Теплоутилізаційна енергетична установка

Реферат: Енергетична установка складається з декількох силових контурів, що містять енергетичний паливовикористовуючий модуль, вихід якого з'єднаний з входом теплообмінника-випарника першого робочого тіла, вихід якого по робочому тілу сполучений з входом турбіни першого робочого тіла, вихід якої сполучений з входом конденсатора-випарника, вихід якого, через насос, з'єднаний з входом енергетичного модуля і контуром другого робочого тіла, в якому вихід конденсатора-випарника по другому робочому тілу з'єднаний з входом турбіни, вихід якої, через конденсатор і насос, з'єднаний з входом конденсатора-випарника. Енергетична установка містить теплообмінник-охолоджувач встановлений в контурі першого робочого тіла та підключений до виходу конденсатора-випарника та входу насоса першого робочого тіла, а також входу та виходу системи гарячого водопостачання. UA 71670 U (12) UA 71670 U UA 71670 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області енергетики і може бути використана для вироблення електроенергії з тепла паливовикористовуючих об'єктів. Відома когенераційна установка [1], що використовує теплоту димових газів паливовикористовуючих агрегатів, містить силовий контур у складі: турбіна з електрогенератором, конденсатор, насос, теплообмінник-випарник низькокиплячого робочого теплоносія. Недоліком даної когенераційної установки є низькі значення ККД, так як температура робочого тіла після розширення в турбіні має високі значення. Найближчою по технічній сутності й результатам, що досягаються, є когенераційна установка з використанням теплоти енергетичних об'єктів [2], яка складається з високотемпературного циклу, що містить теплообмінник-випарник, турбіну з електрогенератором, конденсатор-випарник, насос першого робочого теплоносія, а також, з низькотемпературного циклу, який містить турбіну з електрогенератором, конденсатор, насос другого робочого тіла, при цьому конденсатор-випарник високотемпературного циклу підключений до низькотемпературного циклу. Недоліком даної енергетичної установки є низький ККД як по виробленню електроенергії, так і по використанню теплоти. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення енергетичної установки з двома силовими контурами перетворення енергії, в якій, за рахунок встановлення додаткового охолоджувача в високотемпературному ступені, який підключено до системи гарячого водопостачання, що забезпечує узгодження режимів руху робочих теплоносіїв в кожному контурі та збільшення виробленої електричної потужності. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в енергетичній установці з декількома силовими контурами вводиться додатковий елемент - теплообмінник-оходжувач, підключений до силового контуру першого робочого тіла після конденсатора-випарника та системи гарячого водопостачання. Встановлення додаткового теплообмінника-охолоджувача забезпечує більш глибоке охолодження першого робочого тіла, суттєве збільшення його витрати та вироблення електроенергії в контурі, крім того, узгодження параметрів робочих тіл першого та другого силових контурів, що сприяє підвищенню ККД як по виробленню електроенергії, так і по використанню теплоти. На кресленні представлена принципова схема енергетичної установки. Енергетична установка містить енергетичний паливовикористовуючий модуль 1, в якому згорає паливо, в газоході 2 якого встановлено теплоутилізатор-випарник 3 першого робочого тіла, вихід якого 4 по робочому тілу сполучений з входом 5 турбіни першого робочого тіла 6, вихід якої 7 сполучений з входом 8 конденсатора-випарника 9, вихід якого 10 сполучений через вхід 23 з теплообмінником-охолоджувачем 20 вихід 24 якого через насос 11, сполучений з входом 12 теплообмінника-випарника 3, при цьому вихід 13 конденсатора-випарника 9 сполучений з входом 14 турбіни другого робочого тіла 15, вихід якої 16, через конденсатор 17 і насос 18, сполучений з входом 19 конденсатора випаровувача 9, при цьому після конденсаторавипарника 9 