тепловых контуров через трубу (1-2) питающей воды первичного контура, выпускное отверстие циркуляционного водяного насоса (36), параллельно соединенное с трубой (1-2) питающей воды первичного контура через клапан (25), соединено с впускным отверстием (26) клапана, а выпускное отверстие клапана (26) соединено с впускным отверстием первичного контура теплообменника (10); нижнее впускное/выпускное отверстие высокотемпературного бака (7) для хранения воды параллельно соединено соответственно с выпускным отверстием клапана (27) и впускным отверстием клапана (28), впускное отверстие клапана (27) соединено с выпускным отверстием первичного контура теплообменника (10), а выпускное отверстие клапана (28) соединено с впускным отверстием испарителя электрического теплового насоса (9); верхнее впускное/выпускное отверстие низкотемпературного бака (8) для хранения воды также параллельно соединено соответственно с выпускным отверстием клапана (27) и впускным отверстием клапана (28), нижнее впускное/выпускное отверстие низкотемпературного бака (8) для хранения воды параллельно соединено соответственно с выпускным отверстием клапана (29) и впускным отверстием клапана (30), а выпускное отверстие клапана (30) соединено с противоточной трубой (1-1) первичного контура; выпускное отверстие испарителя электрического теплового насоса (9) параллельно соединено соответственно с впускным отверстием циркуляционного водяного насоса (37) и противоточной трубой (1-1) первичного контура через клапан (31), а выпускное отверстие циркуляционного водяного насоса (37) соединено с впускным отверстием клапана (29); противоточная труба (1-3) вторичного контура параллельно соединена соответственно с впускными отверстиями клапана (32) и клапана (33), выпускное отверстие клапана (32) соединено с впускным отверстием вторичного контура теплообменника (10), оба выпускных отверстия - как клапана (33), так и вторичного контура теплообменника (10) параллельно соединены соответственно с впускными отверстиями клапана (34) и клапана (35), выпускное отверстие клапана (35) соединено с трубой (1-4) питающей воды вторичного контура, выпускное отверстие клапана (34) соединено с впускным отверстием конденсатора электрического теплового насоса (9), и выпускное отверстие конденсатора электрического теплового насоса (9) соединено с трубой (1-4) питающей воды вторичного контура.

В предпочтительном варианте выполнения теплообменник (1) содержит конденсатор или теплообменник вода-вода.

В предпочтительном варианте выполнения теплообменник (10) содержит теплообменник пластинчатого типа или теплообменник абсорбционного типа.

Способ работы устройства рекуперации отработанного тепла с комбинированной выработкой тепла и электроэнергии (СНР) при пиковой электрической нагрузке, описанного выше, отличается тем, что в нем регулируют режимы работы устройства через сочетание различных переключателей клапанов, так что устройство может работать соответственно в периоды провала электрической нагрузки, неизменной электрической нагрузки и пиковой электрической нагрузки:

1) в течение периода провала электрической нагрузки: во внутренней секции энергетической установки клапан (11), клапан (14), клапан (15), клапан (19), циркуляционный водяной насос (20) и циркуляционный водяной насос (22) закрыты; клапан (12), клапан (13), клапан (16), клапан (17), клапан (18), циркуляционный водяной насос (21) и циркуляционный водяной насос (23) открыты; обеспечивают последовательное поступление низкотемпературного обратного потока воды первичного контура, обеспечиваемого противоточной трубой (1-1) первичного контура, в теплообменник (1) и электрический тепловой насос (2) для рекуперации отработанного тепла; с помощью теплообменника (1) и электрического теплового насоса (2) для рекуперации отработанного тепла обеспечивают рекуперацию отводимого отработанного тепла устройства комбинированной выработки тепла и электроэнергии (СНР) для нагрева низкотемпературного обратного потока воды первичного контура; обеспечивают протекание нагретой нагревающей контур воды из электрического теплового насоса (4) для рекуперации отработанного тепла в подогревающий контур нагреватель (6), в котором нагретую нагревающую контур воду извлекают в виде пара и нагревают устройством комбинированной выработки тепла и электроэнергии (СНР) до расчетной температуры нагрева контура для получения высокотемпературной питающей воды первичного контура, поступающей в трубу (1-2) питающей воды первичного контура, которая поставляет высокотемпературную питающую воду первичного контура; между тем, воду, содержащуюся в высокотемпературном баке (4) для хранения воды, извлекают из нижнего выпускного отверстия с помощью циркуляционного водяного насоса (21) и обеспечивают ее поступление в конденсатор электрического теплового насоса (3) для аккумуляции энергии; и после теплообмена и подогрева обеспечивают протекание воды обратно в высокотемпературный бак (4) для хранения воды из верхнего впускного отверстия; воду, содержащуюся в низкотемпературном баке (5) для хранения воды, выдавливают из верхнего выпускного отверстия и обеспечивают ее поступление в испаритель электрического теплового насоса (3) для аккумуляции энергии; и после теплообмена и охлаждения воду направляют в низкотемпературный бак (5) для хранения воды из нижнего впускного отверстия через циркуляционный водяной насос (23);

в теплообменной секции клапан (25), клапан (26), клапан (27), клапан (30), клапан (32), клапан (35) и циркуляционный водяной насос (36) закрыты; другие клапаны и циркуляционный водяной насос (37) открыты; обеспечивают поступление высокотемпературного потока питающей воды первичного контура, обеспечиваемого трубой (1-2) питающей воды первичного контура, в высокотемпературный бак (7) для хранения воды из верхнего впускного отверстия; высокотемпературную питающую воду хранят в высокотемпературном баке (7) для хранения воды, выдавливая, таким образом, воду со средней температурой, хранящуюся в высокотемпературном баке (7) для хранения воды, из нижнего выпускного отверстия, которую смешивают с водой со средней температурой, выдавленной из верхнего выпускного отверстия низкотемпературного бака (8) для хранения воды; затем обеспечивают поступление смешанной воды в испаритель электрического теплового насоса (9); после теплообмена и охлаждения смешанную воду разделяют на две ветви, одну из которых направляют в низкотемпературный бак (8) для хранения воды из нижнего впускного отверстия через циркуляционный водяной насос (37), а другую подают в противоточную трубу (1-1) первичного контура; между тем, обеспечивают прохождение низкотемпературного обратного потока воды вторичного контура, обеспечиваемого трубой (1-3) питающей воды вторичного контура, через конденсатор электрического теплового насоса (9); и после теплообмена и нагревания низкотемпературного обратного потока воды вторичного контура получают высокотемпературный поток питающей воды, который протекает в трубу (1-4) питающей воды вторичного контура для подачи потребителям тепла;

