АВТОНОМНАЯ КОГЕНЕРАЦИОННАЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКА

Решение относится к области теплоэнергетики (утилизации теплоты уходящих газов двигателей внутреннего сгорания, работающих в составе мини-ТЭЦ) и предназначено для выработки электрической и тепловой энергии.
Известна подобная автономная когенерационная энергоустановка, описанная в патенте РФ №2162535, F02G 5/02, F02G 1/043, F02B 65/00, опуб. 2001.01.27, принятая в качестве прототипа.
Энергоустановка включает двигатель с электрогенератором, паровой котел-утилизатор (парогенератор), водогрейный котел-утилизатор (теплообменник-утилизатор низкотемпературных отработанных газов двигателя), пароводяной насос-подогреватель и контур утилизации тепла с циркуляционным насосом.
Недостаток прототипа заключается в том, что система утилизации содержит один контур, что, хотя и приводит к снижению количества теплообменников и насосов, но требует потребления значительного количества воды высокого качества с низкой жесткостью как для заполнения системы, так и для ее подпитки вследствие утечек и продувок парогенератора, постоянного контроля ее состава, очистки от загрязнений, неизбежных при эксплуатации трубопроводов. Невыполнение указанных требований приведет к снижению ресурса оборудования и надежности работы энергоустановки. Также при этом невозможна утилизация теплоты масла двигателя и требуется дополнительный масляный радиатор, что снижает ее КПД.
Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.
Решаемая задача - совершенствование когенерационной энергоустановки.
Технический результат - повышение надежности и ресурса работы энергоустановки, а также снижение эксплуатационных затрат, за счет использования в контуре внешнего теплоснабжения воды более низкого качества по жесткости и увеличение КПД за счет утилизации тепла контура охлаждения масла двигателя.
Этот технический результат достигается тем, что в автономной когенерационной энергоустановке, включающей двигатель с электрогенератором, паровой котел-утилизатор, водогрейный котел-утилизатор, пароводяной насос-подогреватель и контур утилизации тепла когенерационной энергоустановки, контур утилизации тепла когенерационной энергоустановки состоит из контура внешнего теплоснабжения потребителей с циркуляционным насосом, соединенного с внутренним контуром
когенерационной установки через бойлер внешнего теплоснабжения, вход которого соединен с водогрейным котлом-утилизатором, а выход - через циркуляционный насос с охладителем контура охлаждения масла двигателя, выход охладителя масла соединен через питательный насос с паровым котлом-утилизатором, а также с пароводяным насосом-подогревателем и охладителем контура охлаждения воды рубашки двигателя, выход охладителя воды рубашки двигателя соединен с выходом пароводяного насоса-подогревателя и со входом водогрейного котла-утилизатора, выход парового котла-утилизатора - со входом пароводяного насоса-подогревателя.
Предлагаемое техническое решение комплектации и компоновки автономной когенерационной установки позволяет использовать в контуре внешнего теплоснабжения потребителей нагретую воду, поступающую как на отопление, так и на горячее водоснабжение, существенно более низкого качества по жесткости, чем во внутреннем контуре когенерационной установки, что приводит к экономии денежных средств на водоподготовку, а в случае несоблюдения требуемого паровым котлом-утилизатором качества питательной воды - к повышению ресурса оборудования, надежности и экономичности работы энергоустановки, а также повышает КПД установки за счет утилизации тепла контура охлаждения масла двигателя.
Предлагаемая автономная когенерационная энергоустановка приведена на чертеже. Она содержит газопоршневой двигатель 1 с электрогенератором 2, охладитель масла 3, охладитель 4 воды рубашки двигателя 1, паровой котел-утилизатор 5 с питательным насосом 6, водогрейный котел-утилизатор 7, пароводяной насос-подогреватель 8 и циркуляционный насос 9, составляющих внутренний контур утилизации тепла когенерационной энергоустановки, образованный магистралями воды и пара, и бойлера внешнего теплоснабжения 10 с циркуляционным насосом 11, составляющих контур внешнего теплоснабжения потребителей.
Во внутреннем контуре утилизации тепла энергоустановки вход бойлера внешнего теплоснабжения 10 соединен с выходом водогрейного котла-утилизатора 7, а выход - через циркуляционный насос 9 со входом охладителя 3 контура охлаждения масла двигателя, выход которого соединен через питательный насос 6 со входом парового котла-утилизатора 5, а также со входом пароводяного насоса-подогревателя 8 и входом охладителя 4 контура охлаждения воды рубашки двигателя 1, выход с последнего соединен с выходом пароводяного насоса-подогревателя 8 и входом водогрейного котла-утилизатора 7, выход парового котла-утилизатора 5 соединен со входом парового насоса-подогревателя 8.
Во внешнем контуре теплоснабжения потребителей вход бойлера 10 через циркуляционный насос 11, также, как и его выход, соединен с системой теплоснабжения потребителей.
Энергоустановка работает следующим образом.
Выхлопные газы двигателя 1 последовательно поступают в паровой 5 и водогрейный 7 утилизационные котлы, затем - в дымовую трубу.
Функционирование внутреннего контура когенерационной установки заключается в следующем. Охлажденная в бойлере внешнего теплоснабжения 10 вода внутреннего контура циркуляционным насосом 9 подается в охладитель масла 3, где нагревается, отбирая часть теплоты масла двигателя. Затем она поступает параллельно на три объекта: охладитель 4 воды рубашки двигателя 1, пароводяной насос-подогреватель 8 и через питательный насос 6 на паровой котел-утилизатор 5. В охладителе 4 воды рубашки двигателя 1 вода контура энергоустановки подогревается за счет теплоты воды внутреннего контура охлаждения двигателя.
В паровом котле-утилизаторе 5 за счет теплоты выхлопных газов двигателя 1 вода превращается в пар, который подается на паровой насос-подогреватель 8. В паровом насосе-подогревателе 8 пар смешивается с водой от охладителя масла 3, сообщая последней как тепловую, так и механическую энергию, конденсируясь при этом.
Смесь конденсата и воды уходит с парового насоса-подогревателя 8, смешивается с водой, поступающей от охладителя 4 рубашки двигателя 1 и поступает в водогрейный котел-утилизатор 7, где подогревается за счет теплоты выхлопных газов, и подается на бойлер внешнего теплоснабжения 10.
Контур внешнего теплоснабжения потребителей работает следующим образом. Обратная охлажденная вода от потребителей циркуляционным насосом 11 подается на бойлер внешнего теплоснабжения 10, где подогревается за счет теплоты воды внутреннего контура когенерационной установки, и поступает в сеть потребителей тепловой энергии.