Тепловий агрегат

1. Тепловий агрегат, що містить корпус, теплообмінник, систему подачі теплоносія, наприклад води для нагрівання, і систему виведення нагрітої води або водяної пари, топку, систему запалювання, пристрій для подачі водяної пари в топку, пристрої для подачі палива та окислювача в топку, пристрій з силовим агрегатом для примусового виведення продуктів згоряння і систему контролю температури теплоносія, який відрізняє ться тим, що пристрій для подачі водяної пари в топку з'єднаний із системою подачі теплоносія в теплообмінник або із системою виведення нагрітої води або водяної пари із теплообмінника, або безпосередньо із U 2 (19) 1 3 30352 для подачі палива та окислювача в топку, пристрій з силовим агрегатом для примусового виведення продуктів згоряння і систему контролю теплоносія, пристрій для подачі водяної пари в топку з'єднаний із системою подачі теплоносія в теплообмінник або із системою виведення нагрітої води або водяної пари із теплообмінника або безпосередньо із теплообмінником або із системою з відпрацьованим теплоносієм, або пристрій для примусового виведення продуктів згоряння забезпечений рекуператором, який з'єднаний із системою подачі води і з пристроєм для подачі водяної пари в топку, або корпус виконаний герметично і заповнено в середині продуктами згоряння відновлювальним, вторинним паливом та окислювачем або „Теплоагенти Благути @" і об'єднаний із пристроєм для примусового виведення продуктів згоряння і пристроєм для подачі водяної пари в топку, причому пристрій для подачі водяної пари в топку одночасно виконує функцію пристрою для подачі палива та окислювача, а також тепловий агрегат забезпечений генератором тепла, який встановлений перед топкою або в топці і з'єднаний із пристроєм для подачі водяної пари в топку, а силовий агрегат, наприклад компресор встановлено перед генератором тепла, що виконаний з можливістю забезпечення підвищення температури робочого тіла, наприклад водяної пари. Запропонована сукупність ознак підвищує ефективність роботи котла, знижує витрати палива і забезпечує охорону навколишнього природного середовища. Робота теплового агрегату в залежності від способу подачі водяної пари в топку котла пояснюється Фіг.1, 2, 3. На Фіг.1 зображена схема роботи теплового агрегату, що містить корпус 1, теплообмінник 2, систему подачі води для нагрівання 3 в теплообмінник 2, систему для виведення теплоносія 4 із теплообмінника 2, топку 5, систему запалювання 6, пристрій або систему для подачі водяної пари 7 в топку 5, генератор тепла 8, встановлений перед топкою 5 на пристрої 7, пристрій 9, з силовим агрегатом 10, для примусового виведення продуктів згоряння із топки 5, систему контролю температури теплоносія 11, в теплообміннику 2, пристрій для подачі палива 12, в топку 5, пристрій для подачі окислювача (повітря) 13 в топку 5. Пристрій для подачі водяної пари 7 в топку 5 з'єднаний із системою подачі води для нагрівання 3 або із системою виведення нагрітої води або водяної пари 4 із теплообмінника 2 або із теплообмінником 2 або із системою з відпрацьованим теплоносієм (на Фіг.1 не показано) і одночасно виконує функцію пристрою для подачі палива та окислювача. Генератор тепла 8 може бути виконаний у вигляді сопла Лаваля або у вигляді сопла Лаваля і пористих перегородок (на кресленнях не показано), які містять щонайменше звужений отвір, причому перегородки встановлені після сопла Лаваля перед топкою або в топці або в вигляді іонізаційної решітки або іншим чином, що 4 забезпечує підвищення температури робочого тіла і дисоціацію, наприклад молекул водяної пари на водень і кисень. На Фіг.2 зображена схема роботи теплового агрегату, що містить корпус 1, теплообмінник 2, систему подачі води для нагрівання 3 в теплообмінник 2, систему для виведення теплоносія 4 із теплообмінника 2, топку 5, систему запалювання 6, пристрій або систему для подачі