2) во время периода неизменной электрической нагрузки: во внутренней секции энергетической установки клапан (16), клапан (18), циркуляционный водяной насос (21) и циркуляционный водяной насос (23) закрыты; электрический тепловой насос (3) для аккумуляции энергии закрыт; а другие части работают таким же образом, что и во время периода провала электрической нагрузки;

в теплообменной секции клапан (24), клапан (25), клапан (29), клапан (30), клапан (33), клапан (35) и циркуляционный водяной насос (37) закрыты; другие клапаны и циркуляционный водяной насос (36) открыты; обеспечивают протекание высокотемпературного потока питающей воды первичного контура, обеспечиваемого трубой (1-2) питающей воды первичного контура, последовательно через сторону первичного контура теплообменника (10) и испаритель электрического теплового насоса (9); после теплообмена и охлаждения высокотемпературного потока питающей воды первичного контура получают низкотемпературный обратный поток первичного контура, который протекает в противоточную трубу (1-1) первичного контура; между тем, обеспечивают протекание низкотемпературного обратного потока вторичного контура, обеспечиваемого противоточной трубой (1-3) вторичного контура, последовательно через сторону вторичного контура теплообменника (10) и конденсатор электрического теплового насоса (9); и после теплообмена и нагревания низкотемпературного обратного потока вторичного контура получают высокотемпературный поток питающей воды вторичного контура, который протекает в трубу (1-4) питающей воды вторичного контура для подачи потребителям тепла;

3) в период электрической пиковой нагрузки: во внутренней секции энергетической установки клапан (12), клапан (13), клапан (16), клапан (17), клапан (18), циркуляционный водяной насос (21) и циркуляционный водяной насос (23) закрыты; клапан (11), клапан (14), клапан (15), клапан (19), циркуляционный водяной насос (20) и циркуляционный водяной насос (22) открыты; низкотемпературную воду, содержащуюся в низкотемпературном баке (5) для хранения воды, вытягивают из нижнего выпускного отверстия и смешивают с низкотемпературным обратным потоком воды первичного контура, а затем смешанную низкотемпературную воду направляют в теплообменник (1); теплообменник (1) рекуперирует отведенное отработанное тепло из устройства комбинированной выработки тепла и электроэнергии (СНР) для нагрева смешанной низкотемпературной воды; нагревающую контур воду, нагретую в теплообменнике (1), разделяют на две ветви, одну из которых возвращают в низкотемпературный бак (5) для хранения воды через верхнее впускное отверстие, а другую направляют в высокотемпературный бак (4) для хранения воды из нижнего впускного отверстия через циркуляционный водяной насос (20); при этом высокотемпературную воду, содержащуюся в высокотемпературном баке (4) для хранения воды, выдавливают из верхнего выпускного отверстия, а затем направляют в подогревающий контур нагреватель (6); причем высокотемпературную воду извлекают в виде пара и нагревают устройством комбинированной выработки тепла и электроэнергии (СНР) до расчетной температуры нагрева контура для получения высокотемпературной питающей воды первичного контура, поступающей в трубу (1-2) питающей воды первичного контура, которая поставляет высокотемпературную питающую воду первичного контура;

в теплообменной секции клапан (24), клапан (28), клапан (29), клапан (31), клапан (33), клапан (34) и циркуляционный водяной насос (37) закрыты; электрический тепловой насос (9) отключен; другие клапаны и циркуляционный водяной насос (36) открыты; высокотемпературную воду, содержащуюся в высокотемпературном баке (7) для хранения воды, вытягивают из верхнего выпускного отверстия с помощью циркуляционного водяного насоса (36) и смешивают с высокотемпературным потоком питающей воды первичного контура, обеспечиваемой трубой (1-2) питающей воды первичного контура; а затем обеспечивают протекание смешанной воды через сторону первичного контура теплообменника (10); после теплового обмена и охлаждения смешанной воды получают воду со средней температурой и ее поток разделяют на две ветви, одна из которых протекает в высокотемпературный бак (7) для хранения воды из нижнего впускного отверстия, а другая протекает в низкотемпературный бак (8) для хранения воды из верхнего впускного отверстия, выдавливая тем самым низкотемпературную воду, хранящуюся в низкотемпературном баке (8) для хранения воды, из нижнего выпускного отверстия; обеспечивают протекание выдавленной низкотемпературной воды в противоточную трубу (1-1) первичного контура; между тем, обеспечивают протекание низкотемпературного обратного потока воды вторичного контура, обеспечиваемого противоточной трубой (1-3) вторичного контура, через сторону вторичного контура теплообменника (10); и после теплообмена и нагревания низкотемпературного обратного потока воды вторичного контура получают высокотемпературный поток питающей воды вторичного контура, который протекает в трубу (1-4) питающей воды вторичного контура для подачи потребителям тепла.

