RU2758020C1 - Когенерационная установка - Google Patents
Когенерационная установка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2758020C1 RU2758020C1 RU2021100059A RU2021100059A RU2758020C1 RU 2758020 C1 RU2758020 C1 RU 2758020C1 RU 2021100059 A RU2021100059 A RU 2021100059A RU 2021100059 A RU2021100059 A RU 2021100059A RU 2758020 C1 RU2758020 C1 RU 2758020C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- internal combustion
- combustion engine
- ice
- heat exchanger
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
-
- 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
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области энергетики и предназначено для одновременного производства тепловой и электрической энергии при помощи когенерационных установок с двигателем внутреннего сгорания (далее - ДВС) и может быть использовано в качестве мини-ТЭЦ, производящей тепловую и электрическую энергию для нужд промышленных и коммунальных потребителей. Когенерационная установка содержит газопоршневой ДВС с электрогенератором на одном валу с ним, систему его охлаждения с насосом, систему утилизации теплоты, гидролинии, циркуляционный насос системы утилизации теплоты, магистраль отработанных газов, вентили, газопровод природного газа, вихревой теплогенератор, устройство для получения электроэнергии с использованием низкопотенциальных теплоносителей и теплоэнергетическую установку с дизельным ДВС на одном валу с ним. Перед теплообменником-утилизатором теплоты системы охлаждения газопоршневого ДВС имеется контур, состоящий из теплообменников-утилизаторов теплоты статора и ротора электрогенераторов ДВС, гидролиний и трехходовых кранов, позволяющий осуществить предварительный нагрев воды, предназначенной для нужд потребителей. Технический результат - повышение энергетической эффективности и КПД когенерационной установки за счет утилизации теплоты с обмоток статора и ротора электрогенераторов ДВС для подогрева воды на нужды систем отопления и горячего водоснабжения коммунальных потребителей и собственные технологические нужды промышленных предприятий. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области энергетики и предназначено для одновременного производства тепловой и электрической энергии при помощи когенерационных установок с двигателем внутреннего сгорания (далее - ДВС) и может быть использовано в качестве мини-ТЭЦ, производящей тепловую и электрическую энергию для нужд промышленных и коммунальных потребителей.
Известен аналог - когенерационная установка, содержащая газопоршневой ДВС с электрогенератором на одном валу с ним, систему его охлаждения с насосом, систему утилизации теплоты, гидролинии, циркуляционный насос системы утилизации теплоты, магистраль отработанных газов, вентили, газопровод природного газа, вихревой теплогенератор, устройство для получения электроэнергии с использованием низкопотенциальных теплоносителей и теплоэнергетическую установку с дизельным ДВС на одном валу с ним [Патент РФ №2520796 С2, МПК F02G 5/04 Авторы: Жаров Александр Викторович (RU), Павлов Александр Анатольевич (RU), Фавстов Владимир Сергеевич (RU). Опубл. 27.06.2014 г. Бюл. №18]. Данный аналог принят в качестве прототипа.
Недостатком аналога и прототипа является неполное использование энергетических возможностей электрогенераторов, что сказывается на общем КПД установки.
Задача, решаемая изобретением - создание когенерационной установки, обладающей высокой энергетической эффективностью и работающей в условиях быстроизменяющейся нагрузки, позволяющей работать с максимальной эффективностью.
Технический результат - повышение энергетической эффективности и КПД когенерационной установки за счет утилизации теплоты с обмоток статора и ротора электрогенераторов ДВС для подогрева воды на нужды систем отопления и горячего водоснабжения коммунальных потребителей и собственные технологические нужды промышленных предприятий.
Для достижения указанного технического результата предложена когенерационная установка, включающая в себя газопоршневой ДВС с электрогенератором на одном валу с ним, систему его охлаждения с насосом, систему утилизации теплоты, гидролинии, циркуляционный насос системы утилизации теплоты, магистраль отработанных газов, вентили, газопровод природного газа, вихревой теплогенератор, устройство для получения электроэнергии с использованием низкопотенциальных теплоносителей и теплоэнергетическую установку с дизельным ДВС на одном валу с ним.
Особенность заключается в том, что перед теплообменником-утилизатором теплоты системы охлаждения газопоршневого ДВС имеется контур, состоящий из теплообменников - утилизаторов теплоты статора и ротора электрогенераторов ДВС, гидролиний и трехходовых кранов, позволяющий осуществить предварительный нагрев воды, предназначенной для нужд потребителей.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема когенерационной установки.
Когенерационная установка содержит газопоршневой ДВС 1, соединенный с электрогенератором 2, насос 3 системы охлаждения газопоршневого ДВС, теплообменник - утилизатор 4 теплоты системы охлаждения газопоршневого ДВС, теплообменник - утилизатор 5 теплоты отработанных газов, теплообменник - утилизатор 6 теплоты вихревого теплогенератора, теплообменник-утилизатор 7 теплоты статора и ротора электрогенератора газопоршневого ДВС, теплообменник-утилизатор 8 теплоты статора и ротора электрогенератора дизельного ДВС, теплоэнергетическую установку с дизельным ДВС 9 и электрогенератором 10, вихревой теплогенератор 11 с приводом от электродвигателя 12, циркуляционный насос 13 системы утилизации теплоты, воздушный радиатор 14 для утилизации теплоты газопоршневого ДВС, трехходовые краны 15, 16, 17, 18 и 19, вентили 20 и 21, магистраль 22 отработанных газов, обратный клапан 23, гидролинии - 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, воздуховод 33 воздушного радиатора для утилизации теплоты газопоршневого ДВС, устройство 34 для получения электроэнергии с использованием низкопотенциальных теплоносителей с электрогенератором 35, газопровод 36 природного газа.