встановлено додатково охолоджувач першого робочого тіла 20, вхід 21 і вихід 22 якого підключені до гарячого водопостачання. Установка працює наступним чином: продукти згорання з модуля 1 через газохід 2 надходять в теплоутилізатор-випарник 3, де охолоджуються та передають теплоту першому робочому тілу. Пари першого робочого тіла з виходу утилізаційного випарника 3 надходять на вхід 5 турбіни першого робочого тіла 6, забезпечуючи вироблення електроенергії в генераторі. Спрацьована в турбіні 6 пара першого робочого тіла надходять на вхід 8 конденсаторавипарника 9, а потім через вихід 10 на вхід 23 в додатково встановлений теплообмінникохолоджувач 20. Пара переходить в рідкий стан і через вихід 24 за допомогою насоса 11 подається на вхід 12 теплообмінника-випарника 3. Так замикається цикл першого робочого тіла енергетичної установки. Пари другого робочого тіла з виходу 13 конденсатора-випарника9 надходять до входу 14 в турбіну 15 забезпечуючи вироблення електроенергії в електрогенераторі силового контуру другого робочого тіла. Спрацьована пара в турбіні 15 через вихід 16 надходить до конденсатора 17 переходить в рідкий стан і, за допомогою насоса 18, подається на вхід 8 конденсатора-випарника 9. Так замикається цикл другого робочого тіла енергетичної установки. Розглянемо теплову схему, в якій є лише утилізація теплоти відхідних газів основного модуля, наприклад, котельня, промислова піч та інше. З рівняння теплового балансу утилізатора-випарника, в якому теплота відхідних газів передається робочому тілу першого контуру виходить, що зниження тиску розширення після турбіни 6 не може бути глибоким, так як сильно знижається температура в другом контурі та його ефективність в цілому. Тому в турбіні першого контуру тиск і температура пари знижуються 1 UA 71670 U 5 10 15 незначно (температура пари перед випарником складає близько 90-110 °C), при цьому з рівняння балансу виходить, що витрати першого робочого тіла також низькі та складають близько 2-3 кг/с, що в цілому призводить до того, що вироблення електроенергії в першому контурі невелике. Тому встановлення в контурі першого робочого тіла додаткового теплообмінника-охолоджувача 20 та при цьому з іншим теплоносієм, наприклад, водою з температурою 5-15 °C системи гарячого водопостачання, забезпечує глибоке охолодження першого робочого тіла після конденсатора-випарника 9, збільшення кількості утилізованої теплоти, що найбільш важливо, суттєве збільшення масової витрати першого робочого тіла (до 15-20 кг/с) та, відповідно, виробництво електроенергії. Ефективність енергетичної установки залежить значною мірою від вибору робочих тіл та їх параметрів в циклах. Джерела інформації: 1. Патент 39694 UA F01K 3/00. Когенераційна система з використанням тепла енергетичних об'єктів / А. Ф. Булат, І. Ф. Чемерис, Ю. І. Оксень, М. В. Радюк. - Бюл. № 5, 2009. 2. Патент 39216 UA F01K 23/00. Енергетична установка з бінарним циклом перетворення енергії / А. Ф. Булат, І. Ф. Чемерис, Ю. І. Оксень, М. В. Радюк. - Бюл. № 3, 2009. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Енергетична установка, що складається з декількох силових контурів, що містять енергетичний паливовикористовуючий модуль, вихід якого з'єднаний з входом теплообмінника-випарника першого робочого тіла, вихід якого по робочому тілу сполучений з входом турбіни першого робочого тіла, вихід якої сполучений з входом конденсатора-випарника, вихід якого, через насос, з'єднаний з входом енергетичного модуля і контуром другого робочого тіла, в якому вихід конденсатора-випарника по другому робочому тілу з'єднаний з входом турбіни, вихід якої, через конденсатор і насос, з'єднаний з входом конденсатора-випарника, яка відрізняється тим, що додатково містить теплообмінник-охолоджувач встановлений в контурі першого робочого тіла та підключений до виходу конденсатора-випарника та входу насоса першого робочого тіла, а також входу та виходу системи гарячого водопостачання. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2