Устройство рекуперации отработанного тепла с комбинированной выработкой тепла и электроэнергии (СНР) при пиковой электрической нагрузке отличается тем, что оно содержит внутреннюю секцию энергетической установки и теплообменную секцию,

причем внутренняя секция энергетической установки в целом содержит теплообменник (1), электрический тепловой насос (2) для рекуперации отработанного тепла, электрический тепловой насос (3) для аккумуляции энергии, высокотемпературный бак (4) для хранения воды, низкотемпературный бак (5) для хранения воды, подогревающий контур нагреватель (6), клапаны (11-19) и циркуляционные водяные насосы (20-23); при этом впускное отверстие теплообменника (1) соединено с противоточной трубой (1-1) первичного контура, а выпускное отверстие теплообменника (1) параллельно соединено соответственно с впускными отверстиями клапана (11), клапана (12) и циркуляционного водяного насоса (20); впускное отверстие электрического теплового насоса (2) для рекуперации отработанного тепла соединено с выпускным отверстием клапана (12), и выпускное отверстие электрического теплового насоса (2) для рекуперации отработанного тепла соединено с впускным отверстием подогревающего контур нагревателя (6); верхнее впускное/выпускное отверстие высокотемпературного бака (4) для хранения воды параллельно соединено соответственно с выпускным отверстием клапана (13) и впускным отверстием клапана (14), впускное отверстие клапана (13) соединено с выпускным отверстием конденсатора электрической теплового насоса (3) для аккумуляции энергии, а выпускное отверстие клапана (14) соединено с впускным отверстием подогревающего контур нагревателя (6); нижнее впускное/выпускное отверстие высокотемпературного бака для хранения воды параллельно соединено соответственно с выпускным отверстием клапана (15) и впускным отверстием циркуляционного водяного насоса (21), впускное отверстие клапана (15) соединено с выпускным отверстием циркуляционного водяного насоса (20), а выпускное отверстие циркуляционного водяного насоса (21) соединено с впускным отверстием конденсатора электрического теплового насоса (3) для аккумуляции энергии через клапан (16); верхнее впускное/выпускное отверстие низкотемпературного бака (5) для хранения воды параллельно соединено соответственно с выпускным отверстием клапана (11) и впускным отверстием клапана (17), и выпускное отверстие клапана (17) соединено с впускным отверстием испарителя электрического теплового насоса (3) для аккумуляции энергии; нижнее впускное/выпускное отверстие низкотемпературного бака (5) для хранения воды параллельно соединено соответственно с выпускным отверстием клапана (18) и впускным отверстием циркуляционного водяного насоса (22), впускное отверстие клапана (18) соединено с выпускным отверстием испарителя электрического теплового насоса (3) для аккумуляции энергии через циркуляционный водяной насос (23), и выпускное отверстие циркуляционного водяного насоса (22) параллельно соединено с впускным отверстием теплообменника (1) через клапан (19);

причем теплообменная секция, главным образом, содержит низкотемпературный бак (8) для хранения воды, электрический тепловой насос (9), теплообменник (10), клапаны (26-35) и циркуляционный водяной насос (37); причем впускное отверстие клапана (26) соединено с выпускным отверстием подогревающего контур нагревателя (6) с помощью трубы (1-2) питающей воды первичного контура; выпускное отверстие клапана (26) соединено с впускным отверстием теплообменника (10) первичного контура; верхнее впускное/выпускное отверстие низкотемпературного бака (8) для хранения воды параллельно соединено соответственно с выпускным отверстием клапана (27) и впускным отверстием клапана (28); впускное отверстие клапана (27) соединено с выпускным отверстием теплообменника (10) первичного контура, и выпускное отверстие клапана (28) соединено с впускным отверстием испарителя электрического теплового насоса (9); нижнее впускное/выпускное отверстие низкотемпературного бака (8) для хранения воды параллельно соединено соответственно с выпускным отверстием клапана (29) и впускным отверстием клапана (30), и выпускное отверстие клапана (30) соединено с противоточной трубой (1-1) первичного контура; выпускное отверстие испарителя электрического теплового насоса (9) параллельно соединено соответственно с впускным отверстием циркуляционного водяного насоса (37) и противоточной трубой (1-1) первичного контура через клапан (31), а также выпускное отверстие циркуляционного водяного насоса (37) соединено с впускным отверстием клапана (29); противоточная труба (1-3) вторичного контура параллельно соединена соответственно с впускными отверстиями клапана (32) и клапана (33), выпускное отверстие клапана (32) соединено с впускным отверстием теплообменника (10) вторичного контура, оба выпускных отверстия клапана (33) и теплообменника (10) вторичного контура параллельно соединены соответственно с впускными отверстиями клапана (34) и клапана (35), выпускное отверстие клапана (35) соединено с трубой (1-4) питающей воды вторичного контура, выпускное отверстие клапана (34) соединен с впускным отверстием конденсатора электрического теплового насоса (9), а выпускное отверстие конденсатора электрического теплового насоса (9) соединено с трубой (1-4) питающей воды вторичного контура.

В предпочтительном варианте выполнения теплообменник (1) содержит конденсатор или теплообменник вода-вода.

В предпочтительном варианте выполнения теплообменник (10) содержит теплообменник пластинчатого типа или теплообменник абсорбционного типа.

Способ работы устройства рекуперации отработанного тепла с комбинированной выработкой тепла и электроэнергии (СНР) при пиковой электрической нагрузке, описанного выше, отличается тем, что в нем регулируют режимы работы устройства путем сочетания различных переключателей клапанов, так что устройство может работать соответственно в периоды провала электрической нагрузки, неизменной электрической нагрузки и пиковой электрической нагрузки:

1) в течение периода провала электрической нагрузки: во внутренней секции энергетической установки клапан (11), клапан (14), клапан (15), клапан (19), циркуляционный водяной насос (20) и циркуляционный водяной насос (22) закрыты; клапан (12), клапан (13), клапан (16), клапан (17), клапан (18), циркуляционный водяной насос (21) и циркуляционный водяной насос (23) открыты; обеспечивают поступление низкотемпературного обратного потока воды первичного контура, обеспечиваемого противоточной трубой (1-1) первичного контура, последовательно в теплообменник (1) и в электрический тепловой насос (2) для рекуперации отработанного тепла; теплообменник (1) и электрический тепловой насос (2) для рекуперации отработанного тепла рекуперирует отведенное отработанное тепло от устройства комбинированной выработки тепла и электроэнергии (СНР) для нагрева низкотемпературного обратного потока воды первичного контура; обеспечивают протекание нагретой нагревающей контур воды из электрического теплового насоса (4) для рекуперации отработанного тепла в подогревающий контур нагревателя (6), в котором нагретую нагревающую контур воду извлекают в виде пара и нагревают устройством комбинированной выработки тепла и электроэнергии (СНР) до расчетной температуры нагрева контура для получения высокотемпературной питающей воды первичного контура, поступающей в трубу (1-2) питающей воды первичного контура, которая поставляет высокотемпературную питающую воду первичного контура; между тем, воду, содержащуюся в высокотемпературном баке для хранения воды (4), извлекают из нижнего выпускного отверстия с помощью циркуляционного водяного насоса (21) и подают в конденсатор электрического теплового насоса (3) для аккумуляции энергии; и после теплообмена и нагрева обеспечивают протекание воды обратно в высокотемпературный бак (4) для хранения воды из верхнего впускного отверстия; воду, содержащуюся в низкотемпературном баке (5) для хранения воды, выдавливают из верхнего выпускного отверстия и подают в испаритель электрического теплового насоса (3) для аккумуляции энергии; и после теплообмена и охлаждения воду направляют в низкотемпературный бак (5) для хранения воды из нижнего впускного отверстия через циркуляционный водяной насос (23);

