RU2654265C1

RU2654265C1 - Cogenerator worked on solid biofuel

Info

Publication number: RU2654265C1
Application number: RU2017124164A
Authority: RU
Inventors: Андрей Юрьевич Измайлов; Яков Петрович Лобачевский; Алексей Семенович Дорохов; Александр Иванович Кусков
Priority date: 2017-07-07
Filing date: 2017-07-07
Publication date: 2018-05-17

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to power engineering, namely to heat and electrical generation systems. Cogenerator worked on solid biofuel comprises an air compressor, an electric generator and a compressor turbine, according to the invention, comprises an ejector provided with a mixing chamber of air and production of combustion, a bunker of solid biofuel, a pellet burner, a second compressor an electric generator, while obtaining in the mixing chamber mixture of combustion products and air is used to operate turbines and transfer heat to heated rooms.

EFFECT: saving fuel oil (diesel, kerosene) or gas and reducing the pollution of the environment by combustion products due to the replacement of liquid fuel and gas in the cogenerator with wood pellets (pellets) as the most environmentally friendly and cheap solid biofuel, the raw material for which is wood and agricultural waste, for example straw, seed husks, etc.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике, а именно к системам генерации тепла и электроэнергии.The invention relates to energy, and in particular to systems for generating heat and electricity.

Известны пеллетные камины и котлы, дизельные и газовые тепловые пушки с теплообменниками, вентиляторами для подачи тепла в дома и большие помещения (http://www.proclimatgroup.ru/kalorifery/vozduhonagrevateli-elektricheskie/). Известные пеллетные котлы оснащаются электрическими дымососами и вытяжными трубами для создания разрежения в пеллетной горелке. Указанные устройства генерируют только тепло и не генерируют электроэнергию.There are known pellet fireplaces and boilers, diesel and gas heat guns with heat exchangers, fans for supplying heat to homes and large rooms (http://www.proclimatgroup.ru/kalorifery/vozduhonagrevateli-elektricheskie/). Known pellet boilers are equipped with electric smoke exhausters and exhaust pipes to create a vacuum in the pellet burner. These devices only generate heat and do not generate electricity.

Известны когенерационные микротурбины на газе и жидком топливе, которые помимо тепла также генерируют электроэнергию, но имеют электрический КПД преобразования тепла менее 30% (www.bpcenergy.ru/equipment/capstone/, www.manbw.ru/analitycs/capstone.html).Gas and liquid fuel cogeneration microturbines are known which, in addition to heat, also generate electricity, but have an electrical heat conversion efficiency of less than 30% (www.bpcenergy.ru/equipment/capstone/, www.manbw.ru/analitycs/capstone.html).

Недостатком известных микротурбин является то, что КПД микротурбин достигается за счет использования рекуператора тепла отходящих газов и без рекуператора не сможет иметь приемлемое значение, поэтому микротурбинные установки без рекуператоров не применяются.A disadvantage of the known microturbines is that the efficiency of microturbines is achieved through the use of an exhaust gas heat recuperator and cannot be of acceptable value without a recuperator, therefore microturbine plants are not used without recuperators.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является теплоэлектрогенератор, состоящий из воздушного компрессора, горелки топлива, теплообменника, воздуховодов, электрического генератора и двух расширительных машин, одна из которых служит для привода компрессора, а вторая служит для привода электрического генератора (патент РФ №162043, МПК F02B 41/10, 2015). Подвод тепловой энергии от сгораемого топлива к воздуху происходит через теплообменник с последующим нагнетанием теплого воздуха в отапливаемое помещение турбокомпрессором.The closest in technical essence to the present invention is a heat generator consisting of an air compressor, a fuel burner, a heat exchanger, ducts, an electric generator and two expansion machines, one of which serves to drive the compressor, and the second serves to drive an electric generator (RF patent No. 162043 IPC F02B 41/10, 2015). The supply of thermal energy from the combustible fuel to the air occurs through a heat exchanger, followed by forcing warm air into the heated room with a turbocharger.

Недостатками известного устройства являются высокие затраты на энергоносители, загрязнение окружающей среды продуктами сгорания.The disadvantages of the known device are the high cost of energy, environmental pollution by combustion products.

Задачей предлагаемого изобретения является экономия жидкого топлива (дизельного, керосина) или газа и уменьшение загрязнения окружающей среды продуктами сгорания за счет замены жидкого топлива и газа в когенераторе древесными гранулами (пеллетами) как наиболее экологически чистым и дешевым твердым биотопливом, сырьем для которого служит древесина и отходы сельскохозяйственного производства, например солома, лузга семечек и др.The objective of the invention is to save liquid fuel (diesel, kerosene) or gas and reduce environmental pollution by combustion products by replacing liquid fuel and gas in the cogenerator with wood pellets (pellets) as the most environmentally friendly and cheap solid biofuel, the raw material for which is wood and agricultural waste, such as straw, husk of seeds, etc.

В результате использования предлагаемого изобретения происходит прямое использование тепловой энергии отходящих продуктов сгорания пеллет при одновременном получении тепла и электроэнергии за счет формирования смешанного потока продуктов сгорания и воздуха в камере смешения эжектора, который на выходе из эжектора имеет давление выше, чем давление воздуха на входе в эжектор. Смешанный поток используется для работы двух расширительных машин (турбин) и также идет на отопление.As a result of the use of the present invention, there is a direct use of thermal energy of the exhaust products of the combustion of pellets while generating heat and electricity due to the formation of a mixed flow of combustion products and air in the mixing chamber of the ejector, which at the outlet of the ejector has a pressure higher than the air pressure at the inlet of the ejector . The mixed flow is used to operate two expansion machines (turbines) and is also used for heating.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый когенератор на твердом биотопливе, содержащий воздушный компрессор, электрический генератор и турбину для привода компрессора, согласно изобретению снабжен бункером твердого биотоплива, пеллетной горелкой, второй турбиной для привода электрического генератора и эжектором, выполненным с камерой смешения воздуха и продуктов сгорания топлива, используемых для работы турбин и переноса тепла в отапливаемые помещения.The technical result is achieved by the fact that the proposed solid biofuel cogenerator containing an air compressor, an electric generator and a turbine for driving a compressor, according to the invention is equipped with a solid biofuel hopper, a pellet burner, a second turbine for driving an electric generator and an ejector made with a chamber for mixing air and products Combustion of fuel used to operate turbines and transfer heat to heated rooms.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена общая схема когенератора.The essence of the invention is illustrated by the drawing, which shows the General scheme of the cogenerator.

Когенератор на твердом биотопливе содержит бункер твердого топлива 1, пеллетную горелку 2 с вентилятором 8, эжектор 3 с камерой смешения 9, воздушный компрессор 4, турбину компрессора 5, электрический генератор 6, турбину электрического генератора 7. Воздушный компрессор 4 и электрический генератор 6 имеют общие валы с турбинами 5 и 7 соответственно.The solid biofuel cogenerator contains a solid fuel hopper 1, a pellet burner 2 with a fan 8, an ejector 3 with a mixing chamber 9, an air compressor 4, a compressor turbine 5, an electric generator 6, an electric generator turbine 7. The air compressor 4 and the electric generator 6 have common shafts with turbines 5 and 7, respectively.

Работает когенератор на твердом топливе следующим образом.The solid fuel cogenerator operates as follows.

Перед розжигом пеллетной горелки 2 запускается ее вентилятор 8, воздух проходит через горелку 2 и поступает на турбину 5, которая раскручивается вместе с компрессором 4. Воздух от компрессора 4 пропускается через сопло эжектора 3, которое создает разрежение в камере смешения 9 и самой горелке 2, увеличивая поток воздуха через горелку 2.Before igniting the pellet burner 2, its fan 8 is started, air passes through the burner 2 and enters the turbine 5, which spins together with the compressor 4. The air from the compressor 4 passes through the nozzle of the ejector 3, which creates a vacuum in the mixing chamber 9 and the burner 2 itself. increasing air flow through the burner 2.

Затем поджигается топливо (пеллеты), поступающее из бункера 1 в пеллетную горелку 2, и начинается процесс горения с использованием воздуха от вентилятора 8 на горение топлива. Продукты сгорания топлива с высокой температурой поступают от горелки 2 в камеру смешения эжектора 3, в которой происходит смешивание продуктов сгорания с воздухом, проходящим через сопло эжектора 3. Рабочая смесь из воздуха и горячих продуктов сгорания с высоким теплосодержанием подается на турбину 5, мощность турбины 5, частота вращения турбины 5 с компрессором 4 и расход воздуха через сопло эжектора 3 увеличиваются. Разрежение в горелке 2 возрастает и поступающего воздуха становится достаточно для полного сгорания и обеспечения автономного горения топлива в горелке 2. Горячая смесь с большим содержанием чистого воздуха совершает работу в турбине 5 (привод компрессора 4). Отходящая от турбины 5 рабочая смесь поступает в турбину 7, где совершает работу - привод электрического генератора 6, расширяется и с пониженной температурой и остаточным давлением нагнетается в отапливаемые помещения.Then the fuel (pellets) is ignited, coming from the hopper 1 to the pellet burner 2, and the combustion process begins using air from the fan 8 to burn the fuel. High temperature fuel combustion products enter from the burner 2 into the mixing chamber of the ejector 3, in which the combustion products are mixed with air passing through the nozzle of the ejector 3. A mixture of air and hot combustion products with high heat content is fed to the turbine 5, turbine power 5 , the speed of rotation of the turbine 5 with compressor 4 and the air flow through the nozzle of the ejector 3 increase. The rarefaction in burner 2 increases and the incoming air becomes sufficient for complete combustion and for providing autonomous combustion of fuel in burner 2. A hot mixture with a high content of clean air performs work in turbine 5 (compressor drive 4). The working mixture departing from the turbine 5 enters the turbine 7, where it does the work - the drive of the electric generator 6 expands and is pumped into the heated rooms with reduced temperature and residual pressure.

Электрический вентилятор 8 отключается. Когенератор выходит на рабочий режим.Electric fan 8 is turned off. The cogenerator enters the operating mode.

В результате работы предлагаемого когенератора происходит более эффективное использование тепловой энергии отходящих продуктов сгорания пеллет при одновременном получении тепла и электроэнергии. Это достигается за счет смешивания продуктов сгорания пеллет с воздухом в камере смешения 9 эжектора 3 под воздействием эжектирующего потока воздуха, создаваемого компрессором 4, и работы турбины 5 на горячей смеси продуктов сгорания топлива и воздуха для обеспечения привода компрессора 4. Вторая турбина 7 работает на отходящей от турбины 5 рабочей смеси газов и является приводом электрического генератора 6, а отходящая от турбины 7 рабочая смесь газов с большим содержанием воздуха и незначительным содержанием CO₂ под остаточным давлением, при умеренной температуре поступает в теплицы, сушильные и другие отапливаемые помещения без использования вентилятора. Учитывая небольшое содержание CO₂ в продуктах сгорания пеллет и повышенное содержание воздуха в отходящей смеси газов, смесь может также нагнетаться в проветриваемые жилые помещения.As a result of the proposed cogenerator, there is a more efficient use of thermal energy of the exhaust products of the combustion of pellets while receiving heat and electricity. This is achieved by mixing the products of combustion of pellets with air in the mixing chamber 9 of the ejector 3 under the influence of the ejector flow of air created by the compressor 4, and the operation of the turbine 5 on a hot mixture of the products of combustion of fuel and air to drive the compressor 4. The second turbine 7 operates on the outgoing from the turbine 5 of the working gas mixture and is the drive of the electric generator 6, and the working mixture of gases leaving the turbine 7 with a high air content and low CO ₂ content under the residual pressure, p At moderate temperatures, it enters greenhouses, drying rooms and other heated rooms without the use of a fan. Given the low CO ₂ content in the pellet combustion products and the increased air content in the exhaust gas mixture, the mixture can also be pumped into ventilated living spaces.

В результате работы когенератора происходит эффективное использование тепловой энергии отходящих продуктов сгорания пеллет при одновременном получении тепла и электроэнергии за счет формирования смешанного потока продуктов сгорания и воздуха в камере смешения эжектора 9. Пройдя камеру смешения 9, поток устремляется в диффузор, в котором происходит его торможение и рост давления. На выходе из эжектора 3 смешанный поток имеет давление выше, чем давление воздуха на входе в эжектор 3. Давление смешанного потока используется для совершения работы двух турбин 5 и 7.As a result of the cogenerator’s operation, the heat energy of the pellet combustion products is efficiently used while heat and electricity are generated due to the formation of a mixed stream of combustion products and air in the mixing chamber of the ejector 9. After passing through the mixing chamber 9, the flow rushes into the diffuser, in which it is decelerated and pressure increase. At the outlet of the ejector 3, the mixed stream has a pressure higher than the air pressure at the inlet of the ejector 3. The pressure of the mixed stream is used to perform the operation of two turbines 5 and 7.

Область применения когенераторов: системы воздушного отопления и электроснабжение сельскохозяйственных объектов (фермы, мастерские, зернохранилища, овощехранилища, сушилки фруктов, грибов) и жилых домов, ангаров, складских помещений, бытовок в арктических условиях эксплуатации и как автономное энергетическое средство для тепличных хозяйств.Scope of cogenerators: air heating systems and power supply of agricultural facilities (farms, workshops, granaries, vegetable stores, fruit and mushroom dryers) and residential buildings, hangars, storage rooms, cabins in the Arctic operating conditions and as an autonomous energy tool for greenhouses.

Claims

A solid biofuel cogenerator comprising an air compressor, an electric generator and a turbine for driving a compressor, characterized in that it is equipped with a solid biofuel hopper, a pellet burner, a second turbine for driving an electric generator and an ejector made with a chamber for mixing air and fuel combustion products used for turbines and heat transfer to heated rooms.