Установка для комбінованого вироблення теплової та електричної енергії

1. Установка для комбінованого вироблення теплової та електричної енергії, яка містить тепловий двигун з електрогенератором, котелутилізатор, систему трубопроводів і газоходів, теплофікаційне обладнання, систему автоматики і регулювання, яка відрізняється тим, що установка додатково містить з'єднаний з котлом 3 17775 4 випадках незадовільний стан теплофікаційних коенергії, виробленої установкою, між тепловим натлів, велика кількість яких є застарілими з викорисосом, іншими власними споживачами електроестаним ресурсом роботи і незадовільним ккд. Ненергії і електричною мережею, а поверхня теплоодоліком є і складність вирішення проблеми бміну котла-утилізатора складається з постійного гарячого водопостачання, що пов'язано високотемпературного та низькотемпературного з сезонністю роботи теплофікаційних котлів комуконтурів, які зв'язані з тепловим насосом і не зв'янальної котельні. зані між собою конструктивно в межах котлаВ останні роки знайшли поширення когенераутилізатора, крім того, як варіант, тепловий насос ційні установки, які поставляються разом з котломзв'язаний тільки з високотемпературним контуром утилізатором. Це пояснюється їх більш простою котла-утилізатора, а низькотемпературний контур технологією застосування і монтажу, компактністю, котла-утилізатора працює автономно. можливістю застосування в якості теплових двигуТепловий насос в запропонованій установці є нів, поряд з ГТУ, газопоршневих двигунів, що знанеобхідним для використання низькопотенційної чно розширює потужнісний ряд когенераційних теплової енергії з зовнішнього джерела для підустановок. Когенераційна установка з котломвищення теплової потужності й ефективності когеутилізатором працює автономно і зв'язана з заганераційної установки. льною технологічною схемою котельні тільки по Регулююча система для розподілу електричцільовому теплоносію. ної енергії є необхідною для розподілу електроеВідома когенераційна установка, яка складанергії, яку виробляє когенераційна установка, між ється з теплового двигуна і котла-утилізатора, в тепловим насосом, іншими власними споживачами якому використовуються як теплоносій скидні гази електричної енергії і електричною мережею. з теплового двигуна, яка обрана за прототип [5-8]. Розподіл поверхні теплообміну котлаНедоліком прототипу є те, що, як правило, теутилізатора на високотемпературний й низькотемплової потужності котлів-утилізаторів не вистачає пературний контури, конструктивно в межах котла для покриття потреб споживачів теплової енергії. не зв'язані один з одним, є необхідним для зв'язку Для покриття нестачі доводиться підключати тепкотла-утилізатора з тепловим насосом і ефективлофікаційні котли, які за цих умов працюють не в ного використання теплової енергії скидних продуномінальному режимі з більш низьким ккд, що ктів спалення з теплового двигуна в котліспричиняє перевитрату палива. В умовах перспекутилізаторі. тиви значного зростання ціни на природний газ це В якості низько потенційного теплового джесуттєво. До цього приводять і існують проблеми з рела для теплового насоса можуть бути викориспродажем до електричної мережі надлишку виротані стічні води каналізаційних колекторів, скидні бляємої когенераційною установкою електроенерводи промислових підприємств, охолоджуюча вогії (особливо якщо мова йдеться про значні електда теплових двигунів і конденсаторів та інші джеричні потужності), що вимушує власників рела низькопотенційної теплоти. когенераційних установок обмежувати їх електриСуть корисної моделі пояснюється кресленнячну потужність власними потребами в електроеми (Фіг.1 і 2), на яких зображені варіанти принцинергії і зумовлює тим самим зниження теплової пової схеми запропонованої установки для комбіпотужності котлів-утилізаторів, що знижує ефектинованого вироблення теплової та електричної вність і потенційні можливості когенераційних енергії. В якості низькопотенційного теплового установок. джерела для теплового насоса розглянуті стічні В основу корисної моделі поставлено задачу води каналізаційного колектора. удосконалення когенераційної установки з котломУстановка містить (Фіг.1) тепловий двигун 1 з утилізатором для комбінованого вироблення тепелектрогенератором 2 і котлом-утилізатором 3 з лової та електричної енергії в комунальних тепвисокотемпературним контуром 4 і низькотемпелофікаційних підприємствах і системах теплопоратурним контуром 5, який безпосередньо, в местачання промислових підприємств шляхом жах котла не зв'язаний з високотемпературним введення в схему установки додаткових устроїв контуром 4, живильний насос 6, тепловий насос 7, для використання низькопотенційної теплоти зовнизькопотенційний контур 8 з насосом 9. В разі нішніх джерел з метою збільшення теплової потувикористання в якості низькопотенційного джерела жності когенераційної установки з котломстічних вод каналізаційного колектора низкопотенутилізатором, підвищення ефективності видобутку ційний контур 8 може бути замкненим, як показано теплової енергії, вирішення проблеми з викорисна Фіг.1. В цьому разі він містить теплообмінник танням надлишкової електроенергії і більш повно10, встановлений в стічні води каналізаційного го використання можливостей когенераційних техколектору 11. На Фіг.1 також умовно показана тепнологій. лова мережа зі споживачем теплової енергії 12. Поставлена задача вирішується тим, що устаНаявність в схемі когенераційної установки новка для комбінованого вироблення теплової та одночасно котла-утилізатора і теплового насоса електричної енергії, яка містить тепловий двигун з обумовлює конструкцію котла-утилізатора. Він електрогенератором, котел-утилізатор, систему складається з високотемпературного і