в теплообменной секции клапан (30), клапан (33), клапан (35) закрыты; другие клапаны и циркуляционный водяной насос (37) открыты; высокотемпературный поток питающей воды первичного контура, обеспечиваемый трубой (1-2) питающей воды первичного контура, сначала проходит через сторону первичного контура теплообменника (10); и после теплообмена и охлаждения высокотемпературный поток питающей воды первичного контура смешивают с запасенной водой со средней температурой, выдавленной из верхнего выпускного отверстия низкотемпературного бака (8) для хранения воды, а затем смешанную воду подают через испаритель электрического теплового насоса (9); после дальнейшего теплообмена и охлаждения смешанную воду разделяют на две ветви, одну из которых направляют в низкотемпературный бак (8) для хранения воды из нижнего впускного отверстия циркуляционным водяным насосом (37), а другую подают в противоточную трубу (1-1) первичного контура; между тем, низкотемпературный обратный поток вторичного контура, обеспечиваемый трубой (1-3) питающей воды вторичного контура, сначала пропускают через сторону вторичного контура теплообменника (10); после теплообмена и нагрева низкотемпературный обратный поток вторичного контура поддают в конденсатор электрического теплового насоса (9); после дальнейшего теплообмена и нагревания низкотемпературного обратного потока вторичного контура получают высокотемпературный поток питающей воды, который протекает в трубу (1-4) питающей воды вторичного контура для подачи потребителям тепла;

2) в период неизменной электрической нагрузки: во внутренней секции энергетической установки клапан (16), клапан (18), циркуляционный водяной насос (21) и циркуляционный водяной насос (23) закрыты; электрической тепловой насос (3) для аккумуляции энергии выключен, а другие части работают таким же образом, что и во время периода провала электрической нагрузки;

в теплообменной секции клапан (29), клапан (30), клапан (33), клапан (35) и циркуляционный водяной насос (37) закрыты; другие клапаны открыты; высокотемпературный поток питающей воды первичного контура, обеспечиваемый трубой (1-2) питающей воды первичного контура, последовательно подают через сторону первичного контура теплообменника (10) и испаритель электрического теплового насоса (9), после теплообмена и охлаждения высокотемпературного потока питающей воды первичного контура получают низкотемпературный обратный поток воды первичного контура, который протекает в противоточную трубу (1-1) первичного контура; между тем, низкотемпературный обратный поток воды вторичного контура, обеспечиваемый противоточной трубой (1-3) вторичного контура, последовательно подают через сторону вторичного контура теплообменника (10) и конденсатор электрического теплового насоса (9); и после теплообмена и нагревания низкотемпературного обратного потока воды вторичного контура получают высокотемпературный поток питающей воды вторичного контура, который протекает трубу (1-4) питающей воды вторичного контура для подачи потребителям тепла;

3) в период пиковой электрической нагрузки: во внутренней секции энергетической установки клапан (12), клапан (13), клапан (16), клапан (17), клапан (18), циркуляционный водяной насос (21) и циркуляционный водяной насос (23) закрыты; клапан (11), клапан (14), клапан (15), клапан (19), циркуляционный водяной насос (20) и циркуляционный водяной насос (22) открыты; низкотемпературную воду, содержащуюся в низкотемпературном баке (5) для хранения воды, вытягивают из нижнего выпускного отверстия и смешивают с низкотемпературным обратным потоком воды первичного контура, а затем смешанную низкотемпературную воду направляют в теплообменник (1); теплообменник (1) рекуперирует отведенное отработанное тепло от устройства комбинированной выработки тепла и электроэнергии (СНР) для нагрева низкотемпературной смешанной воды; нагревающую контур воду, нагретую в теплообменнике (1), разделяют на две ветви, одну из которых возвращают в низкотемпературный бак (5) для хранения воды из верхнего впускного отверстия, а другую направляют в высокотемпературный бак (4) для хранения воды из нижнего впускного отверстия через циркуляционный водяной насос (20); высокотемпературную воду, содержащуюся в высокотемпературном баке (4) для хранения воды, выдавливают из верхнего выпускного отверстия, а затем направляют в подогревающий контур нагревателя (6); причем нагретую нагревающую контур воду извлекают в виде пара и нагревают устройством комбинированной выработки тепла и электроэнергии (СНР) до расчетной температуры нагрева контура для получения высокотемпературной питающей воды первичного контура, поступающей в трубу (1-2) питающей воды первичного контура, которая поставляет высокотемпературную питающую воду первичного контура;

в теплообменной секции клапан (28), клапан (29), клапан (31), клапан (33), клапан (34) и циркуляционный водяной насос (37) закрыты; электрический тепловой насос (9) отключен; другие клапаны открыты; обеспечивают протекание высокотемпературного потока питающей воды первичного контура, обеспечиваемого трубой (1-2) питающей воды первичного контура, через сторону первичного контура теплообменника (10) и в низкотемпературный бак (8) для хранения воды после теплообмена и охлаждения; низкотемпературную воду, содержащуюся в низкотемпературном баке (8) для хранения воды, выдавливают из нижнего выпускного отверстия и направляют в противоточную трубу (1-1) первичного контура; между тем, низкотемпературный обратный поток воды вторичного контура, обеспечиваемый противоточной трубой (1-3) вторичного контура, попускают через сторону вторичного контура теплообменника (10); и после теплообмена и нагревания низкотемпературного обратного потока воды вторичного контура получают высокотемпературный поток питающей воды вторичного контура, который протекает в трубу (1-4) питающей воды вторичного контура для подачи потребителям тепла.

