RU2725583C1 - Когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии двигателя внутреннего сгорания - Google Patents

Когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии двигателя внутреннего сгорания Download PDF

Info

Publication number
RU2725583C1
RU2725583C1 RU2019143009A RU2019143009A RU2725583C1 RU 2725583 C1 RU2725583 C1 RU 2725583C1 RU 2019143009 A RU2019143009 A RU 2019143009A RU 2019143009 A RU2019143009 A RU 2019143009A RU 2725583 C1 RU2725583 C1 RU 2725583C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
heat exchanger
internal combustion
combustion engine
hydraulic line
Prior art date
Application number
RU2019143009A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Иванович Паршуков
Андрей Сергеевич Ощепков
Николай Николаевич Ефимов
Иван Максимович Кихтев
Вера Сергеевна Пащенко
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Донские технологии"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Донские технологии" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Донские технологии"
Priority to RU2019143009A priority Critical patent/RU2725583C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2725583C1 publication Critical patent/RU2725583C1/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/40—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts characterised by the catalyst
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/04—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of powdered coal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/12—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engines being mechanically coupled
    • F01K23/14—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engines being mechanically coupled including at least one combustion engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
    • F02G5/04—Profiting from waste heat of exhaust gases in combination with other waste heat from combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B27/00—Machines, plants or systems, using particular sources of energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B27/00—Machines, plants or systems, using particular sources of energy
    • F25B27/02—Machines, plants or systems, using particular sources of energy using waste heat, e.g. from internal-combustion engines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для одновременного производства тепла и электроэнергии при помощи когенерационных установок с двигателем внутреннего сгорания. Когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии двигателя внутреннего сгорания содержит электрогенератор, соединенный приводом с ДВС, систему преобразования утилизированного тепла ДВС в электрическую энергию, состоящую из соединенных последовательно по ходу движения теплоносителя трехходового клапана через I ход с паровой турбиной, связанной с электрогенератором, конденсатором и конденсационным насосом, систему утилизации отходящего тепла ДВС, включающую систему утилизации теплоты газовыхлопа ДВС, состоящую из магистрали уходящих газов, связывающей теплообменник-турбокомпрессор с парогенератором-утилизатором теплоты уходящих газов, и систему охлаждения ДВС, которая включает холодный контур, имеющий последовательно соединенные в замкнутый контур гидролинией, оснащенной электронагревательными элементами, водомасляный теплообменник, теплообменник надувочного воздуха, циркуляционный насос, теплообменник-утилизатор тепла холодного контура системы охлаждения ДВС и горячий контур, имеющий последовательно соединенные гидролинией в замкнутый контур теплообменник-утилизатор тепла горячего контура, циркуляционный насос, соединенный гидролинией, оснащенной электронагревательными элементами, с теплообменником - зарубашечным пространством блока цилиндров и крышками цилиндров ДВС и гидролинией с теплообменником-турбокомпрессором и замкнутый подконтур горячего контура системы охлаждения ДВС, включающий последовательно соединенные гидролинией вентиль, теплообменник-калорифер, циркуляционный насос и теплообменник - зарубашечное пространство блока цилиндров и крышек цилиндров ДВС, при этом система преобразования утилизированного тепла в электрическую энергию дополнительно содержит соединенные последовательно по ходу движения теплоносителя накопительный резервуар, питательный насос и фильтр, связанный гидролинией с теплообменниками-утилизаторами тепла холодного и горячего контуров системы охлаждения ДВС, а II ход трехходового клапана гидролинией связан с питательным насосом, причем клапан ограничения давления подключен гидролинией между выходом питательного насоса и входом в накопительный резервуар. Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности работы установки при высокой надежности и простоте конструкции в условиях различных эксплуатационных режимов. Когенерационная установка обеспечивает за счет глубокой утилизации тепла в летние месяцы при выработке только электрической энергии, использования двухконтурной системы охлаждения ДВС необходимые температурные режимы работы головки и блока цилиндров ДВС, снижение количества дорогостоящих турбин с электрогенератором и конденсатора до одной штуки. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для одновременного производства тепла и электроэнергии при помощи когенерационных установок с двигателем внутреннего сгорания.
Известна энергетическая установка для совместной выработки электрической и тепловой энергии (патент RU №2280777), содержащая электрический генератор с приводом от двигателя внутреннего сгорания, имеющего системы охлаждения моторного масла, охлаждения блока цилиндров, наддува, газовыхлопа, каждая система имеет теплообменник-утилизатор теплоты, при чем система охлаждения моторного масла включена между первым выходом двигателя и его первым входом, система охлаждения блока цилиндров включена между вторым выходом и вторым входом двигателя, система наддува подсоединена к третьему входу двигателя, а система газовыхлопа подсоединена к третьему выходу двигателя, при этом теплообменники-утилизаторы теплоты системы наддува и системы охлаждения моторного масла последовательно включены в систему охлаждения блока цилиндров двигателя, в которую между вторым выходом двигателя и ее теплообменником-утилизатором теплоты включен терморегулирующий клапан, имеющий один вход и два выхода, причем ко второму выходу двигателя подключен вход терморегулирующего клапана, а его первый выход соединен с теплообменником-утилизатором теплоты системы охлаждения блока цилиндров, при этом установка снабжена дополнительным теплообменником, включенным между теплообменниками-утилизаторами теплоты системы наддува и системы охлаждения блока цилиндров, между дополнительным теплообменником и теплообменником-утилизатором теплоты системы наддува включен циркуляционный насос, причем с теплообменником-утилизатором теплоты системы наддува соединен выход циркуляционного насоса, а с дополнительным теплообменником соединен его вход, к которому подключен второй выход терморегулирующего клапана, при этом дополнительный теплообменник снабжен системой принудительного охлаждения с приводом, снабженным блоком управления, соединенным с датчиком температуры системы охлаждения блока цилиндров.
К главным недостаткам энергетической установки для совместной выработки электрической и тепловой энергии следует отнести то, что при выработке ею только электрической энергии, например, в летние месяцы, когда потребность в тепловой энергии отпадает, суммарная эффективность использования теплоты сгорания топлива снижается. Снижение эффективности использования теплоты сгорания топлива энергетической установкой при выработке ею только электрической энергии обусловлено тем, что тепловая энергия охлаждающей жидкости и отработанного газа ее ДВС рассеивается в окружающую среду.
В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбрана когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии теплового двигателя (патент RU №2630284), содержащая ДВС с электрогенератором, насос системы охлаждения ДВС, систему утилизации теплоты, состоящую из теплообменников-утилизаторов теплоты системы охлаждения ДВС, отработанных газов ДВС, гидролинии, магистраль отработанных газов ДВС, вентили, трехходовой кран, парогенератор водяного пара, циркуляционный насос воды, детандер водяного пара с электрогенератором, испаритель-конденсатор, испаритель хладагента, детандеры пара хладагента с электрогенератором, конденсаторы хладагента, циркуляционные насосы хладагента, гидролинии хладагента, при этом на гидролинии, отводящей охлаждающую жидкость от ДВС, установлен трехходовой кран, первый выход трехходового крана соединен с теплообменником утилизатором теплоты системы охлаждения ДВС, а второй выход трехходового крана соединен с испарителем хладагента, выход из теплообменника-утилизатора теплоты системы охлаждения ДВС и испарителя хладагента соединен со входом насоса системы охлаждения ДВС, выход из которого соединен с ДВС, теплообменники-утилизаторы теплоты системы охлаждения ДВС и отработанных газов ДВС последовательно соединены друг с другом при помощи гидролиний, при этом отработанные газы ДВС по магистралям отработанных газов ДВС подводятся к двум вентилям, первый вентиль обеспечивает движение отработанного газа ДВС к теплообменнику-утилизатору теплоты отработанных газов ДВС и далее в атмосферу, а второй вентиль обеспечивает их движение через парогенератор водяного пара и далее в атмосферу, парогенератор водяного пара при помощи гидролиний последовательно соединен с детандером водяного пара с электрогенератором, испарителем-конденсатором и циркуляционным насосом воды, при этом испаритель-конденсатор при помощи гидролиний хладагента последовательно соединен с первым детандером пара хладагента с электрогенератором, первым конденсатором пара хладагента, первым циркуляционным насосом хладагента, испарителем хладагента, вторым детандером пара хладагента с электрогенератором, вторым конденсатором хладагента и вторым циркуляционным насосом хладагента.
