Когенерационная установка

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для одновременного производства тепловой и электрической энергии при помощи когенерационных установок с двигателем внутреннего сгорания (далее - ДВС) и может быть использовано в качестве мини-ТЭЦ, производящей тепловую и электрическую энергию для нужд промышленных и коммунальных потребителей. Когенерационная установка содержит газопоршневой ДВС с электрогенератором на одном валу с ним, систему его охлаждения с насосом, систему утилизации теплоты, гидролинии, циркуляционный насос системы утилизации теплоты, магистраль отработанных газов, вентили, газопровод природного газа, вихревой теплогенератор, устройство для получения электроэнергии с использованием низкопотенциальных теплоносителей и теплоэнергетическую установку с дизельным ДВС на одном валу с ним. Перед теплообменником-утилизатором теплоты системы охлаждения газопоршневого ДВС имеется контур, состоящий из теплообменников-утилизаторов теплоты статора и ротора электрогенераторов ДВС, гидролиний и трехходовых кранов, позволяющий осуществить предварительный нагрев воды, предназначенной для нужд потребителей. Технический результат - повышение энергетической эффективности и КПД когенерационной установки за счет утилизации теплоты с обмоток статора и ротора электрогенераторов ДВС для подогрева воды на нужды систем отопления и горячего водоснабжения коммунальных потребителей и собственные технологические нужды промышленных предприятий. 1 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для одновременного производства тепловой и электрической энергии при помощи когенерационных установок с двигателем внутреннего сгорания (далее - ДВС) и может быть использовано в качестве мини-ТЭЦ, производящей тепловую и электрическую энергию для нужд промышленных и коммунальных потребителей.

Известен аналог - когенерационная установка, содержащая газопоршневой ДВС с электрогенератором на одном валу с ним, систему его охлаждения с насосом, систему утилизации теплоты, гидролинии, циркуляционный насос системы утилизации теплоты, магистраль отработанных газов, вентили, газопровод природного газа, вихревой теплогенератор, устройство для получения электроэнергии с использованием низкопотенциальных теплоносителей и теплоэнергетическую установку с дизельным ДВС на одном валу с ним [Патент РФ №2520796 С2, МПК F02G 5/04 Авторы: Жаров Александр Викторович (RU), Павлов Александр Анатольевич (RU), Фавстов Владимир Сергеевич (RU). Опубл. 27.06.2014 г. Бюл. №18]. Данный аналог принят в качестве прототипа.

Недостатком аналога и прототипа является неполное использование энергетических возможностей электрогенераторов, что сказывается на общем КПД установки.

Задача, решаемая изобретением - создание когенерационной установки, обладающей высокой энергетической эффективностью и работающей в условиях быстроизменяющейся нагрузки, позволяющей работать с максимальной эффективностью.

Технический результат - повышение энергетической эффективности и КПД когенерационной установки за счет утилизации теплоты с обмоток статора и ротора электрогенераторов ДВС для подогрева воды на нужды систем отопления и горячего водоснабжения коммунальных потребителей и собственные технологические нужды промышленных предприятий.

Для достижения указанного технического результата предложена когенерационная установка, включающая в себя газопоршневой ДВС с электрогенератором на одном валу с ним, систему его охлаждения с насосом, систему утилизации теплоты, гидролинии, циркуляционный насос системы утилизации теплоты, магистраль отработанных газов, вентили, газопровод природного газа, вихревой теплогенератор, устройство для получения электроэнергии с использованием низкопотенциальных теплоносителей и теплоэнергетическую установку с дизельным ДВС на одном валу с ним.

Особенность заключается в том, что перед теплообменником-утилизатором теплоты системы охлаждения газопоршневого ДВС имеется контур, состоящий из теплообменников - утилизаторов теплоты статора и ротора электрогенераторов ДВС, гидролиний и трехходовых кранов, позволяющий осуществить предварительный нагрев воды, предназначенной для нужд потребителей.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема когенерационной установки.