Применяя вышеуказанные технические решения, изобретение имеет следующие преимущества:

1. Устройство рекуперации отработанного тепла, в соответствии с изобретением, содержит внутреннюю секцию энергетической установки и теплообменную секцию, причем внутренняя секция энергетической установки содержит систему для аккумуляции и высвобождения энергии, включая электрический тепловой насос для хранения энергии, высокотемпературный бак для хранения воды, низкотемпературный бак для хранения воды, клапаны и циркуляционные водяные насосы. В периоды провала электрической нагрузки, неизменной электрической нагрузки и пиковой электрической нагрузки, устройство регулирует выходную мощность внутренней секции энергетической установки и электрическую нагрузку теплообменной секции попеременным управлением электрическими тепловыми насосами во внутренней секции энергетической установки и теплообменной секции. Высокотемпературный бак для хранения воды используется для балансировки разницы между поступающим в систему теплом и тепловой нагрузкой, низкотемпературный бак для хранения воды используется для стабилизации количества рекуперированного отведенного отработанного тепла в виде пара, тем самым значительно улучшая электрическую пиковую мощность, при этом проблема, состоящая в том, что электрическая пиковая мощность ограничена из-за взаимной связи выработанной электроэнергии и поступающей тепловой энергией в традиционных режимах работы «тепло обуславливает электричество», в СНР решается, при этом устройство СНР может регулировать выработку энергии энергосети и участвовать в регулировании нагрузки энергосистемы, причем регулирование мощности энергосистемы может быть улучшено таким образом, чтобы иметь дело с условием постоянно увеличиваемой разностью между минимумом и максимумом электрической нагрузки и поглотительной способностью электросети для выработки ветровой энергии может быть улучшена, с тем чтобы снизить явление «приостановки вентилятора».

2. Устройство рекуперации отработанного тепла в соответствии с изобретением может частично или полностью рекуперировать отведенное отработанное тепло из устройства комбинированной выработки тепловой и электрической энергии (СНР), значительно улучшая мощность подводимого тепла СНР и эффективность использования энергии в системе.

3. Изобретение также использует «большую разницу температур» в подводимом тепле первичного контура, что значительно расширяет температурные различия между приточным и противоточным потоком воды, улучшает мощность подводимого тепла в существующем трубопроводе на 50%, без изменения трафика первичного контура; между тем, в настоящем изобретении также реализуется транспортировка на большие расстояния.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее изобретение подробно описано ниже со ссылкой на чертежи, которые приведены только для лучшего понимания изобретения и не должны интерпретироваться как ограничивающие изобретение.

Фиг. 1 представляет собой общую структурную схему устройства рекуперации отработанного тепла, в соответствии с изобретением;

Фиг. 2 представляет собой структурную схему другого теплообменника, в соответствии с изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Изобретение будет описано далее в деталях со ссылкой на чертежи и варианты выполнения.

Как показано на Фиг. 1, предложенное устройство содержит внутреннюю секцию энергетической установки и теплообменную секцию.

Внутренняя секция энергетической установки в целом содержит конденсатор/теплообменник 1 вода-вода, электрический тепловой насос 2 для рекуперации отработанного тепла, электрической тепловой насос 3 для аккумуляции энергии, высокотемпературный бак 4 для хранения воды, низкотемпературный бак 5 для хранения воды, подогревающий контур нагревателя 6, клапаны 11-19 и циркуляционные водяные насосы 20-23; причем впускное отверстие конденсатора/теплообменника 1 вода-вода соединено с противоточной трубой 1-1 первичного контура, а выпускное отверстие конденсатора/теплообменника 1 вода-вода параллельно соединено соответственно с впускными отверстиями клапана 11, клапана 12 и циркуляционного водяного насоса 20. Впускное отверстие электрического теплового насоса 2 для рекуперации отработанного тепла соединено с выпускным отверстием клапана 12, и выпускное отверстие электрического теплового насоса 2 для рекуперации отработанного тепла соединено с впускным отверстием подогревающего контур нагревателя 6. Верхнее впускное/выпускное отверстие высокотемпературного бака 4 параллельно соединено соответственно с выпускным отверстием клапана 13 и впускным отверстием клапана 14, впускное отверстие клапана 13 соединено с выпускным отверстием конденсатора электрического теплового насоса 3 для аккумуляции энергии, и выпускное отверстие клапана 14 соединено с впускным отверстием подогревающего контур нагревателя 6. Нижнее впускное/выпускное отверстие высокотемпературного бака 4 параллельно соединено соответственно с выпускным отверстием клапана 15 и впускным отверстием циркуляционного водяного насоса 21, впускное отверстие клапана 15 соединено с выпускным отверстием циркуляционного водяного насоса 20, а выпускное отверстие циркуляционного водяного насоса 21 соединен с впускным отверстием конденсатора электрического теплового насоса 3 для аккумуляции энергии с помощью клапана 16. Верхнее впускное/выпускное отверстие низкотемпературного бака 5 параллельно соединено соответственно с выпускным отверстием клапана 11 и впускным отверстием клапана 17, и выпускное отверстие клапана 17 соединено с впускным отверстием испарителя электрического теплового насоса 3 для аккумуляции энергии. Нижнее впускное/выпускное отверстие низкотемпературного бака 5 параллельно соединено соответственно с выпускным отверстием клапана 18 и впускным отверстием циркуляционного водяного насоса 22, впускное отверстие клапана 18 соединено с выпускным отверстием испарителя электрического теплового насоса 3 для аккумуляции энергии через циркуляционный водяной насос 23, а выпускное отверстие водяного насоса 22 параллельно соединено с впускным отверстием конденсатора/теплообменника 1 через клапан 19.

