Устройство для утилизации энергии низкотемпературных теплоносителей

Устройство для утилизации энергии низкотемпературных теплоносителей
Предложенное техническое решение относится к теплоэнергетике и теплотехнике, а именно, к утилизации отходящего тепла от промышленных, природных и бытовых объектов.
Известен котел-утилизатор, на выходе которого последовательно установлены паровая турбина с электрогенератором и теплообменник, конденсатор которого соединен посредством насоса с котлом, а нагреватель теплообменника включен в контур охлаждения конденсатора 1.
Недостатком указанного устройства являются значительные потери тепла отработанного турбиной пара, что составляет более чем 43% от тепловой мощности котла.
Известно устройство для утилизации энергии низкотемпературного теплоносителя, содержащее турбину с электрогенератором и теплопотребитель, подключенный к выходу отработанного турбиной пара 2. Это устройство взято нами в качестве прототипа.
Недостатком данного устройства является также значительные потери тепловой энергии отработанного пара турбины в системе теплопотребителя.
Задачей полезной модели является увеличение глубины утилизации энергии низкотемпературных теплоносителей.
Это достигается тем, что устройство для утилизации энергии низкотемпературных теплоносителей, содержащее турбину с электрогенератором и теплопотребитель, снабжено тепловым насосом, конденсатор приемного теплообменника которого включен в паросиловой
.
контур на выходе отработанного пара из турбины, а нагреватель выходного теплообменника - на теплопотребитель.
На фиг. 1 показана функциональная схема устройства.
Устройство для утилизации энергии низкотемпературных теплоносителей включает теплообменник 1, состоящий из приемника тепла, вход которого подключен к источнику низкотемпературного тепла 2, и испарителя рабочего тела с низкой температурой кипения, например, фреона, с отводом его пара на турбину 3 с электрогенератором 4, тепловой насос 5 и теплопотребитель 6, например, система отопления. Тепловой насос 5 состоит из приемного и выходного теплообменников 7 и 8, фреонового компрессора 9 и дросселя 10, образующих испарительно-конденсационный контур. При этом выход отработанного пара турбины 3 соединен с конденсатором приемного теплообменника 7 и через насос 11 и дроссель 12 - с испарителем теплообменника 1, образуя паросиловой контур, причем, испарительноконденсационный контур заполнен рабочим телом с температурой кипения более чем на порядок ниже температуры кипения рабочего тела паросилового контура. Теплопотребитель 6 посредством насоса 13 подключен к нагревателю теплообменника 8 теплового насоса 5. В качестве источников низкотемпературного тепла могут быть использованы шахтная вода, откачиваемая с глубоких горизонтов подземных выработок, канализационные стоки, циркуляционная вода охлаждения промышленных технологических процессов и энергетических устройств, шахтные вентиляционные выбросы, дымовые газы промышленных печей и котлов, отработанный пар паровых турбин и другие теплоносители.
Устройство работает следующим образом.
От источника низкотемпературного тепла 2 теплоноситель поступает на приемник теплообменника 1, в котором внутренняя энергия теплоносителя в зависимости от его типа, состава и физических параметров состояния за счет либо его теплоемкости, либо за счет скрытой теплоты конденсации паров жидкости, либо того и другого вместе реализуется в
тепловую энергию, которая передается на выходную часть теплообменника 1, т.е. на испаритель. В испарителе генерируется фреоновый пар в количестве, с температурой и давлением, достаточными для обеспечения работы парофреоновой турбины 3 с электрогенератором 4. Отработанный в турбине 3 фреоновый пар поступает на вход теплового насоса 5, а именно, в конденсатор теплообменника 7, где конденсируется и передает скрытую теплоту конденсации испарителю теплообменника 7. Далее фреоновый конденсат с помощью насоса 11 через регулирующий дроссель 12 возвращается в испаритель теплообменника 1. Паросиловой цикл замыкается. В нем утилизируется и превращается в электроэнергию до 40% тепловой энергии низкотемпературного теплоносителя. В испарителе теплообменника 7 за счет переданного в него из конденсатора теплоты конденсации рабочего тела предыдущего паросилового контура образуется фреоновый пар. Этот пар с помощью компрессора 9 подается на конденсатор теплообменника 8, в котором теплота от работы сжатия пара компрессором и скрытая теплота конденсации этого фреонового пара передается в нагреватель теплообменника 8, а сконденсированное рабочее тело - фреон через дроссель 10 возвращается в испаритель теплообменника 7. Нагретая вода посредством насоса 13 циркулирует через потребитель 6 и нагреватель теплообменника 8.
Описанное устройство для утилизации энергии низкотемпературных теплоносителей позволяет увеличить глубину утилизации не менее, чем в 2 раза за счет более полного использования низкотемпературного тепла пара, отработанного турбиной.
Формула полезной модели
Устройство для утилизации энергии низкотемпературных теплоносителей, содержащее турбину с электрогенератором и теплопотребитель, отличающееся тем, что оно снабжено тепловым насосом, конденсатор приемного теплообменника которого включен в паросиловой контур на выходе отработанного пара из турбины, а нагреватель выходного теплообменника - на теплопотребитель.