Когенераційна система з використанням теплоти димових газів

Когенераційна система з використанням теплоти димових газів, що містить енергетичний модуль, вхід і ви хід якого по теплоносію з'єднані з теплообмінником-випарником низькокиплячого робочого тіла, наприклад фреону, а вихід по димових газах, що відходять, з'єднаний з димарем, в якому послідовно розміщені два протитечійних теплообмінники, турбіну, що працює на низькокиплячому робочому тілі, конденсатор, насос, яка відрізняє ться тим, що вихід теплообмінникавипарника у контурі низькокиплячого робочого тіла з'єднаний зі входом першого за рухом димових газів теплообмінника, вихід якого з'єднаний зі входом турбіни, вихід якої з'єднаний зі входом конденсатора, вихід якого через насос з'єднаний зі входом другого за рухом димових газів теплообмінника, вихід якого з'єднаний зі входом теплообмінника-випарника. Винахід відноситься до області енергетики і може бути використаний для вироблення електроенергії з надлишкового тепла енергетичних об'єктів. Відома когенераційна система, яка містить енергетичний модуль, вихід якого по димових газах, що відходять, з'єднаний з димарем, в якому послідовно розміщено два теплообмінники, один з яких забезпечує парою двигун Стірлінга, на валу якого розміщений електрогенератор, а другий використовується для підігріву конденсату [1]. Недоліком даної когенераційної системи є низький коефіцієнт корисної дії при утилізації теплоти димових газів енергетичного модуля. Найближчим по технічній сутності і результату, що досягається, є когенераційна система з використанням теплоти димових газів, що містить енергетичний модуль, вхід і вихід якого по теплоносію з'єднаний з теплообмінником-випарником низькокиплячого робочого тіла, наприклад фреону, а вихід по димових газах сполучений з димарем, в якому послідовно розміщено два теплообмінники, один з яких забезпечує парою першу фреонову турбіну, а другий, через тепловий насос, із зовнішнім споживачем тепла, причому вихід теплообмінника-випарника з'єднаний з входом другої фреонової турбіни, вихід якої, через тепловий насос, з'єднаний із зовнішнім споживачем тепла [2]. Недоліками даної когенераційної системи є низький коефіцієнт корисної дії і залежність вироблення електроенергії від зовнішнього теплового навантаження, а також низька надійність, обумовлена необхідністю створення декількох контурів термодинамічних перетворень для різних низькокиплячих робочих тіл. В основу винаходу поставлена задача підвищення коефіцієнта корисної дії по виробленню електроенергії при використанні теплоти димових газів, що відходять, незалежно від зовнішнього теплового навантаження і підвищення надійності роботи когенераційної системи. Поставлена задача розв'язується за рахунок того, що в когенераційній системі з використанням теплоти димових газів, що містить енергетичний модуль, вхід і ви хід якого по теплоносію з'єднаний з теплообмінником-випарником низькокиплячого (19) UA (11) 83560 (13) (21) a200611179 (22) 23.10.2006 (46) 25.07.2008, Бюл.№ 14, 2008 р. (72) БУЛАТ АН АТОЛІЙ ФЕДОРОВИЧ, UA, ЗВЯГІЛЬСЬКИЙ ЮХИМ ЛЕОНІДОВИЧ, U A, ЧЕМЕРИС ІГОР ФЕДОРОВИЧ, U A, БОКІЙ БОРИС ВСЕВОЛОДОВИЧ, UA, ЄФРЕМОВ ІГОР ОЛЕКСІЙОВИЧ, UA, ОКСЕНЬ ЮРІЙ ІВАНОВИЧ, UA, КАРМАН ГЕОРГІЙ ДМИТРОВИЧ, U A (73) ІНСТИТУТ ГЕОТЕХНІЧНОЇ МЕХАНІКИ ІМ. М.С. ПОЛЯКОВА Н АН УКРАЇНИ, UA (56) UA 33588, F01K23/14, 15.02.2001 CA 2154971, F01K25/06, 13.06.2000 GB 1452856, F01K23/06, 20.10.76 JP 2005180194, F03G6/00, 07.07.2005 RU 2266414, F02C6/18, 20.12.2005 WO 9747866, F01K23/10, 18.12.97 WO 03048529, F01K23/06, 12.06.2003 C2 1 3 83560 робочого тіла, наприклад фреону, а вихід по димових газах з'єднаний з димарем, в якому послідовно розміщено два протитечних теплообмінники, турбіну низькокиплячого робочого тіла, конденсатор, насос, відповідно до винаходу ви хід теплообмінника-випарника по низькокиплячому робочому тілу з'єднаний з входом першого по ходу руху димових газів теплообмінника, вихід