Теплообменная секция в целом содержит высокотемпературный бак 7 для хранения воды, низкотемпературный бак 8 для хранения воды, электрический тепловой насос 9, пластинчатый теплообменник 10, клапаны 24-35 и циркуляционные водяные насосы 36-37; причем верхнее впускное/выпускное отверстие высокотемпературного бака 7 параллельно соединено соответственно с выпускным отверстием клапана 24 и впускным отверстием циркуляционного водяного насоса 36, впускное отверстие клапана 24 соединено с выпускным отверстием подогревающего контур нагревателя 6 с помощью трубы 1-2 питающей воды первичного контура, выпускное отверстие циркуляционного водяного насоса 36, параллельно соединенный с трубой 1-2 питающей воды первичного контура через клапан 25, соединено с впускным отверстием клапана 26, выпускное отверстие клапана 26 соединено с впускным отверстием пластинчатого теплообменника 10 первичного контура. Нижнее впускное/выпускное отверстие высокотемпературного бака 7 параллельно соединено соответственно с выпускным отверстием клапана 27 и впускным отверстием клапана 28, впускное отверстие клапана 27 соединено с выпускным отверстием пластинчатого теплообменника 10 первичного контура, а выпускное отверстие клапана 28 соединен с впускным отверстием испарителя электрического теплового насоса 9. Верхнее впускное/выпускное отверстие низкотемпературного бака 8 также параллельно соединено соответственно с выпускным отверстием клапана 27 и впускным отверстием клапана 28, нижнее впускное/выпускное отверстие низкотемпературного бака 8 параллельно соединено соответственно с выпускным отверстием клапана 29 и впускным отверстием клапана 30, выпускное отверстие клапана 30 соединено с противоточной трубой 1-1 первичного контура. Выпускное отверстие испарителя электрического теплового насоса 9 параллельно соединено соответственно с впускным отверстием циркуляционного водяного насоса 37 и противоточной трубой 1-1 первичного контура через клапан 31, а выпускное отверстие циркуляционного водяного насоса 37 соединено с впускным отверстием клапана 29. Противоточная труба 1-3 вторичного контура соединена соответственно с впускными отверстиями клапана 32 и клапана 33, выпускное отверстие клапана 32 соединено с впускным отверстием пластинчатого теплообменника 10 вторичного контура, выпускное отверстие клапана 33 и выпускное отверстие пластинчатого теплообменника 10 вторичного контура параллельно соединено с впускными отверстиями клапана 34 и клапана 35, выпускное отверстие клапана 35 соединено с трубой 1-4 питающей воды вторичного контура, выпускное отверстие клапана 34 соединено с впускным отверстием конденсатора электрического теплового насоса 9, а выпускное отверстие конденсатора электрического теплового насоса 9 соединено с трубой 1-4.

В предпочтительном варианте выполнения, в теплообменной секции пластинчатый теплообменник 10 может быть заменен на теплообменник абсорбционного типа для уменьшения температуры воды во впускном отверстии испарителя электрического теплового насоса 9 таким образом, что потребляемая мощность электрического теплового насоса 9 уменьшается.

На основании устройства рекуперации отработанного тепла с комбинированной выработкой тепла и электроэнергии (СНР) при пиковой электрической нагрузке, обеспечиваемого в вышеупомянутом варианте выполнения, изобретение также относится к способу рекуперации отработанного тепла с комбинированной выработкой тепла и электроэнергии (СНР), причем способ регулирует режимы работы устройства через сочетание переключателей различных клапанов, так что устройство может работать соответственно в периоды провала электрической нагрузки, неизменной электрической нагрузки и пиковой электрической нагрузки:

1) в течение периода провала электрической нагрузки: во внутренней секции энергетической установки клапан 11, клапан 14, клапан 15, клапан 19, циркуляционный водяной насос 20 и циркуляционный водяной насос 22 закрыты; клапан 12, клапан 13, клапан 16, клапан 17, клапан 18, циркуляционный водяной насос 21 и циркуляционный водяной насос 23 открыты; низкотемпературный обратный поток воды первичного контура, обеспечиваемый противоточной трубой 1-1 первичного контура, последовательно поступает в втекает в конденсатор/теплообменник 1 вода-вода и в электрический тепловой насос 2 для рекуперации отработанного тепла; втекает в конденсатор/теплообменник 1 вода-вода и электрический тепловой насос 2 для рекуперации отработанного тепла рекуперирует отведенное отработанное тепло от устройства комбинированной выработки тепла и электроэнергии для нагрева низкотемпературного обратного потока воды первичного контура; нагретая нагревающая контур вода из электрического теплового насоса 4 для рекуперации отработанного тепла протекает в подогревающий контур нагревателя 6, в котором нагретая нагревающая контур вода извлекается в виде пара и нагревается устройством комбинированной выработки тепла и электроэнергии (СНР) до расчетной температуры нагрева контура для получения высокотемпературной питающей воды первичного контура, поступающей в трубу 1-2 питающей воды первичного контура, которая поставляет высокотемпературную питающую воду первичного контура; между тем, вода, содержащаяся в высокотемпературном баке 4 извлекается из нижнего выпускного отверстия с помощью циркуляционного водяного насоса 21 и поступает в конденсатор электрического теплового насоса 3 для аккумуляции энергии; и после теплообмена и нагрева вода протекает обратно в высокотемпературный бак 4 из верхнего впускного отверстия; вода, содержащаяся в низкотемпературном баке 5, выдавливается из верхнего выпускного отверстия и поступает в испаритель электрического теплового насоса 3 для аккумуляции энергии; и после теплообмена и охлаждения вода направляется в низкотемпературный бак 5 из нижнего впускного отверстия через циркуляционный водяной насос 23.