Когенерационная установка содержит газопоршневой ДВС 1, соединенный с электрогенератором 2, насос 3 системы охлаждения газопоршневого ДВС, теплообменник - утилизатор 4 теплоты системы охлаждения газопоршневого ДВС, теплообменник - утилизатор 5 теплоты отработанных газов, теплообменник - утилизатор 6 теплоты вихревого теплогенератора, теплообменник-утилизатор 7 теплоты статора и ротора электрогенератора газопоршневого ДВС, теплообменник-утилизатор 8 теплоты статора и ротора электрогенератора дизельного ДВС, теплоэнергетическую установку с дизельным ДВС 9 и электрогенератором 10, вихревой теплогенератор 11 с приводом от электродвигателя 12, циркуляционный насос 13 системы утилизации теплоты, воздушный радиатор 14 для утилизации теплоты газопоршневого ДВС, трехходовые краны 15, 16, 17, 18 и 19, вентили 20 и 21, магистраль 22 отработанных газов, обратный клапан 23, гидролинии - 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, воздуховод 33 воздушного радиатора для утилизации теплоты газопоршневого ДВС, устройство 34 для получения электроэнергии с использованием низкопотенциальных теплоносителей с электрогенератором 35, газопровод 36 природного газа.

Когенерационная установка работает следующим образом.

При работе газопоршневого ДВС 1 электрогенератор 2 вырабатывает электроэнергию, которая предназначена для электрической сети потребителей. Топливом для газопоршневого ДВС 1 служит природный газ, поступающий к нему по газопроводу природного газа 36. Насос 3 системы охлаждения газопоршневого ДВС подает охлаждающую жидкость по гидролинии 24 через систему охлаждения газопоршневого ДВС к теплообменнику - утилизатору его теплоты 4, а отработанные газы по магистрали 22 поступают к теплообменнику - утилизатору их теплоты 5. В теплообменниках - утилизаторах 4 и 5 происходит передача теплоты потоку жидкости, подаваемому к ним по гидролинии 26 циркуляционным насосом системы утилизации теплоты 13. В качестве первой ступени нагрева воды используются теплообменники - утилизаторы теплоты статора и ротора 7, 8 электрогенераторов 2 и 10 соответственно. Поток воды направляется к трехходовому крану 17, который в зависимости от работы электрогенератора направляет поток жидкости либо в теплообменники - утилизаторы теплоты статора ротора 7 и 8, либо по гидролинии 26.

В зависимости от работы электрогенераторов возможно несколько вариантов движения потока жидкости:

1. В режиме работы на максимальной тепловой и электрической мощности, когда работают газопоршневой и дизельный ДВС одновременно, поток жидкости трехходовым краном 17 направляется по гидролинии 31 к трехходовому крану 18, который направляет поток жидкости к теплообменнику - утилизатору теплоты статора и ротора электрогенератора дизельного ДВС 7, где происходит передача тепловой энергии потоку жидкости. Далее трехходовой кран 19 направляет поток жидкости по гидролинии 32 в теплообменник-утилизатор 8 для утилизации теплоты статора и ротора электрогенератора 10.

2. При работе только газопоршневого ДВС 1, поток жидкости трехходовым краном 17 направляется по гидролинии 31 к трехходовому крану 18, который направляет поток жидкости к теплообменнику - утилизатору теплоты статора и ротора электрогенератора дизельного ДВС 7. Сняв теплоту со статора и ротора электрогенератора дизельного ДВС 7, поток жидкости проходит через трехходовой кран 19 по гидролинии 31.

3. В случае остановки работы газопоршевого ДВС 1 включается дизельный ДВС 9. В этом случае, для утилизации теплоты статора и ротора электрогенератора 10 трехходовым краном 18 поток жидкости по гидролинии 29 направляется в теплообменник - утилизатор теплоты статора и ротора электрогенератора дизельного ДВС 8, откуда далее, сняв теплоту, по гидролиниям 31 и 26 проходит к следующим ступеням нагрева.

