Установка когенерації енергії і води

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в различных отраслях хозяйства, где имеется потребность совместной выработки различных видов энергии и воды путем попутной утилизации выхлопных газов установок различного назначений. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является комбинированная энергетическая установка [Авт.св. № 1830422. кл. F 01 К 21/06. опублик. 30.07.93], содержащая энергетическую установку с приводным устройством - потребителем энергии, которая включает в себя воздушный компрессор, камеры сгорания, газовую и парогазовые турбины, систему утилизации выхлопных газов, содержащую утилизированные парогенераторы, конденсатор, цистерну для сбора конденсата, газоходы, трубопроводы с запорной арматурой. Недостатком данной установки является недостаточно высокая общая энергетическая эффективность изза значительных потерь тепла в окружающую среду. Это обусло влено наличием двух функционально автономных элементов установки - утилизационного парогенератора и конденсатора, в которых выхлопные газы отдают значительную часть своего тепла, а затем выбрасываются в атмосферу. При этом в каждом из этих двух элементов имеются потери тепла в окружающую среду. Сбор конденсата производится в отдельную цистерну, В основу изобретения поставлена задача разработки более совершенной технологии подогрева и получения воды из выхлопных газов путем выполнения в установке когенерации энергии и воды, содержащей энергетическую установку с приводным устройством, систему утилизации выхлопных газов, газоходы, трубопроводы с запорной арматурой, систему утилизации выхлопных газов в виде многофункциональной замкнутой емкости, нижний водяной объем которой сообщен посредством погружного газохода с закрепленной на нем и соосно с ним расположенной циркуляционной трубой, с выхлопным газоходом энергетической установки, а верхний газовый объем сообщен с атмосферой: посредством выхлопного тракта, установленного основанием на емкости, при этом емкость снабжена патрубками для подвода охлажденной и отвода потребителю подогретой воды. Для дополнительной утилизации тепла выхлопных газов, при определенных режимах работы установки, нижняя часть выхлопного тракта, соединенного с многофункциональной замкнутой емкостью, выполняется в виде тепломассообменника. Предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить повышение эффективности энергетической установки, уменьшить ее металлоемкость, коэффициент эффективности использования топлива довести до 95% и выше, утилизировать часть водяного пара, содержащегося в выхлопных газах. Выполнение системы утилизации тепла выхлопных газов установки, когенерации энергии и воды в виде многофункциональной замкнутой емкости, соединенной с выхлопным газоходом посредством погружного газохода с закрепленной на нем и соосно с ним расположенной циркуляционной трубой, позволяет значительно повысить энергетическую эффективность установки путем контактного теплообмена выхлопных газов и воды в емкости и уменьшения числа функциональных элементов (утилизационного парогенератора, конденсатора, цистерны для сбора конденсата) и, как следствие, уменьшить потери, тепла в окружающую среду. При этом температура греющей и нагреваемой среды различаются незначительно, что невозможно достичь в рекуперативных теплоутилизаторах, например, (утилизационном парогенераторе) прототипа. Выполнение системы утилизации в виде одной емкости вместо трех, как в прототипе, значительно улучшает еще и массогабаритные характеристики установки в целом. Кроме того, многофункциональная замкнутая емкость дополнительно выполняет функции искрогасителя. В качестве энергетических установок и устройств в отличие от прототипа, могут быть использованы, кроме газотурбинных установок, еще и двигатели внутреннего сгорания, газогорелочные устройства и другие установки и устройства, работающие на газовом топливе и генерирующие поток выхлопных газов. На чертеже представлена схема заявляемой установки. На выходе выхлопных газов из энергетической установки 1 с приводным устройством 2 последовательно установлены газоход 3 с задвижкой 4. Погружным газоходом 5 энергетическая установка 1 соединена с системой утилизации, выполненной в виде многофункциональной