В теплообменной секции клапан 25, клапан 26, клапан 27, клапан 30, клапан 32, клапан 35 и циркуляционный водяной насос 36 закрыты; другие клапаны и циркуляционный водяной насос 37 открыты; высокотемпературный поток питающей воды первичного контура, обеспечиваемый трубой (1-2) питающей воды первичного контура, втекает в высокотемпературный бак 7 из верхнего впускного отверстия; высокотемпературная питающая вода содержится в высокотемпературном баке 7, таким образом, выдавливая воду со средней температурой, хранящуюся в высокотемпературном баке 7, из нижнего выпускного отверстия и смешивая ее с водой со средней температурой, выдавленной из верхнего выпускного отверстия низкотемпературного бака 8; затем смешанная вода поступает в испаритель электрического теплового насоса 9; после дальнейшего теплообмена и охлаждения смешанная вода разделяется на две ветви, одна из которых направляется в низкотемпературный бак 8 из нижнего впускного отверстия циркуляционным водяным насосом 37, а другая протекает в противоточную трубу 1-1 первичного контура; между тем, низкотемпературный обратный поток вторичного контура, обеспечиваемый трубой 1-3 питающей воды вторичного контура, проходит через конденсатор электрического теплового насоса 9; после дальнейшего теплообмена и нагревания низкотемпературного обратного потока вторичного контура с водой со средней температурой, запасенной в высокотемпературном баке 7 и низкотемпературном баке 8, получают высокотемпературный поток питающей воды вторичного контура, который протекает в трубу 1-4 питающей воды вторичного контура для подачи потребителям тепла.

2) в период неизменной электрической нагрузки: во внутренней секции энергетической установки клапан 16, клапан 18, циркуляционный водяной насос 21 и циркуляционный водяной насос 23 закрыты; электрической тепловой насос 3 для аккумуляции энергии выключен, а другие части работают таким же образом, что и во время периода провала электрической нагрузки;

В теплообменной секции клапан 24, клапан 25, клапан 29, клапан 30, клапан 33, клапан 35 и циркуляционный водяной насос 37 закрыты; другие клапаны и циркуляционный водяной насос 36 открыты; высокотемпературный поток питающей воды первичного контура, обеспечиваемый трубой 1-2 питающей воды первичного контура, последовательно протекает через сторону первичного контура теплообменника (10) и испаритель электрического теплового насоса (9), после теплообмена и охлаждения высокотемпературного потока питающей воды контура получают низкотемпературный обратный поток воды первичного контура, который протекает в противоточную трубу 1-1 первичного контура; низкотемпературный обратный поток воды вторичного контура, обеспечиваемый противоточной трубой 1-3 вторичного контура, последовательно протекает через сторону вторичного контура теплообменника 10 и конденсатор электрического теплового насоса 9; и после теплообмена и нагревания низкотемпературного обратного потока воды вторичного контура получают высокотемпературный поток питающей воды вторичного контура, который протекает в трубу 1-4 питающей воды вторичного контура для подачи потребителям тепла, причем объем загрузки электрического теплового насоса 9 меньше, чем объем загрузки электрического теплового насоса 9 в течение периода провала электрической нагрузки.

3) в течение периода пиковой электрической нагрузки: во внутренней секции энергетической установки клапан 12, клапан 13, клапан 16, клапан 17, клапан 18, циркуляционный водяной насос 21 и циркуляционный водяной насос 23 закрыты; клапан 11, клапан 14, клапан 15, клапан 19, циркуляционный водяной насос 20 и циркуляционный водяной насос 22 открыты; низкотемпературная вода, содержащаяся в низкотемпературном баке 5, вытягивается из нижнего выпускного отверстия и смешивается с низкотемпературным обратным потоком воды первичного контура, а затем смешенная низкотемпературная вода направляется в конденсатор/теплообменник 1 вода-вода; конденсатор/теплообменник 1 вода-вода рекуперирует отведенное отработанное тепло от устройства комбинированной выработки тепла и электроэнергии для нагрева низкотемпературной смешанной воды; причем количество рекуперированного отработанного тепла, извлеченное с помощью конденсатора/теплообменника 1 вода-вода, больше, чем количество рекуперированного отработанного тепла, извлеченное с помощью конденсатора/теплообменника 1 вода-вода во время провала электрической нагрузки; нагревающая контур вода, нагретая в конденсаторе/теплообменнике 1 вода-вода, разделяется на две ветви, одна из которых возвращается в низкотемпературный бак 5 из верхнего впускного отверстия, а другая направляется высокотемпературный бак 4 для хранения воды из нижнего впускного отверстия через циркуляционный водяной насос 20; и высокотемпературная вода, содержащаяся в высокотемпературном баке 4, выдавливается из верхнего выпускного отверстия, а затем направляется в подогревающий контур нагревателя 6; в котором нагретая нагревающая контур вода извлекается в виде пара и нагревается устройством комбинированной выработки тепла и электроэнергии до расчетной температуры нагрева контура для получения высокотемпературной питающей воды первичного контура, поступающей в трубу 1-2 питающей воды первичного контура, которая поставляет высокотемпературную питающую воду первичного контура;

в теплообменной секции клапан 24, клапан 28, клапан 29, клапан 31, клапан 33, клапан 34 и циркуляционный водяной насос 37 закрыты; электрический тепловой насос 9 отключен; другие клапаны и циркуляционный водяной насос 36 открыты; высокотемпературный поток питающей воды первичного контура, хранящийся в высокотемпературном баке 7, извлекается из верхнего выпускного отверстия циркуляционного водяного насоса 36 и смешивается с высокотемпературным потоком питающей воды первичного контура, обеспечиваемый трубой 1-2 питающей воды первичного контура; затем смешанная вода протекает через сторону первичного контура теплообменника (10); после теплового обмена и охлаждения смешанной воды получают воду со средней температурой, которая разделяется на две ветви, одна из которых протекает в высокотемпературный бак 7 из нижнего впускного отверстия, а другая впадает в низкотемпературный бак 8 из верхнего впускного отверстия, выдавливая тем самым низкотемпературную воду, хранящуюся в низкотемпературном баке 8, из нижнего выпускного отверстия; выдавленная низкотемпературная вода протекает в противоточную трубу 1-1 первичного контура; низкотемпературный обратный поток воды вторичного контура, обеспечиваемый противоточной трубой 1-3 вторичного контура, протекает через сторону вторичного контура теплообменника 10; и после теплообмена и нагревания низкотемпературного обратного потока воды вторичного контура получают высокотемпературный поток питающей воды вторичного контура, который протекает в трубу 1-4 питающей воды вторичного контура для подачи потребителям тепла.