Затем поток жидкости, пройдя теплообменники-утилизаторы 4 и 5, направляется к трехходовому крану 15, который в зависимости от выбранного режима работы направляет поток жидкости либо в теплообменник-утилизатор теплоты вихревого теплогенератора 6, либо по гидролинии 27 в обход его. Жидкость направляется трехходовым краном 15 по гидролинии 27 к потребителю в случае работы когенерационной установки на режиме полной электрической и тепловой мощности. В режиме работы когенерационной установки для выработки только тепловой энергии трехходовой кран 15 направляет жидкость по гидролинии 26 через теплообменник - утилизатор теплоты вихревого теплогенератора 6, где жидкость дополнительно получает тепловую энергию от него. Вихревой теплогенератор 11 приводится в движение от электродвигателя 12. По гидролинии 28 вихревой теплогенератор 11 соединен с теплообменником - утилизатором своей теплоты 6. Пройдя через теплообменник-утилизатор теплоты вихревого генератора 6 жидкость направляется к потребителю. Отработанные газы по своей магистрали 22, после теплообменника - утилизатора теплоты 5 направляются в устройство для получения электроэнергии с использованием низкопотенциальных теплоносителей 34. Используя тепловую энергию отработанных газов, устройство для получения электроэнергии с использованием низкопотенциальных теплоносителей 34 при помощи электрогенератора 35 вырабатывает электрическую энергию, которая потребляется электрической сетью потребителя. При работе когенерационной установки для выработки тепловой и электрической энергии в режиме полной мощности вентиль 20 закрыт, а 21 открыт, обеспечивая, таким образом, движение отработанных газов по соответствующей магистрали 22 через теплообменник утилизатор их теплоты 5 к устройству для получения электроэнергии с использованием низкопотенциальных теплоносителей 34. В случае работы когенерационной установки для выработки только электрической энергии трехходовой кран 17 направляет поток жидкости по гидролинии 26, минуя контур съема теплоты со статора и ротора электрогенераторов 2 и 10, вентиль 21 перекрывает магистраль отработанных газов 22, подводящих их к теплообменнику-утилизатору теплоты 5, а вентиль 20 открывается, обеспечивая движение отработанных газов к устройству для получения электроэнергии с использованием низкопотенциальных теплоносителей 34.

Также в случае работы когенерационной установки для выработки только электрической энергии трехходовой кран 16 перекрывается таким образом, что охлаждающая жидкость газопоршневого ДВС 1 по гидролинии 25 циркулирует через воздушный радиатор для утилизации теплоты газопоршневого ДВС 14. Воздух, движущийся по воздуховоду воздушного радиатора для утилизации теплоты газопоршневого ДВС 33, утилизировав теплоту газопоршневого ДВС 1, поступает к устройству для получения электроэнергии с использованием низкопотенциальных теплоносителей 34. В устройстве для получения электроэнергии с использованием низкопотенциальных теплоносителей 34 тепловая энергия воздуха преобразуется в электрическую при помощи электрического генератора 35. При этом система утилизации теплоты не функционирует. Теплоэнергетическая установка с дизельным ДВС 9 и электрогенератором 10 предназначена для обеспечения когенерационной установки тепловой и электрической энергией во время возникновения аварийных ситуаций (например, при прекращении подачи природного газа) или плановых ремонтных, профилактических работах. Также теплоэнергетическая установка с дизельным ДВС 9 и электрогенератором 10 может работать в качестве резервного источника тепловой и электрической энергии при возникновении пиковых режимов потребления энергии. Теплоэнергетическая установка с дизельным ДВС 9 и электрогенератором 10 подключена к системе охлаждения газопоршневого ДВС 1 при помощи гидролиний 30 и обратного клапана 23. При штатной работе газопоршневого ДВС 1 часть его охлаждающей жидкости циркулирует через теплоэнергетическую установку с дизельным ДВС 9, обеспечивая тем самым постоянную ее тепловую готовность. Частичная циркуляция охлаждающей жидкости газопоршневого ДВС 1 через теплоэнергетическую установку с дизельным ДВС 9 обеспечивается параллельной схемой подключения гидролиний 30 к гидролинии 24. В случае возникновения ситуаций, когда необходима работа теплоэнергетической установки с дизельным ДВС 9, газопоршневой ДВС 1 останавливается. Далее запускается теплоэнергетическая установка с дизельным ДВС 9 и охлаждающая жидкость начинает циркулировать через него, где нагревается и по гидролинии 30 поступает к гидролинии 24. По гидролинии 24 охлаждающая жидкость подводится к системе охлаждения газопоршневого ДВС 1, затем к теплообменнику - утилизатору теплоты системы охлаждения газопоршневого ДВС 4 и затем обратно к теплоэнергетической установке с дизельным двигателем 9. Обратный клапан 23 предотвращает циркуляцию охлаждающей жидкости только через теплоэнергетическую установку с дизельным ДВС 9. В теплообменнике - утилизаторе системы охлаждения газопоршневого ДВС 4 происходит передача теплоты потоку жидкости подаваемой к нему по гидролинии 26 циркуляционным насосом системы утилизации теплоты 13.