низькотемтрубопроводів і газоходів, теплофікаційне обладпературного контурів, які конструктивно в межах нання, систему автоматики і регулювання, згідно котла не зв'язані один з другим. Технологічний корисної моделі, вона додатково містить з'єднаний розрив між ними заповнюється тепловим насосом. з котлом-утилізатором тепловий насос, зв'язаний з Саме така технологічна схема обумовлює найвизовнішнім джерелом низькопотенційної теплоти, щу ефективність використання теплового потенцірегулюючу систему для розподілу електричної 5 17775 6 алу скидних продуктів спалення теплового двиводи 13. Використану гарячу воду скидають в кагуна. налізаційну мережу. Аналогічна схема може бути Працює установка наступним чином. Високозастосована при використанні гарячої води як техтемпературні скидні гази з теплового двигуна 1 нологічної в промислових підприємствах. направляють в котел-утилізатор 3, в гарячий конСьогодні когенераційні технології є найбільш тур якого для догрівання до параметрів споживанпрогресивними технологіями в комунальній енерня подають цільовий теплоносій з теплового насогетиці. Незаперечною перевагою когенераційних су 7, після чого цільовий теплоносій (гарячу воду технологій є низька собівартість електроенергії, чи пару) подають в теплову мережу споживачу 12. яку виробляють когенераційні установки (7Зворотну воду живильним насосом 6 подають в 10коп./кВтт), що є одним з факторів, які обумовнизькотемпературний контур 5 котла-утилізатора, люють економічну ефективність когенераційних який обігрівається охолодженими після високотетехнологій. Саме ця особливість когенераційних мпературного контуру 4 димовими газами. Охолоустановок покладена в основу ідеї винаходу. джені гази з котла-утилізатора викидають в димар. Низька собівартість виробленої установкою Підігріту в низькотемпературному контурі 5 воду електроенергії при наявності зовнішніх джерела (цільовий теплоносій) подають в гарячий контур низькопотенційної теплової енергії дозволяє викотеплового насосу 7, де за рахунок підведених до ристати в схемі когенераційної установки тепловий теплового насосу електроенергії і низкопотенційнасос, що значно підвищує теплову потужність ної теплоти зростають параметри цільового тепкогенераційної установки, знижує собівартість вилоносія. З теплового насосу цільовий теплоносій робленої установкою товарної теплоти і пом'якшує подають для догрівання в високотемпературний проблему надлишкової електроенергії, що сприяє контур 4 котла-утилізатора. збільшенню можливої потужності, в тому числі і Тепловий насос використовує для своєї роботеплової, когенераційної установки. ти електричну енергію, видобуту когенераційною Що стосується наявності зовнішніх джерел ниустановкою, і низькопотенційну теплову енергію - в зькопотенційної теплової енергії для застосування даному випадку енергію стічних вод. Видобута когенераційних установок з тепловим насосом, то, електрогенератором 2, механічно зв'язаним з тепяк вказувалось вище, їх асортимент достатньо ловим двигуном 1, електроенергія розподіляється великий. Для комунальних когенераційних устанорегулюючою системою між тепловим насосом 6, вок найбільш придатними в цій якості будуть, маіншими власними споживачами електроенергії і буть, каналізаційні стічні води. Наприклад, теплоелектричною мережею, куди направляють надливий потенціал стічних вод каналізаційного шок електроенергії. колектора району з 10000 мешканців становить Низькопотенційну теплову енергію подають в більше 1МВт. тепловий насос в даному випадку з допомогою Запропонована корисна модель - один з варідодаткового теплоносія. Холодний теплоносій, антів вирішення проблем, які постають перед шиякий циркулює в низькопотенційному контурі 8 роким впровадженням когенераційних технологій. теплового насоса 7, підвищує свою температуру в Джерела інформації: протиточному теплообміннику 10, розташованому 1. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станв стічних водах колектора 11. Нагрітий теплоносій ции. М.: "Энергия", 1967. насосом 9 подають в тепловий насос 7. Охоло2. Канаев А.А., Корнеев М.И.. Парогазовые джений в тепловому насосі теплоносій поступає в установки. Л.: "Машиностроение", 1974. теплообмінник 10. 3. Степанов Р.И. Котлы с предвключенными Низькотемпературний контур в котлігазовыми турбинами. -"Теплоэнергетика", 1995, № утилізаторі може працювати автономно по цільо4, с.41-43. вому теплоносію, якщо когенераційна установка 4. Арсеньев Л.В., Тырышкин П.Г.. Комбинировиробляє два цільових теплоносія, один з котрих є ванные установки с газовыми турбинами. Л.: "Манизькотемпературним. На Фіг.2 зображена схема шиностроение", Ленинградское отделение, 1982. когенераційної установки з автономним низькоте5. Каталог ООО "Налим", г. Севастополь, Укмпературним контуром в котлі-утилізаторі, признараина. чена для комунальних підприємств. Ці установки 6. Когенерационные установки (для комбинимають дві теплофікаційні мережі - високотемперарованного производства электрической энергии и турну для опалення (споживач 12), зв'язану з витепла). Каталог АООТ "Первомайскдизельмаш", сокотемпературним контуром 4 котла-утилізатора, г.Первомайск, Украина. і низькотемпературну мережу гарячого водопоста7. Мини-теплоэлектростанции DEUTZ. "Авточання (споживач 13), зв'язану з низькотемпературмоторс", Генеральное представительство АО ним контуром 5 котла-утилізатора. "DEUTZ"(Германия) в Украине, г.Киев. Холодну водопровідну воду подають в низько8. ГТЭС когенерационного цикла (теплофикатемпературний контур 4 котла-утилізатора. З котционные). Каталог газотурбинного оборудования. ла-утилізатора воду подають споживачу гарячої "Газотурбинные технологии", 2005г., Россия. 7 Комп’ютерна верстка Н. Лисенко 17775 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601