В предпочтительном варианте выполнения, как показано на Фиг. 2, теплообменная секция может не содержать высокотемпературный бак 7, в этом режиме работы, несмотря на то что в периоды провала электрической нагрузки, электрической пиковой нагрузки и электрической пиковой нагрузки часть теплообменной секции обеспечивает различное количество подводимого тепла, тепловая инерция зданий может быть использована для поддержания температуры в помещении для комфорта человеческого тела:

Во время периода провала электрической нагрузки: в теплообменной секции клапан 30, клапан 33, клапан 35 закрыты; другие клапаны и циркуляционный водяной насос 37 открыты; теплообменная секция больше не аккумулирует высокотемпературную питающую воду первичного контура; высокотемпературная питающая вода первичного контура непосредственно протекает через пластинчатый теплообменник 10 и смешивается с водой со средней температурой, хранящейся в низкотемпературном баке 8, которая выдавливается из верхнего выпускного отверстия, а затем смешанная вода поступает в испаритель электрического теплового насоса 9; после теплообмена и охлаждения смешанная вода делится на две ветви, одна из которых направляется в низкотемпературный бак 8 из нижнего впускного отверстия с помощью циркуляционного водяного насоса 37, а другая поступает в противоточную трубу 1-1 первичного контура. Между тем, низкотемпературный обратный поток вторичного контура, обеспечиваемый противоточный трубой 1-3 вторичного контура, сперва протекает через сторону пластинчатого теплообменника 10 вторичного контура; после теплообмена и нагревания низкотемпературный обратный поток вторичного контура протекает в конденсатор электрического теплового насоса 9; после дальнейшего теплообмена и нагревания низкотемпературного обратного потока вторичного контура получают высокотемпературный поток питающей воды, который впадает в трубу 1-4 питающей воды вторичного контура для подачи потребителям тепла, причем электрический тепловой насос 9 работает при полной мощности.

Во время периода неизменной электрической нагрузки: в теплообменной секции клапан 29, клапан 30, клапан 33, клапан 35 и циркуляционный водяной насос 37 закрыты, а другие клапаны открыты; низкотемпературный бак 8 больше не участвует в аккумуляции тепла или в экзотермическом процессе; высокотемпературная питающая вода первичного контура, обеспечиваемая трубой 1-2 питающей воды первичного контура, последовательно протекает через сторону первичного контура пластинчатого теплообменника 10 и испаритель электрического теплового насоса 9; после теплообмена и охлаждения высокотемпературного потока питающей воды первичного контура получают низкотемпературный обратный поток первичного контура, который протекает в противоточную трубу 1-1 первичного контура. Между тем, низкотемпературный обратный поток воды вторичного контура, обеспечиваемый противоточной трубой 1-3 вторичного контура, последовательно протекает через сторону вторичного контура пластинчатого теплообменника 10 и конденсатор электрического теплового насоса 9; после теплообмена и нагревания высокотемпературного потока питающей воды первичного контура получают высокотемпературный поток питающей воды вторичного контура, который протекает в трубу 1-4 питающей воды вторичного контура для подачи потребителям тепла, причем электрический тепловой насос 9 работает при частичной мощности.

Во время периода пиковой электрической нагрузки: в теплообменной секции клапан 28, клапан 29, клапан 31, клапан 33, клапан 34 и циркуляционный водяной насос 37 закрыты; электрический тепловой насос 9 выключен; а другие клапаны открыты; высокотемпературный поток питающей воды первичного контура, обеспечиваемый трубой 1-2 питающей воды первичного контура, протекает через сторону первичного контура пластинчатого теплообменника 10, и после теплообмена и охлаждения вся она протекает в низкотемпературный бак 8; в свою очередь, низкотемпературная вода, хранящаяся в низкотемпературном баке 8, выдавливается из нижнего выпускного отверстия и направляется в противоточную трубу 1-1 первичного контура. Между тем, низкотемпературный обратный поток воды вторичного контура, обеспечиваемый противоточной трубой 1-3 вторичного контура, протекает через сторону вторичного контура пластинчатого теплообменника 10; и после теплообмена и нагревания низкотемпературного обратного потока воды вторичного контура получают высокотемпературный поток питающей воды вторичного контура, который втекает в трубу 1-4 питающей воды вторичного контура для подачи потребителям тепла.

Варианты выполнения, описанные выше, предназначены только для дополнительной подробной иллюстрации изобретения, технического решения и его преимуществ, а не для ограничения изобретения. Любая модификация, эквивалентная замена и усовершенствование, которые выполнены в пределах сущности и принципа изобретения, должны быть включены в объем настоящего изобретения.

Реферат

Изобретение относится к устройству рекуперации отводимого отработанного тепла с комбинированной выработкой тепла и электроэнергии (СНР) при пиковой электрической нагрузке и к способу его работы. Устройство содержит внутреннюю секцию энергетической установки и теплообменную секцию, причем указанная внутренняя секция содержит теплообменник, электрический тепловой насос для рекуперации отработанного тепла, электрический тепловой насос для аккумуляции энергии, высокотемпературный /низкотемпературный баки для хранения воды, нагреватель тепловых контуров, клапаны и циркуляционные водяные насосы. Теплообменная секция содержит высокотемпературный и низкотемпературный баки для хранения воды, электрический тепловой насос, теплообменник, клапаны и циркуляционный водяной насос. Устройство может работать соответственно в периоды провала электрической нагрузки, неизменной электрической нагрузки и пиковой электрической нагрузки путем комбинации различных клапанных переключателей, причем высокотемпературный бак для хранения воды используют для балансировки разницы между количеством подводимого тепла в систему и тепловой нагрузкой, а низкотемпературный бак используют для стабилизации количества извлекаемого рекуперированного отведенного тепла, тем самым, решая проблему ограничения способности выработки электроэнергии при пиковой нагрузке из-за зависимости выработки электроэнергии и теплоснабжения в традиционном режиме работы «тепло обуславливает электричество», причем СНР устройство может участвовать в регулировании мощности энергосистемы, которое может быть улучшено таким образом, чтобы иметь дело с условием постоянно растущей разности между максимумом и минимумом электрической нагрузки, причем поглощающая способность энергосистемы для ветроэнергетики может быть улучшена, с тем чтобы снизить явление «приостановки вентилятора». 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула