КОГЕНЕРАЦИОННАЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКА

Решение относится к области теплоэнергетики и предназначено для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии.
Известна автономная ко генерационная энергоустановка (пат. РФ №2162534 F 02 G 5/02, F 02 G 1/043, F 02 B 65/00, опуб. 2001.01.27). Энергоустановка предназначена для стационарных и передвижных объектов при одновременном производстве электроэнергии и тепла. Достигаемый технический результат - повышение КПД установки в целом и снижение ее массогабаритных характеристик. При работе двигатель производит полезную энергию, преобразуемую в электрическую энергию с помощью электрогенератора, расположенного на одном валу с двигателем. Для охлаждения двигателя в рубашку охлаждения подается вода от внешних потребителей тепла по линии возврата. Нагретая охлаждающая жидкость из рубашки охлаждения поступает в теплообменник-утилизатор тепла отработанных газов, где перемешивается с водой, поступившей из линии по перемычке, при этом дополнительно нагревается отработанными газами двигателя, поступающими по магистрали, до высокой температуры. Из теплообменника-утилизатора горячая вода циркуляционным насосом подается для теплоснабжения внешним потребителям тепла по линии подачи горячей воды. Для регулирования количества воды, поступающей в рубашку охлаждения и в теплообменник через перемычку, предусмотрены регулирующие клапаны.
Однако в этой установке используется лишь тепло от рубашки охлаждения двигателя и тепло отработанных газов двигателя. Т.о., возможности энергоустановки использованы не полностью.
Известна автономная Стирлинг-установка для одновременного производства электроэнергии и тепла (пат. РФ №2162532, F 02 G 5/02, F 02 G 1/02, 2001.01.27), которая по сумме признаков наиболее близка к предлагаемой и по сути является когенерационной.
Термин когенерация означает одновременное производство электрической и тепловой энергии в одном процессе и широко используется в теплоэнергетике (см., например, журнал «Электросистемы» №1 (10), 2005 г. статья Ю.Н.Петрова).
Установка содержит двигатель с электрогенератором на одном валу, котел-утилизатор, к которому подведена линия подачи выхлопных газов двигателя, теплообменник системы утилизации -на выходе трубопровода воды из котла-
утилизатора, теплообменник рубашки охлаждения двигателя, соединенный трубопроводом с котлом-утилизатором, образующие высокотемпературный контур, соединенный магистралью подачи воды с низкотемпературным контуром, включающим теплообменник горячего водоснабжения первой ступени, циркуляционный насос и магистраль подвода холодной воды, а также регулирующие клапаны.
Как и в вышеприведенном аналоге, в прототипе решается задача повышения КПД и снижения массогабаритных характеристик установки. Эти задачи решаются за счет использования теплоты системы охлаждения двигателя для теплоснабжения внешних потребителей тепла и остаточного тепла отработанных газов двигателя - для горячего водоснабжения с выработкой пара высокого давления.
Однако в этом решении также не полностью использованы возможности энергоустановки, т.е. используется не все отходящее тепло.
Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.
Решаемая задача - совершенствование энергоустановки и снижение сроков ее окупаемости за счет увеличения степени реализации тепловой энергии.
Технический результат - повышение КПД установки за счет использования дополнительного тепла тепловых узлов установки.
Этот технический результат достигается тем, что в когенерационной энергоустановке, содержащей двигатель с электрогенератором на одном валу, котел-утилизатор, к которому подведена линия подачи выхлопных газов двигателя, теплообменник системы утилизации - на выходе трубопровода воды из котла-утилизатора, теплообменник рубашки охлаждения двигателя, соединенный трубопроводом с котлом-утилизатором, образующие высокотемпературный контур, соединенный магистралью подачи воды с низкотемпературным контуром, включающим теплообменник горячего водоснабжения первой ступени, циркуляционный насос, магистраль подвода холодной воды, а также регулирующие клапаны, в высокотемпературный контур дополнительно введен теплообменник охлаждения масляной системы двигателя, к которому подведен трубопровод подачи воды от теплообменника системы утилизации и из которого выведен трубопровод в теплообменник рубашки охлаждения двигателя, а в низкотемпературный контур дополнительно введен водовоздушный теплообменник охлаждения надувочного воздуха двигателя, к которому подведена магистраль подачи надувочного воздуха и трубопровод подвода воды от теплообменника низкотемпературного контура, а на
магистрали подвода холодной воды перед теплообменником низкотемпературного контура установлен трехходовой клапан.
Включение в систему теплообменника масляной системы двигателя и водовоздушного теплообменника дает возможность обеспечить полное использование тепла высокотемпературного и низкотемпературного контуров охлаждения установки, причем в теплообменнике низкотемпературного контура утилизируется тепловая энергия (температура воды 32-34°С), которая в стандартной установке отводится в окружающую среду посредством градирен.
Установка трехходового клапана на магистрали подвода холодной воды к теплообменнику низкотемпературного контура позволяет поддерживать заданную температуру воды, поступающей на охлаждение надувочного воздуха в водовоздушный теплообменник двигателя.
Предлагаемая когенерационная энергоустановка приведена на чертеже.
Установка содержит газовый двигатель 1 с электрогенератором 2 на одном валу с двигателем 1. Выхлопные газы двигателя 1 поступают в котел-утилизатор 3 по линии 4. На выходе из котла-утилизатора 3 установлен пластинчатый теплообменник 5 (теплообменник горячего водоснабжения второй ступени нагрева) системы утилизации, сообщенный трубопроводом 6, на котором установлен циркуляционный насос 7, с котлом-утилизатором 3. К котлу-утилизатору 3 подведен трубопровод 8 от теплообменника 9 рубашки охлаждения двигателя 1. Эти узлы образуют высокотемпературный контур двигателя 1, соединенный с низкотемпературным контуром трубопроводом 10, Низкотемпературный контур двигателя 1 включает в себя пластинчатый теплообменник 11 (теплообменник горячего водоснабжения первой ступени нагрева), который соединен трубопроводом 12 с водовоздушным теплообменником 13 двигателя 1. Вместе с трубопроводом 14, на котором установлен циркуляционный насос 15, он образует водяной контур теплообменника 11. Надувочный воздух к водовоздушному теплообменнику 13 подведен по магистрали 16. Холодная вода поступает по магистрали 17, на которой установлен трехходовой клапан 18, который позволяет часть воды по линии 19 отвести на теплообменник 11, из последнего выходит линия 20 подогретой воды к байпасной линии 21.
В высокотемпературный контур энергоустановки дополнительно введен теплообменник 22 охлаждения масляной системы двигателя 1, к которому подведен трубопровод 23 подачи воды от теплообменника 5 системы утилизации и из которого выведен трубопровод 24 в теплообменник 9 рубашки охлаждения двигателя 1.
Когенерационная энергоустановка работает следующим образом.
При работе двигатель 1 производит полезную энергию, преобразуемую в электрическую энергию с помощью электрогенератора 2, при этом тепловая энергия от систем охлаждения двигателя 1 и котла утилизатора 3 используются для нагрева воды сети горячего водоснабжения, которая по магистрали 25 насосом 26 подается потребителям.
Холодная вода по магистрали 17 через трехходовой клапан 18 поступает в теплообменник 11 низкотемпературного контура в количестве, необходимом для поддержания воды (трубопровод 12) на входе в водовоздушный теплообменник 13 с заданной температурой 32°С. Оставшаяся часть воды по байпасной линии 21, смешиваясь с водой из линии 20 после теплообменника 11 низкотемпературного контура по трубопроводу 10 подается на теплообменник 5 системы утилизации.
Охлажденный теплоноситель низкотемпературного контура с температурой 32°С от теплообменника 11 по трубопроводу 12 поступает в водовоздушный теплообменник 13, в котором нагревается до 34°С и по трубопроводу 14 посредством циркуляционного насоса 15 вновь подается на теплообменник 11.
Теплоноситель высокотемпературного контура от теплообменника 5 по трубопроводу 23 подается в теплообменник 22, затем по линии 24 - в теплообменник 9 рубашки охлаждения двигателя 1 и по трубопроводу 8 поступает в котел утилизатор 3, из которого посредством циркуляционного насоса 7 по трубопроводу 6 подается на теплообменник 5 системы утилизации. Выхлопные газы от двигателя 1 поступают в котел утилизатор 3 по линии 4, а затем в теплообменник 5, откуда тепловая энергия идет к потребителю.
В предлагаемой энергоустановке использование дополнительно утилизованной энергии позволяет повысить КПД и снизить сроки окупаемости установки за счет увеличения степени реализации тепловой энергии, т.к. при том же расходе газа увеличивается реализация тепловой энергии потребителю.