Заявленная когенерационная установка может быть использована в качестве мини-ТЭЦ, производящей тепловую и электрическую энергию для нужд промышленных предприятий, отдельных жилых районов или тепличных комплексов. Применение ее позволит максимально повысить эффективность использования теплоты сгорания топлива, повысить КПД и снизить сроки окупаемости установки.

Когенерационная установка, содержащая газопоршневой ДВС с электрогенератором на одном валу с ним, систему его охлаждения с насосом, систему утилизации теплоты, гидролинии, циркуляционный насос системы утилизации теплоты, магистраль отработанных газов, вентили, газопровод природного газа, вихревой теплогенератор, устройство для получения электроэнергии с использованием низкопотенциальных теплоносителей и теплоэнергетическую установку с дизельным ДВС на одном валу с ним, отличающаяся тем, что перед теплообменником-утилизатором теплоты системы охлаждения газопоршневого ДВС имеется контур, состоящий из теплообменников-утилизаторов теплоты статора и ротора электрогенераторов ДВС, гидролиний и трехходовых кранов, позволяющий осуществить предварительный нагрев воды, предназначенной для нужд потребителей.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Энергоустановка для утилизации тепловой энергии отработавших газов двигателей внутреннего сгорания содержит турбину (7), жидкоструйный эжектор (6) турбины, конденсатный насос (5), конденсатор (9), электрогенератор (8), редукционный вентиль (12) и контур циркуляции охлаждающей жидкости двигателя (1) внутреннего сгорания.

Группа изобретений относится к области энергетики - гибридным поршневым двигателям внутреннего сгорания и двигателям с внешним подводом теплоты. Техническим результатом являются увеличение удельной мощности двигателя, повышение КПД, надежности и моторесурса, а также улучшение экологических параметров.