водяної пари 7 в топку 5, генератор тепла 8, встановлений перед топкою 5 на пристрої 7, пристрій 9, з силовим агрегатом 10, для примусового виведення продуктів згоряння із топки 5, систему контролю температури теплоносія 11, в теплообміннику 2, пристрій для подачі палива 12, в топку 5, пристрій для подачі окислювача (повітря) 13 в топку 5. Пристрій 9 для примусового виведення продуктів згоряння із топки 5 забезпечений рекуператором тепла 14, котрий розміщений в його середині і з'єднаний із системою для подачі води 3 і пристроєм для подачі водяної пари 7 в топку 5, який одночасно виконує функцію пристрою для подачі палива та окислювача. На Фіг.3 зображена схемароботи теплового агрегату, що містить герметичний корпус 1, теплообмінник 2, систему подачі води для нагрівання 3 в теплообмінник 2, систему для виведення теплоносія 4 із теплообмінника 2, топку 5, систему запалювання 6, пристрій або систему для подачі водяної пари 7 в топку 5, генератор тепла 8, встановлений перед топкою 5 на пристрої 7, пристрій 9, з силовим агрегатом 10, для примусового виведення продуктів згоряння із топки 5, систему контролю температури теплоносія 11, в теплообміннику 2. Корпус 1 герметично з'єднаний із пристроєм 9 для примусового виведення продуктів згоряння із топки 5 і пристроєм 7 для подачі водяної пари в топку 5 за допомогою силового агрегату в вигляді компресора 10. Пристрій 7 одночасно виконує функцію пристрою для подачі палива і окислювача. Герметична система, що включає внутрішній простір корпуса 1, пристрій 9, пристрій 7, компресор 10 і генератор тепла 8 заповнена відновлювальним, вторинним паливом та окислювачем, наприклад водяна пара [4], яка одержується за допомогою додаткових пристроїв або подається в середину системи перед запуском котла. Працює тепловий агрегат (Фіг.1) слідуючим чином. Після подачі палива і окислювача через пристрої 12, 13 в топку 5 за рахунок системи запалювання 6 відбувається процес окислення або згоряння палива з виділенням хімічної енергії і виникненням продуктів згоряння. Під дією силового агрегату 10 продукти згоряння контактують із поверхнею теплообмінника 2 і нагрівають теплоносій, а потім через пристрій 9 викидаються в атмосферу. Після загоряння палива система запалювання не працює, а процес згоряння палива в присутності кисню, що міститься в повітрі, яке подається в топку 5, відбувається у зв'язку з тим, що температура в 5 30352 топці 5 перевищує температур у самозагоряння окисі вуглецю в повітрі (610°С) і температуру самозагоряння водню в повітрі (510°С) [3, стор.719]. З метою зменшення викидів шкідливих речовин і зниження витрат палива із теплообмінника 2 під тиском за допомогою пристрою 7 через систему контролю теплоносія 11 і генератор 8, в топку 5 подають водяну пару. Генератор тепла 8 підвищує температуру води перетворюючу її в водяну пару або підвищує температуру водяної пари, наприклад за рахунок збільшення швидкості руху рідинного або газового потоку через сопло Лаваля і різкого гальмування руху газового потоку в процесі розширення на виході із сопла. Перетворення кінетичної енергії руху молекул водяної пари в теплову енергію підвищує їх вн утрішню енергію, що зменшує витрати енергії в топці котла на дисоціації молекул водяної пари на водень і кисень, яка складає 432,5кДж/моль і є нижчою, ніж енергія дисоціації кисню 491,1кДж/моль і енергія дисоціації молекул води - 916,5кДж/моль [1, стор.709,766]. При згорянні одержаного водню і кисню або палива і окислювача в топці 5 виділяється енергія 573кДж/моль, що перевищує витрати енергії на дисоціацію молекул водяної пари. Відмінність роботи теплового агрегату (Фіг.2) є використання залишкового тепла продуктів згоряння для перетворення води з початку на водяну пару, а потім на паливо і окислювач. В пристрої для виведення продуктів згоряння 9 встановлено рекуператор тепла 14, який з'єднаний із системою подачі води 3 