Спосіб комбінованого вироблення теплової та електричної енергії

Спосіб комбінованого вироблення теплової та електричної енергії на базі когенераційних устано 3 39075 демі з тепловими двигунами котлів-утилізаторів. Це пояснюється більш простою і надійною технологією використання скидної теплової енергії двигунів, більш простою технологією застосування і монтажу когенераційних установок і їх компактністю, можливістю застосування в якості теплових двигунів газопоршневих двигунів, е фективність яких, ціна і потужнісний ряд значно краще задовольняють попит комунальної енергетики та енергетики промислових підприємств. Відома когенераційна технологія, заснована на використанні газопоршневого двигуна (ГПД) в тандемі з котлом-утилізатором, зв'язаного з теплофікаційними котлами котельні тільки по цільовому теплоносію, який може скидатися в контури теплофікаційних котлів при їх роботі чи використовуватись окремо від них в загальній теплофікаційній схемі котельні [5, 6, 7], яка обрана за прототип. В ГПД спалюють додаткове паливо для вироблення електроенергії з допомогою електрогенератора, механічно зв'язаного з двигуном, а продукти спалювання з двигуна скидають в котелутилізатор, де одержують частину цільової теплової енергії. Охолоджені продукти спалювання з котла-утилізатора викидають в оточуюче середовище. При цій технології теплофікаційні котли працюють з заощадженням палива на виробництво цільової теплової енергії, оскільки частину цільової теплової енергії одержують з котла-утилізатора когенераційної установки. Цільову теплову енергію, одержану в котлі-утилізаторі, звичайно використовують для гарячого водопостачання, вирішуючи при цьому одностайно дві проблеми цілорічного гарячого водопостачання і безперервної цілорічної роботи когенераційної установки, що зменшує термін її окупності. Недоліком прототипу є додаткове забруднення оточуючого середовища когенераційними установками, перш за все, оксидами азоту (NO х), джерелом яких є ГПД когенераційних установок (концентрація NOх в викидах ГПД може становити близько 500мг в 1м 3 продуктів спалювання). Екологічна небезпека, пов'язана з цими найбільш привабливими когенераційними технологіями, є одним з суттєви х факторів, які можуть стримувати їх упровадження, приймаючи до уваги те, що комунальні котельні здебільшого розміщуються серед житлових масивів. До суттєви х недоліків прототипу слід віднести відносно малу теплову потужність ГПД (відношення теплової потужності до електричної становить приблизно 1,2:1). При використанні ГПД нерідко виникає необхідність збільшення теплової потужності когенераційної установки без збільшення електричної потужності. Ця проблема загострюється при обмеженнях на виробництво електроенергії в зв'язку з дискримінацією при прийомі збитковой електроенергії когенераційної установки в мережу. Недоліком прототипу є й обмеженість можливості швидкого та ефективного регулювання теплового навантаження когенераційної установки, що є необхідним в зв'язку зі специфікою роботи комунальної теплофікації. В прототипі регулюван 4 ня теплового навантаження здійснюють зміною потужності двигуна. Таке регулювання пов'язане зі зниженням ефективності роботи двигуна, що знижує ефективність когенераційної установки в цілому. Крім того, зміна потужності двигуна впливає на вироблення електроенергії, що може бути небажаним. В корисній моделі поставлено задачу удосконалення когенераційної технології на базі ГПД з котлом-утилізатором для комбінованого вироблення теплової та електричної енергії в комунальних теплофікаційних і промислових підприємствах шляхом введення в технологію додаткових елементів з метою підвищення ефективності когенераційних установок й покращення їх екологічних показників. Поставлена задача вирішується тим, що в способі комбінованого вироблення теплової та електричної енергії на базі когенераційних установок з використанням газопоршневих двигунів (ГПД) з електрогенератором і котломутилізатором, який включає спалювання природного газу в ГПД для одержання електричної енергії, формування потоку вихлопних газів з ГПД, скидання вихлопних газів в котел-утилізатор, згідно корисної моделі, до скидання викидних газів з двигуна в котел-утилізатор в них додають повітря до підвищення вмісту кисню до 12-15% і одержану суміш спрямовують в камеру спалювання з дифузійно-стабілізаційними пальниками, куди подають додаткове паливо в залежності від цільового теплового навантаження когенераційної установки. Додавання повітря в викидні гази двигуна необхідне для створення високотемпературного забаластованого окислювача, необхідного для забезпечення подальшого процесу регулювання теплової потужності когенераційної установки і підвищення рівня її екологічності. Підвищення вмісту кисню в викидних газах з двигуна до 12-15% необхідне, бо це мінімальна концентрація кисню, при якій ще можливе в забаластованому окислювачі ефективне спалювання палива в разі використання пальників дифузійностабілізаційного типу, які одночасно забезпечують при цьому низький рівень емісії оксидів азоту (процес допалення). Спрямування збагачених киснем викидних газів в камеру спалювання і організація процесу допалення необхідні для одержання додаткової теплової енергії для підвищення теплової потужності когенераційної установки незалежно від роботи двигуна і зменшення рівня емісії оксидів азоту. Подаюча додаткового палива в камеру спалювання в залежності від цільового теплового навантаження когенераційної установки означає можливість широкого регулювання її теплової потужності незалежно від роботи двигуна. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, на якому зображена принципова схема запропонованої когенераційної технології. (Фіг.) Газ і повітря подають в газопоршневий двигун (ГПД) 1, механічно зв'язаний з електрогенератором 2. Одержану електроенергію використовують для власних потреб підприємства, а надлишок направляють в електричну мережу. Продукти спалювання з теплового двигуна з температурою бли 5 39075 зько 500°С направляють в змішувач 3, в який вентилятором 4 подають додаткове повітря для утворення забаластованого окислювача. Забаластований окислювач разом з додатковим паливом направляють в камеру спалювання 5, обладнану дифузійно-стабілізаційними пальниками, де відбувається процес допалювання. Пальники саме такого типу успішно застосовують при використанні забаластованого окислювача, наприклад, продуктів спалювання з газотурбінніх двигунів, які містять до 15% кисню, і забезпечують ефективне спалювання в ньому палива [8, 9, 10]. З камери спалювання продукти спалювання направляють в котел-утилізатор, в який подають воду для гарячого водопостачання (ГВП). В результаті допалювання продукти спалювання на вході в котел-утилізатор мають підвищений тепловий потенціал, що обумовлює зростання теплової потужності котла. Охолоджені в котлі-утилізаторі продукти спалювання викидають в оточуюче середовище. Застосування запропонованої когенераційної технології відкриває широкі можливості для підвищення і регулювання теплового навантаження когенераційної установки на базі газопоршневих двигунів - найбільш поширеного типу когенераційних установок. При цьому регулювання теплової потужності не стосується роботи двигуна і легко здійснюється шляхом регулювання подачі палива в камеру спалювання. Крім того, проведені іспити дифузійностабілізаційних пальників з використанням продуктів спалювання ГТУ засвідчили низький вміст оксидів азоту (близько 20-40мг/м 3) за пальниковим пристроєм [10]. На цій підставі можна сподіватись, що запропонована когенераційна технологія буде в декілька разів екологічніша, ніж прототип. Оскільки зниження вмісту оксидів азоту в продуктах спалювання пов'язане з роботою допалювального пристрою, базовий режим роботи когенераційної установки повинен обиратися з урахуванням роботи допалювального пристрою. При цьому базовому режиму притаманна теплова потужність більша за теплову потужність двигуна, і регулювання теплової потужності когенераційної установки відносно базового режиму можлива як в бік її збільшення, так і зменшення. Діапазон регу 6 лювання теплової потужності залежить від ступеня збагачення скидних газів двигуна киснем. При цьому нижня межа діапазону визначається тепловою потужністю двигуна, а верхня - витратою додаткового палива в камері спалювання, при якій повністю вигорає кисень в забаластованому окислювачі. На вибір базового режиму можуть впливати екологічні вимоги. Запропонована технологія буде сприяти більш широкому застосуванню когенераційних установок і покращенню їх екологічного впливу на навколишнє середовище. Джерела інформації: 1. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. М: «Энергия», 1967. 2. Канаев А.А., Корнеев М.И.. Парогазовые установки. Л.: «Машиностроение», 1974. 3. Степанов Р.И.. Котлы с предвключенными газовыми турбинами. - "Теплоэнергетика", 1995, №4, с.41-43. 4. Арсеньев Л.В., Тырышкин П.Г.. Комбинированные установки с газовыми турбинами. Л.: «Машиностроение», Ленинградское отделение, 1982. 5. Каталог ООО "Налим", г. Севастополь, Украина. 6. Когенерационные установки (для комбинированного производства электрической энергии и тепла). Каталог АООТ "Первомайскдизельмаш", г. Первомайск, Украина. 7. Мини-теплоэлектростанции DEUTZ. «Автомоторе», Генеральное представительство АО «DEUTZ»(Германия) в Украине, г. Киев. 8. Испытания блока дожигающих устройств ГТ-25-700 на Якутской ГРЭС/ В.А. Акулов, А.С. Бутовский, В.И. Жемчугова и др. // Теплоэнергетика, 1981, №6. С. 48-51. 9. Исследования закономерности выгорания топлива за уголковыми и плоскими стабилизаторами пламени / А.С. Бутовский, Е.А. Грановская, Г.Н. Любчик, В.А. Христич // Теория и практика сжигания газа. М.: Недра, 1975. Вып. VI. С.324338. 10. Горелочное устройство для котлаутилизатора ПГУ-800 / Теплэнергетка, 1989, №5. С.54-58. 7 Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 39075 8 Підписне Тираж 28 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