якого з'єднаний з входом турбіни низькокиплячого робочого тіла, ви хід якої з'єднаний з входом конденсатора, вихід якого, через насос, з'єднаний з входом другого по ходу руху димових газів теплообмінника, вихід якого з'єднаний з входом теплообмінникавипарника по низькокиплячому робочому тілу. Оснащення когенераційної системи послідовним з'єднанням теплообмінника-випарника по низькокиплячому робочому тілу, першого теплообмінника димових газів, турбіни, конденсатора, насоса і другого теплообмінника димових газів забезпечує використання всієї теплової енергії теплоносія енергетичного модуля і димових газів для постійного вироблення додаткової електроенергії незалежно від наявності зовнішнього теплового навантаження. Крім того,таке з'єднання елементів когенераційної системи забезпечує можливість використання одного низькокиплячого робочого тіла, а отже, зводить до мінімуму число елементів системи. Таким чином, використання даного схемного рішення дозволить істотно підвищити коефіцієнт корисної дії по виробленню електроенергії і надійність роботи системи. Сутність винаходу пояснюється малюнками, де на Фіг.1 показана принципова пневмогідравлічна схема когенераційної системи з використанням теплоти димових газів. Енергетичний модуль може бути виконаний як на базі котельної з використанням водогрійних або парових котлів, так і на базі енергоблока з паротурбінною або газопоршневою когенерацією. На Фіг.2 приведені варіанти схем когенераційного енергетичного модуля: Фіг.2,а - на базі паротурбінної когенерації, Фіг.2, 6 - на базі газопоршневої когенерації. Когенераційна система включає енергетичний модуль 1, вхід 2 і вихід 3 якого по теплоносію з'єднані з теплообмінником-випарником 4 низькокиплячого робочого тіла, який з'єднаний з виходом 5 4 енергетичного модуля по димових газах, що відходять, димар 6, в якому послідовно розміщено два теплообмінники 7 і 8, турбіну низькокиплячого робочого тіла 9 з електрогенератором 10, конденсатор 11, насос 12. На Фіг.2 приведені наступні позначення: 13 паровий котел; 14 - протитискова турбіна; 15, 16 електрогенератори; 17 - газопоршнева установка, 18, 19 - водяні насоси. Когенераційна система з використанням теплоти димових газів працює таким чином. Теплоносій з виходу 3 енергетичного модуля 1 поступає в теплообмінник-випарник 4 низькокиплячого робочого тіла, і, віддавши частин у тепла низькокиплячому робочому тілу, повертається назад в енергетичний модуль на вхід 2. Пари низькокиплячого робочого тіла з виходу теплообмінника-випарника 4 поступають на вхід теплообмінника 7, розміщеного в гарячій зоні димаря 6, перегріваються димовими газами і поступають на вхід турбіни 9, забезпечуючи вироблення електроенергії електрогенератором 10. Пар низькокиплячого робочого тіла, що спрацював в турбіні 9, поступає в конденсатор 11, переходить в рідкий стан і потім, за допомогою насоса 12, подається на вхід теплообмінника 8, підігріваючись димовими газами, що відходять, і потім поступає на вхід теплообмінника-випарника 4, де знову випаровується. У когенераційній системі, що заявляється, все тепло, яке знімається низькокиплячим робочим тілом з теплоносія енергетичного модуля і димових газів, що відходять, використовується для постійного вироблення додаткової електричної енергії незалежно від зовнішнього теплового навантаження. При цьому істотно зростає коефіцієнт корисної дії по виробленню електроенергії, а використання одного контуру низькокиплячого робочого тіла спрощує когенераційну систему, підвищуючи надійність її роботи. Джерела інформації 1. Патент РФ №2278279, кл. F01K3/20, бюл. №17, 2006. 2. Сластунов СВ., Ельчанинов Б.П., Кузнецов Б.П. і ін. Утилизация отходящей теплоты от теплои электрогенерирующих агрегатов и промышленных технологических установок / Известия ВУЗов. Горный журнал.- 2003.- №6.- 3. 28-34. 5 Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 83560 6 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601