і пристроєм 7 для подачі водяної пари в топку котла. Продукти згоряння після передачі тепла теплоносію через теплообмінник 2 під дією силового агрегату 10 викидаються в атмосферу через пристрій 9 і передають залишкове тепло на нагрів води і перетворення її в водяну пару в рекуператорі 14, за рахунок чого створюється тиск. Під дією тиску в рекуператорі 14 водяна пара подається в генератор тепла 8, який підвищує внутрішню енергію водяної пари, що в свою чергу зменшує витрати енергії в топці 5 на перетворення водяної пари на водень і кисень і збільшує температуру в топці 5 за рахунок горіння водню і кисню. Запропонована схема роботи котельного агрегату може використовуватися в теплових агрегата х, наприклад для нагрівання і плавлення або сушки матеріалів і є більш економічною за рахунок використання залишкового тепла викидних газів. При переведенні роботи теплового агрегату Фіг.3 на замкнений цикл виключається використання палива і повітря для виробництва енергії і відсутні викиди теплової енергії та шкідливих речовин в атмосферу. Під дією компресора 10, який створює тиск, водяна пара або інше робоче тіло подається на генератор 8. В генераторі 8 підвищується температура водяної пари і збільшується внутрішня енергія молекул, що зменшує витрати енергії системи запалювання на перетворення молекул водяної пари в топці 5 в горючі таокислювачі компоненти або водень і кисень. За рахунок підведення зовнішньої енергії Езов.=432,5кДж/моль х n, де n - число молів, 6 молекули водяної пари перетворюються на водень і кисень. При згорянні водню і кисню виділяється енергія Езгор.=573кДж/моль х n. Виділене і витрачене тепло на перетворення молекул водяної пари в паливо та окислювач за виключенням витрат тепла в системі частково передається теплоносію через теплообмінник 2 і частково повертається через компресор 10 і генератор 8 в топку 5. В результаті роботи компресора 10 цикли повторюються. Тепловий баланс для котельного агрегату замкненого циклу визначається слідуючим чином: Qзалиш+Qзов+Qзгор-Qкор-Qсист=Qзалиш (1) Qзов - тепло або робота підведена зовні для забезпечення циркуляції газу, перетворення газу на паливо та окислювач і спалювання газу; Qзгор - тепло або робота, що виділяється при спалюванні горючих та окислювачих компонентів; Qкор - тепло або робота, що витрачається на виконання корисної роботи; Qсист - тепло або робота, що витрачена в середині системи випромінювання через поверхню компресора, трубопроводів та інше; Qзалиш - залишкове тепло газів, що подаються на компресор після передачі тепла теплоносію. Із рівняння (1) одержуємо Qзов+Qзгор-Qсист=Qкор (2) Коли Qсист>Qзгор тоді коефіцієнт корисної дії теплового агрегату замкненого циклу є меншим одиниці, коли Qсист=Qзгор, тоді Qзов=Q кор або коефіцієнт корисної дії теплового агрегату замкненого циклу дорівнює одиниці, коли Qсист < Qзгор тоді використання продуктів згоряння палива в теплових агрегатах замкненого циклу забезпечує їх роботу з коефіцієнтом корисної дії більше одиниці. В теплових агрегатах з замкненим циклом роботи виключається подача повітря і виведення продуктів згоряння із теплового агрегату, зменшується шлях циркуляції робочого тіла і його об'єм, що в свою чергу зменшує потужність додаткового обладнання не менш, ніж в 15 разів порівняно із існуючими тепловими агрегатами. Заявлена корисна модель при переведенні теплових агрегатів на замкнений цикл з використанням відновлювального, вторинного палива та окислювача або „Теплоагент Благути @" виключає використання палива і повітря, а також викиди шкідливих речовин і забезпечує зниження вартості виробництва енергії практично до експлуатаційних витрат. Джерела інформації: 1. Патент України на винахід №4. 2. Патент України на корисну модель №13668. 3. И.Т. Гороновский и др., „Кратний справочник по химии”, Из-во „Наукова думка”, 1974. 4. Авторське свідоцтво України №20551. 7 30352 8