К главным недостаткам вышеупомянутой когенерационной установки с глубокой утилизацией тепловой энергии теплового двигателя следует отнести то, что при съеме тепла ДВС и его дальнейшей утилизации используется одноконтурная система охлаждения, не обеспечивающая необходимый теплоотвод, то есть оптимальные температурные режимы работы головки и блока цилиндров ДВС, что снижает показатели эффективности работы ДВС и установки в целом, кроме того использование устройства преобразования утилизированного тепла ДВС и его уходящих газов в электрическую энергию, включающего три дорогостоящих детандера пара, три конденсатора и три электрических генератора, что снижает показатели надежности когенерационной установки.
Задачей настоящего изобретения является создание когенерационной установки с глубокой утилизацией тепловой энергии двигателя внутреннего сгорания, обладающей высокой эффективностью и надежностью комбинированной выработки электроэнергии и тепла при различных эксплуатационных режимах, за счет оптимизации системы охлаждения, и следовательно улучшения температурного режима работы, а так же упрощения конструкции системы преобразования утилизированного тепла ДВС и его уходящих газов в электрическую энергию.
Технический результат изобретения заключается в создании когенерационной установки с глубокой утилизацией тепловой энергии двигателя внутреннего сгорания, обеспечивающей преобразование отходящего тепла ДВС и его уходящих газов в электрическую энергию при реализации термодинамического цикла Ренкина, обладающей высокой эффективностью, надежностью и простотой конструкции, при различных эксплуатационных режимах, за счет глубокой утилизации тепла в летние месяцы при выработке только электрической энергии, использования двухконтурной системы охлаждения ДВС, обеспечивающей необходимые температурные режимы работы головки и блока цилиндров ДВС, снижения количества дорогостоящих турбин с электрогенератором и конденсатора до оной штуки.
Технический результат изобретения достигается за счет того что, когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии двигателя внутреннего сгорания содержащая электрогенератор соединенный приводом с ДВС, систему преобразования утилизированного тепла ДВС в электрическую энергию, состоящую из соединенных последовательно по ходу движения теплоносителя трехходового клапана через I ход с паровой турбиной, связанной с электрогенератором, конденсатором и конденсационным насосом, систему утилизации отходящего тепла ДВС, включающую систему утилизации теплоты газовыхлопа ДВС, состоящую из магистрали уходящих газов связывающей теплообменник-турбокомпрессор с парогенератором-утилизатором теплоты уходящих газов и систему охлаждения ДВС, которая включает холодный контур, имеющий последовательно соединенные в замкнутый контур гидролинией, оснащенной электронагревательными элементами, водомасляный теплообменник, теплообменник надувочного воздуха, циркуляционный насос, теплообменник-утилизатор тепла холодного контура системы охлаждения ДВС и горячий контур, имеющий последовательно соединенные гидролинией в замкнутый контур, теплообменник-утилизатор тепла горячего контура, циркуляционный насос соединенный гидролинией, оснащенной электронагревательными элементами, с теплообменником - зарубашечным пространством блока цилиндров и крышками цилиндров ДВС и гидролинией с теплообменником-турбокомпрессором и замкнутый подконтур горячего контура системы охлаждения ДВС, включающий последовательно соединенные гидролинией вентиль, теплообменник-калорифер, циркуляционный насос и теплообменник - зарубашечное пространство блока цилиндров и крышек цилиндров ДВС, при этом система преобразования утилизированного тепла в электрическую энергию дополнительно содержит соединенные последовательно по ходу движения теплоносителя, накопительный резервуар, питательный насос и фильтр, связанный гидролинией с теплообменниками-утилизаторами тепла холодного и горячего контуров системы охлаждения ДВС, а II ход трехходового клапана гидролинией связан с питательным насосом, при чем клапан ограничения давления, подключен гидролинией между выходом питательного насоса и входом в накопительный резервуар.
На фиг. представлена схема когенерационной установки с глубокой утилизацией тепловой энергии теплового двигателя.
Когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии двигателя внутреннего сгорания состоит из электрогенератора, (на фиг. не обозначен) соединенного приводом (на фиг. не обозначен) с ДВС 1 (например дизельным), системы преобразования утилизированного тепла ДВС 1 в электрическую энергию и системы утилизации отходящего тепла ДВС 1, включающей систему охлаждения ДВС 1 с холодным и горячим контурами и систему утилизации теплоты газовыхлопа ДВС 1. При этом холодный контур системы охлаждения ДВС 1 имеет, последовательно соединенные гидролинией (на фиг. не обозначена) в замкнутый контур, водомасляный теплообменник 2, теплообменник надувочного воздуха 3, циркуляционный насос 4, теплообменник-утилизатор тепла холодного контура 5 системы охлаждения ДВС 1. При этом гидролиния холодного контура системы охлаждения ДВС 1 оснащена электронагревательными элементами (на фиг. не обозначены) циркулирующего теплоносителя холодного контура (например вода или антифриз). Горячий контур системы охлаждения ДВС 1 имеет, последовательно соединенные гидролинией (на фиг. не обозначена) в замкнутый контур, теплообменник-утилизатор тепла горячего контура 6, циркуляционный насос 7 соединенный гидролинией 8 с теплообменником - зарубашечным пространством блока цилиндров и крышками цилиндров (на фиг. не обозначены) ДВС 1 и гидролинией 9 с теплообменником-турбокомпрессором 10. При этом гидролиния 8 горячего контура системы охлаждения ДВС 1 оснащена электронагревательными элементами (на фиг. не обозначены) циркулирующего теплоносителя горячего контура (например вода или антифриз). Кроме того горячий контур системы охлаждения ДВС 1 имеет замкнутый подконтур, включающий последовательно соединенные гидролинией (на фиг. не обозначена) вентиль 11, теплообменник-калорифер 12, циркуляционный насос 7 и теплообменник - зарубашечное пространство блока цилиндров и крышек цилиндров (на фиг. не обозначены) ДВС 1. Система утилизации теплоты газовыхлопа имеет магистраль уходящих газов 13 связывающую теплообменник-турбокомпрессор 10 с парогенератором-утилизатором теплоты уходящих газов 14. Система преобразования утилизированного тепла в электрическую энергию включает, параллельно соединенные гидролинией (на фиг. не обозначена) в замкнутый контур, теплообменники-утилизаторы тепла холодного 5 и горячего 6 контуров системы охлаждения ДВС 1, соединенные последовательно по ходу движения теплоносителя (например деионизированной воды) с парогенератором-утилизатором теплоты уходящих газов 14 через I ход трехходового клапана 15 с паровой турбиной 16, связанной с электрогенератором (на фиг. не обозначена), конденсатором 17 с водяной системой охлаждения (на фиг. не обозначена), конденсационным насосом 18, накопительным резервуаром 19, питательным насосом 20 и фильтром 21, через II ход трехходового клапана 15 парогенератор-утилизатор теплоты уходящих газов 14 связан с питательным насосом 20. При этом система преобразования утилизированного тепла в электрическую энергию имеет клапан ограничения давления 22, подключенный гидролинией (на фиг. не обозначена) между выходом питательного насоса 20 и входом в накопительный резервуар 19.
Когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.
Возможны три варианта режима функционирования:
1) Режим прогрева;
2) Режим выработки только электрической энергии.
3) Режим совместной выработки электрической и тепловой энергии.
Режим функционирования №1
После осуществления пуска ДВС 1, особенно в холодное время года, электрогенератор, соединенный приводом с ДВС 1 переходит в режим работы «Обогрев», (например, предусмотрено на дизель-генераторных установках тепловозов) при этом вырабатываемый им ток направляется в электронагревательные элементы (на фиг. не обозначены) гидролинии 8 горячего контура и гидролинии (на фиг. не обозначена) холодного контура системы охлаждения ДВС 1. При этом электрогенератор (на фиг. не обозначен) паровой турбины 16 не вырабатывает электрическую энергию, горячие газы ДВС 1 по магистрали уходящих газов 13 поступают в парогенератор-утилизатор теплоты уходящих газов 14. В парогенераторе-утилизаторе теплоты уходящих газов 14 теплота горячих газов передается теплоносителю (например деионизированной воде) системы преобразования утилизированного тепла ДВС 1 в электрическую энергию. В режиме прогрева I ход трехходового клапана 15 закрыт, а II ход открыт, подогретый горячими газами ДВС 1 теплоноситель (например деионизированная вода) системы преобразования утилизированного тепла ДВС 1 в электрическую, посредством питательного насоса 20, через фильтр 21, поступает в теплообменники-утилизаторы тепла холодного 5 и горячего 6 контуров, где отдает тепло их теплоносителям (например вода или антифриз). Подогретый в теплообменнике-утилизаторе тепла холодного контура 5 теплоноситель (например вода или антифриз), в свою очередь отдает тепло в водомасляном теплообменнике 2 моторному маслу, прогревая ДВС 1, после чего теплоноситель холодного контура заходит в теплообменник надувочного воздуха 3 и посредством циркуляционного насоса 4 возвращается в теплообменник-утилизатор тепла холодного контура 5. Подогретый теплоноситель горячего контура в теплообменнике-утилизаторе тепла горячего контура 6 системы охлаждения ДВС 1, проходя через зарубашечное пространство блока цилиндров, крышки цилиндров (на фиг. не обозначены) ДВС 1 и теплообменник-турбокомпрессор 10, в том числе по гидролинии 9 подогревает ДВС 1 и при закрытом вентиле 11, посредством циркуляционного насоса 7 возвращается в теплообменник-утилизатор тепла горячего контура 6 системы охлаждения ДВС 1. Теплоноситель замкнутого контура системы преобразования утилизированного тепла ДВС 1 в электрическую энергию, отдавший тепло в теплообменниках-утилизаторах тепла холодного 5 и горячего 6 контуров системы охлаждения ДВС 1, по общей гидролинии (на фиг. не обозначена) поступает обратно в парогенератор - утилизатор теплоты уходящих газов 14. После прогрева ДВС 1, то есть достижения значений температуры теплоносителя горячего контура на входе в теплообменник-утилизатор тепла горячего контура 6 и температуры моторного масла на входе в водомасляный теплообменник 2 холодного контура системы охлаждения ДВС 1, установленных предприятием-изготовителем (например, 75°С и 65°С соответственно) когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии двигателя внутреннего сгорания переходит в режим функционирования №2.
Режим функционирования №2
После прогрева ДВС 1 когенерационной установки с глубокой утилизацией тепловой энергии двигателя внутреннего сгорания, электрогенератор, соединенный приводом с ДВС 1 переходит в «Тяговый» режим работы, при котором ток, вырабатываемый электрогенератором, соединенным приводом с ДВС 1, поступает потребителю (например, ток, поступающий в обмотки тягового электродвигателя, приводит к появлению на валу якоря вращающего момента, который через тяговый редуктор передается на колесную пару, приводя тепловоз в движение). При этом теплоноситель (например деионизированная вода) замкнутого контура системы преобразования утилизированного тепла ДВС 1 в электрическую энергию, посредством питательного насоса 20, через фильтр 21, подается в теплообменники-утилизаторы тепла холодного 5 и горячего 6 контуров, где нагревается, охлаждая теплоносители (например вода или антифриз) холодного и горячего контуров системы охлаждения ДВС 1 и ДВС 1 в целом. Охлажденный теплоноситель холодного конура в теплообменнике-утилизаторе тепла холодного контура 5 системы охлаждения ДВС 1, в свою очередь охлаждает в водомасляном теплообменнике 2 моторное масло ДВС 1, далее теплоноситель холодного контура системы охлаждения ДВС 1 заходит в теплообменник наддувочного воздуха 3, охлаждая надувочный воздух, и посредством циркуляционного насоса 4 возвращается в теплообменник - утилизатор тепла холодного контура 5 системы охлаждения ДВС 1. Теплоноситель горячего контура, охлажденный в теплообменнике-утилизаторе тепла горячего контура 6 системы охлаждения ДВС 1, проходя по гидролинии 9 в теплообменник-турбокомпрессор 10 и зарубашечное пространство блока цилиндров и крышки цилиндров (на фиг. не обозначены) ДВС 1, охлаждает ДВС 1 и теплообменник-турбокомпрессор 10. При закрытом вентиле 11 теплоноситель горячего контура из ДВС 1 и теплообменника-турбокомпрессора 10 посредством циркуляционного насоса 7 возвращается в теплообменник-утилизатор тепла горячего контура 6 системы охлаждения ДВС 1. Использование двухконтурной системы охлаждения ДВС 1, обеспечивает необходимые температурные режимы работы головки и блока цилиндров ДВС, что повышает надежность работы ДВС 1. Подогретый в теплообменниках-утилизаторах тепла холодного 5 и горячего контуров 6 теплоноситель замкнутого контура системы преобразования утилизированного тепла ДВС 1 в электрическую энергию поступает в парогенератор-утилизатор теплоты уходящих газов 14, где превращается в водяной пар. I ход трехходового клапана 15 открыт, а II ход закрыт, при этом из парогенератора-утилизатора теплоты уходящих газов 14 водяной пар поступает в паровую турбину 16, соединенную с электрогенератором (на фиг. не обозначена), где расширяясь, совершает механическую работу с выработкой электрической энергии, которая так же передается потребителю. Возможность преобразования утилизированного тепла ДВС 1 в электрическую энергию, в том числе в летние месяцы, позволяет обеспечить более глубокую утилизацию тепла и повысить эффективность работы когенерационной установки с глубокой утилизацией тепловой энергии двигателя внутреннего сгорания. После паровой турбины 16 отработанный водяной пар направляется в конденсатор 17, где конденсируется, переходя в жидкое состояние и конденсационным насосом 18, закачивается в накопительный резервуар 19. Конденсация отработанного водяного пара в конденсаторе 17 осуществляется за счет водяной системы охлаждения конденсатора (на фиг. не обозначена). Конденсат из накопительного резервуара 19, циркуляционным насосом 20 через фильтр 21 подается обратно в теплообменники-утилизаторы тепла холодного 5 и горячего 6 контуров системы охлаждения ДВС 1. Избыточное давление в замкнутом контуре системы преобразования утилизированного тепла ДВС 1 в электрическую энергию регулируется клапаном ограничения давления 22, через который теплоноситель системы преобразования утилизированного тепла ДВС 1 в электрическую энергию сбрасывается в накопительный резервуар 19. Использование одной паровой турбины 16 с электрогенератором и одного конденсатора 17 водяного пара позволяет получить упрощенную конструкцию системы преобразования утилизированного тепла ДВС 1 в электрическую энергию, а следовательно и в целом конструкции когенерационной установки с глубокой утилизацией тепловой энергии двигателя внутреннего сгорания.
Режим функционирования №3
Работа когенерационной установки с глубокой утилизацией тепловой энергии двигателя внутреннего сгорания отличается от режима функционирования №2 тем, что для обеспечения потребителя теплом, например, обогрева кабины машиниста, аккумуляторной комнаты тепловоза, других вагонов и так далее, открывается вентиль 11. В этом случае часть теплоносителя (например воды или антифриза) горячего контура системы охлаждения ДВС 1, через вентиль 11 поступает, в теплообменник-калорифер 12, где, отдав тепло атмосферному воздуху, возвращается в горячий контур системы охлаждения ДВС 1 перед циркуляционным насосом 7.
Предлагаемая когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии двигателя внутреннего сгорания может быть установлена как на транспортном средстве, так и в качестве стационарной энерго-генерирующей установки.

Claims (1)

  1. Когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии двигателя внутреннего сгорания, содержащая электрогенератор, соединенный приводом с ДВС, систему преобразования утилизированного тепла ДВС в электрическую энергию, состоящую из соединенных последовательно по ходу движения теплоносителя трехходового клапана через I ход с паровой турбиной, связанной с электрогенератором, конденсатором и конденсационным насосом, систему утилизации отходящего тепла ДВС, включающую систему утилизации теплоты газовыхлопа ДВС, состоящую из магистрали уходящих газов, связывающей теплообменник-турбокомпрессор с парогенератором-утилизатором теплоты уходящих газов, и систему охлаждения ДВС, отличающаяся тем, что система охлаждения ДВС включает холодный контур, имеющий последовательно соединенные в замкнутый контур гидролинией, оснащенной электронагревательными элементами, водомасляный теплообменник, теплообменник надувочного воздуха, циркуляционный насос, теплообменник-утилизатор тепла холодного контура системы охлаждения ДВС и горячий контур, имеющий последовательно соединенные гидролинией в замкнутый контур теплообменник-утилизатор тепла горячего контура, циркуляционный насос, соединенный гидролинией, оснащенной электронагревательными элементами, с теплообменником - зарубашечным пространством блока цилиндров и крышками цилиндров ДВС и гидролинией с теплообменником-турбокомпрессором и замкнутый подконтур горячего контура системы охлаждения ДВС, включающий последовательно соединенные гидролинией вентиль, теплообменник-калорифер, циркуляционный насос и теплообменник - зарубашечное пространство блока цилиндров и крышек цилиндров ДВС, при этом система преобразования утилизированного тепла в электрическую энергию дополнительно содержит соединенные последовательно по ходу движения теплоносителя, накопительный резервуар, питательный насос и фильтр, связанный гидролинией с теплообменниками-утилизаторами тепла холодного и горячего контуров системы охлаждения ДВС, а II ход трехходового клапана гидролинией связан с питательным насосом, причем клапан ограничения давления подключен гидролинией между выходом питательного насоса и входом в накопительный резервуар.
RU2019143009A 2019-12-23 2019-12-23 Когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии двигателя внутреннего сгорания RU2725583C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019143009A RU2725583C1 (ru) 2019-12-23 2019-12-23 Когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии двигателя внутреннего сгорания

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019143009A RU2725583C1 (ru) 2019-12-23 2019-12-23 Когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии двигателя внутреннего сгорания

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2725583C1 true RU2725583C1 (ru) 2020-07-02

Family

ID=71510120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019143009A RU2725583C1 (ru) 2019-12-23 2019-12-23 Когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии двигателя внутреннего сгорания

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2725583C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112347628A (zh) * 2020-10-29 2021-02-09 国网陕西省电力公司电力科学研究院 一种冷热双蓄式热泵设备规划方法
US20230332560A1 (en) * 2019-10-21 2023-10-19 Ivan Ivanovych Koturbach Diesel-steam power plant

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4733536A (en) * 1986-10-22 1988-03-29 Gas Research Institute Integrated mechanical vapor recompression apparatus and process for the cogeneration of electric and water-based power having a recirculation control system for part-load capacity
RU2280777C1 (ru) * 2005-01-18 2006-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "Энергетический центр "Президент-Нева" Энергетическая установка
RU2421626C1 (ru) * 2009-12-31 2011-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" Теплоэнергетическая установка
RU2520796C2 (ru) * 2012-07-31 2014-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" Когенерационная установка
RU2630284C1 (ru) * 2016-06-08 2017-09-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный технический университет" (ФГБОУВО "ЯГТУ") Когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии теплового двигателя

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4733536A (en) * 1986-10-22 1988-03-29 Gas Research Institute Integrated mechanical vapor recompression apparatus and process for the cogeneration of electric and water-based power having a recirculation control system for part-load capacity
RU2280777C1 (ru) * 2005-01-18 2006-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "Энергетический центр "Президент-Нева" Энергетическая установка
RU2421626C1 (ru) * 2009-12-31 2011-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" Теплоэнергетическая установка
RU2520796C2 (ru) * 2012-07-31 2014-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" Когенерационная установка
RU2630284C1 (ru) * 2016-06-08 2017-09-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный технический университет" (ФГБОУВО "ЯГТУ") Когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии теплового двигателя

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230332560A1 (en) * 2019-10-21 2023-10-19 Ivan Ivanovych Koturbach Diesel-steam power plant
US11913402B2 (en) * 2019-10-21 2024-02-27 Ivan Ivanovych Koturbach Diesel-steam power plant
CN112347628A (zh) * 2020-10-29 2021-02-09 国网陕西省电力公司电力科学研究院 一种冷热双蓄式热泵设备规划方法
CN112347628B (zh) * 2020-10-29 2023-06-27 国网陕西省电力公司电力科学研究院 一种冷热双蓄式热泵设备规划方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1702141B1 (en) Organic rankine cycle system with shared heat exchanger for use with a reciprocating engine
EP2522828B1 (en) Organic rankine cycle systems using waste heat from charge air cooling
CN102182583B (zh) 一种适用于内燃机的复合式余热回收系统
RU2566207C2 (ru) Система утилизации отходящего тепла с частичной рекуперацией
US9074492B2 (en) Energy recovery arrangement having multiple heat sources
FI94895C (fi) Järjestely kombivoimalaitoksessa
Tahani et al. A comprehensive study on waste heat recovery from internal combustion engines using organic Rankine cycle
US10577984B2 (en) Functional synergies of thermodynamic cycles and heat sources
WO2015064302A1 (ja) エンジン冷却システム
JP2014504345A (ja) エンジン流体の熱電回収及びペルチェ加熱
RU2725583C1 (ru) Когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии двигателя внутреннего сгорания
US20140013749A1 (en) Waste-heat recovery system
US9088188B2 (en) Waste-heat recovery system
JP2016507688A (ja) 直列並列廃熱回収システム
RU2440504C1 (ru) Когенерационная установка с двигателем внутреннего сгорания и двигателем стирлинга
CN111527297B (zh) 用于转换来自内燃机损失热的热能的装置
JP2016014339A (ja) 廃熱回生システム
US9297280B2 (en) Method and apparatus for utilizing the exhaust heat from internal combustion engine
US20140013750A1 (en) Waste-heat recovery system
KR20170138267A (ko) 선박의 폐열회수 시스템
RU2630284C1 (ru) Когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии теплового двигателя
CN209892309U (zh) 一种发动机排气系统废气能量回收装置
EP3192986B1 (en) Turbo-compound system
US20180328234A1 (en) Power cogeneration system
RU2758020C1 (ru) Когенерационная установка