замкнутой емкости 6. На погружном газоходе 5 закреплена и соосно с ним расположена циркуляционная труба 7. Газоход 8 с задвижкой 9 подключен к выхлопному тракту 10 для выброса выхлопных газов энергетической установки 1 в атмосферу при ее пуске или частично - в рабочем режиме. Многофункциональная замкнутая емкость 6 имеет патрубки 11, 12. Циркуляционным насосом 13 через патрубок 11 подогретая вода из многофункциональной замкнутой емкости 6 подается потребителю 14, а затем часть охлажденной потребителем воды через патрубок 12 направляется обратно в емкость 6. Трубопроводы 15, 16 с задвижками 17, 18 предназначены для подачи охлажденной воды в емкость 6 и потребителю воды (избыток воды). Для конденсации водяных паров, содержащихся в выхлопных газах, нижняя часть выхлопного тракта 10 выполняется в виде тепломассообменника 19, куда по трубопроводу 20 с задвижкой 21 подается охлажденная потребителем вода. Теплообменник 19 соединен с верхним газовым объемом емкости 6 трубопроводом 22. Установка когенерации энергии и воды работает следующим образом. Смесь углеводородного газа, например природного с воздухом, сгорает в энергетической установке 1, которая за счет энергии продуктов сгорания вырабатывает в приводном устройстве 2 механическую или электрическую энергию. Горячие выхлопные газы из энергетической установки 1 по газоходу 3 через задвижку 4 поступают в погружной газоход 5, конец которого погружен на определенную глубину в многофункциональную замкнутую емкость 6. Эта емкость с водой выполняет одновременно функции водяного теплообменника-утилизатора, конденсатора водяного пара, искрогасителя и, собственно емкости воды, как таковой. Глубина погружения газохода 5 определяется условиями тепломассообмена выхлопных газов и воды в емкости 6 и допускаемым аэродинамическим сопротивлением выхлопного тракта установки 1. Для более эффективного подогрева и перемешивания воды в емкости 6, на погружном газоходе 5 закреплена и соосно с ним расположена циркуляционная труба 7, погруженная в воду. Выходя из погружного газохода 5, выхлопные газы барботируются через слой воды в циркуляционной трубе 7. Затем вода переливается и смешивается с водой емкости 6, а сами газы охлаждаются ниже точки росы. Выхлопные газы, собравшиеся в верхнем газовом объеме емкости 6, по выхлопному тракту 10 выбрасываются в атмосферу. Подогретая таким образом вода из емкости 6 циркуляционным насосом 13 подается потребителю тепла 14, а затем часть охлажденной воды по трубопроводу 15 с открытой задвижкой 17 подается в емкость 6 для подогрева. Избыток воды по трубопроводу 16 при открытой задвижке 18 подается потребителю воды. Для предотвращения частичного уноса водяного пара с выхлопными газами в атмосферу они из емкости 6 направляются в выхлопной тракт 10 через тепломассообменник 19. Для этого конкретного случая нижняя часть выхлопного тракта 10 выполняется в виде тепломассообменника 19 и своим открытым основанием соединяется с газовым объемом многофункциональной замкнутой емкости 6. В тепломассообменнике 19 навстречу вы хлопным газам, циркуляционным насосом 13 по трубопроводу 20 при открытой задвижке 21 подается часть охлажденной потребителем тепла 14 воды. Происходит дополнительная утилизация тепла выхлопных газов энергетической установки 1 и конденсация содержащегося в них водяного пара. При этом выхлопные газы охлаждаются и по выхлопному тракту 10 выбрасываются в атмосферу, а теплый конденсат стекает в емкость 6. Заявляемая установка, например, мощностью 1000 кВт сможет выдать до 2 т воды в сутки. Получаемый водный конденсат представляет собой очищенную воду, практически дистиллят, которая может использоваться для охлаждения двигателя, подпитки тепловых сетей, а также для нужд бытового и промышленного водоснабжения, пополнения водоемов. Она может также использоваться для водоснабжения безводных и новых неосвоенных районов, морских судов-газовозов, нефтяных, газовых, буровы х платформ и др., где эта проблема стоит особенно остро и где для получения воды применяют водоопреснительные установки с значительными затратами электроэнергии и греющего водяного пара. Для самой заявляемой установки когенерации отпадает необходимость в блоке водоподготовки, что выгодно отличает ее от аналогичных установок.