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для одновременного производства тепла и электроэнергии при помощи когенерационных установок с двигателем внутреннего сгорания. Когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии двигателя внутреннего сгорания содержит электрогенератор, соединенный приводом с ДВС, систему преобразования утилизированного тепла ДВС в электрическую энергию, состоящую из соединенных последовательно по ходу движения теплоносителя трехходового клапана через I ход с паровой турбиной, связанной с электрогенератором, конденсатором и конденсационным насосом, систему утилизации отходящего тепла ДВС, включающую систему утилизации теплоты газовыхлопа ДВС, состоящую из магистрали уходящих газов, связывающей теплообменник-турбокомпрессор с парогенератором-утилизатором теплоты уходящих газов, и систему охлаждения ДВС, которая включает холодный контур, имеющий последовательно соединенные в замкнутый контур гидролинией, оснащенной электронагревательными элементами, водомасляный теплообменник, теплообменник надувочного воздуха, циркуляционный насос, теплообменник-утилизатор тепла холодного контура системы охлаждения ДВС и горячий контур, имеющий последовательно соединенные гидролинией в замкнутый контур теплообменник-утилизатор тепла горячего контура, циркуляционный насос, соединенный гидролинией, оснащенной электронагревательными элементами, с теплообменником - зарубашечным пространством блока цилиндров и крышками цилиндров ДВС и гидролинией с теплообменником-турбокомпрессором и замкнутый подконтур горячего контура системы охлаждения ДВС, включающий последовательно соединенные гидролинией вентиль, теплообменник-калорифер, циркуляционный насос и теплообменник - зарубашечное пространство блока цилиндров и крышек цилиндров ДВС, при этом система преобразования утилизированного тепла в электрическую энергию дополнительно содержит соединенные последовательно по ходу движения теплоносителя накопительный резервуар, питательный насос и фильтр, связанный гидролинией с теплообменниками-утилизаторами тепла холодного и горячего контуров системы охлаждения ДВС, а II ход трехходового клапана гидролинией связан с питательным насосом, причем клапан ограничения давления подключен гидролинией между выходом питательного насоса и входом в накопительный резервуар.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, снабженных системами для рекуперации тепла отработавших газов и охлаждения рециркулируемых отработавших газов (РОГ) посредством теплообменника. Способ для двигателя (10) заключается в том, что эксплуатируют выпускную систему (150) в первом режиме с направлением потока отработавших газов в выхлопную трубу (35) через теплообменник (176).

Группа изобретений относится к гибридным тепловым двигателям внутреннего сгорания и с внешним подводом теплоты. Техническим результатом являются увеличение приемистости и удельной мощности двигателя, повышение КПД, надежности и моторесурса.

Предлагаются способы и системы внутрицилиндровой регенерации тепловой энергии, работающие с циклом Ранкина, для извлечения энергии из отработавших газов, которую можно использовать для производства дополнительной работы в транспортном средстве. В одном из примеров способ может включать оснащение зоны головки каждого цилиндра двигателя массивом труб, содержащим одну или несколько труб, проходящих через камеру сгорания соответствующего цилиндра.

Изобретение относится к области двигателестроения и представляет собой гибридную установку с утилизацией тепла двигателя внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности за счет использования тепловой энергии системы охлаждения и выпускных газов с преобразованием этой энергии в дополнительную механическую энергию привода.

Изобретение относится к энергомашиностроению, а именно к тепловым электростанциям. Криогенная газопаровая поршневая электростанция состоит из воздухоочистительного устройства (1), связанного с воздушным компрессором (2) и охладителем (3), подключенным к детандеру (4).

Изобретение относится к техническим средствам (ТС), содержащим тепловой двигатель (ТД), эксплуатируемый при отрицательных температурах окружающей среды. ТС содержит термоизоляционную капсулу, снабженную сервисными, вентиляционными люками, люковыми закрытиями и выпускным окном с клапаном, а также расположенные в капсуле ТД радиатор системы охлаждения ТД, аккумуляторную батарею (АКБ) и устройство тепловой подготовки.

Изобретение может быть использовано в насосных системах с двигателем внутреннего сгорания для перекачки жидкостей. Система (10) содержит двигатель (28) внутреннего сгорания, генератор (29), приводимый двигателем внутреннего сгорания, и насосный агрегат (12), питаемый генератором (29).

Микротэц // 2763803
Изобретение относится к энергетике, в частности к теплоэлектроснабжению жилых зданий, бытовых и производственных помещений. Преимущество этого изобретения заключается в многократном использовании тепловой и электрической энергии, что снижает расход топлива и при этом позволяет больше получать и электрической, и тепловой энергии. При сжигании топлива в двигателе внутреннего сгорания помимо выделения тепла для отопления помещений кривошипно-поршневым механизмом и турбиной вырабатывается механическая энергия, передаваемая генератору для производства электроэнергии, которая, в свою очередь, направляется часть на тэны, установленные в котле для получения тепла, и часть на бытовые нужды. В результате получается микроТЭЦ, обладающая высокой энергетической эффективностью для коттеджей, дач, маленьких производственных помещений и торговых точек. 1 ил.
Наверх