Когенерационная установка работает следующим образом.
При работе газопоршневого ДВС 1 электрогенератор 2 вырабатывает электроэнергию, которая предназначена для электрической сети потребителей. Топливом для газопоршневого ДВС 1 служит природный газ, поступающий к нему по газопроводу природного газа 36. Насос 3 системы охлаждения газопоршневого ДВС подает охлаждающую жидкость по гидролинии 24 через систему охлаждения газопоршневого ДВС к теплообменнику - утилизатору его теплоты 4, а отработанные газы по магистрали 22 поступают к теплообменнику - утилизатору их теплоты 5. В теплообменниках - утилизаторах 4 и 5 происходит передача теплоты потоку жидкости, подаваемому к ним по гидролинии 26 циркуляционным насосом системы утилизации теплоты 13. В качестве первой ступени нагрева воды используются теплообменники - утилизаторы теплоты статора и ротора 7, 8 электрогенераторов 2 и 10 соответственно. Поток воды направляется к трехходовому крану 17, который в зависимости от работы электрогенератора направляет поток жидкости либо в теплообменники - утилизаторы теплоты статора ротора 7 и 8, либо по гидролинии 26.
В зависимости от работы электрогенераторов возможно несколько вариантов движения потока жидкости:
1. В режиме работы на максимальной тепловой и электрической мощности, когда работают газопоршневой и дизельный ДВС одновременно, поток жидкости трехходовым краном 17 направляется по гидролинии 31 к трехходовому крану 18, который направляет поток жидкости к теплообменнику - утилизатору теплоты статора и ротора электрогенератора дизельного ДВС 7, где происходит передача тепловой энергии потоку жидкости. Далее трехходовой кран 19 направляет поток жидкости по гидролинии 32 в теплообменник-утилизатор 8 для утилизации теплоты статора и ротора электрогенератора 10.
2. При работе только газопоршневого ДВС 1, поток жидкости трехходовым краном 17 направляется по гидролинии 31 к трехходовому крану 18, который направляет поток жидкости к теплообменнику - утилизатору теплоты статора и ротора электрогенератора дизельного ДВС 7. Сняв теплоту со статора и ротора электрогенератора дизельного ДВС 7, поток жидкости проходит через трехходовой кран 19 по гидролинии 31.
3. В случае остановки работы газопоршевого ДВС 1 включается дизельный ДВС 9. В этом случае, для утилизации теплоты статора и ротора электрогенератора 10 трехходовым краном 18 поток жидкости по гидролинии 29 направляется в теплообменник - утилизатор теплоты статора и ротора электрогенератора дизельного ДВС 8, откуда далее, сняв теплоту, по гидролиниям 31 и 26 проходит к следующим ступеням нагрева.
Затем поток жидкости, пройдя теплообменники-утилизаторы 4 и 5, направляется к трехходовому крану 15, который в зависимости от выбранного режима работы направляет поток жидкости либо в теплообменник-утилизатор теплоты вихревого теплогенератора 6, либо по гидролинии 27 в обход его. Жидкость направляется трехходовым краном 15 по гидролинии 27 к потребителю в случае работы когенерационной установки на режиме полной электрической и тепловой мощности. В режиме работы когенерационной установки для выработки только тепловой энергии трехходовой кран 15 направляет жидкость по гидролинии 26 через теплообменник - утилизатор теплоты вихревого теплогенератора 6, где жидкость дополнительно получает тепловую энергию от него. Вихревой теплогенератор 11 приводится в движение от электродвигателя 12. По гидролинии 28 вихревой теплогенератор 11 соединен с теплообменником - утилизатором своей теплоты 6. Пройдя через теплообменник-утилизатор теплоты вихревого генератора 6 жидкость направляется к потребителю. Отработанные газы по своей магистрали 22, после теплообменника - утилизатора теплоты 5 направляются в устройство для получения электроэнергии с использованием низкопотенциальных теплоносителей 34. Используя тепловую энергию отработанных газов, устройство для получения электроэнергии с использованием низкопотенциальных теплоносителей 34 при помощи электрогенератора 35 вырабатывает электрическую энергию, которая потребляется электрической сетью потребителя. При работе когенерационной установки для выработки тепловой и электрической энергии в режиме полной мощности вентиль 20 закрыт, а 21 открыт, обеспечивая, таким образом, движение отработанных газов по соответствующей магистрали 22 через теплообменник утилизатор их теплоты 5 к устройству для получения электроэнергии с использованием низкопотенциальных теплоносителей 34. В случае работы когенерационной установки для выработки только электрической энергии трехходовой кран 17 направляет поток жидкости по гидролинии 26, минуя контур съема теплоты со статора и ротора электрогенераторов 2 и 10, вентиль 21 перекрывает магистраль отработанных газов 22, подводящих их к теплообменнику-утилизатору теплоты 5, а вентиль 20 открывается, обеспечивая движение отработанных газов к устройству для получения электроэнергии с использованием низкопотенциальных теплоносителей 34.
Также в случае работы когенерационной установки для выработки только электрической энергии трехходовой кран 16 перекрывается таким образом, что охлаждающая жидкость газопоршневого ДВС 1 по гидролинии 25 циркулирует через воздушный радиатор для утилизации теплоты газопоршневого ДВС 14. Воздух, движущийся по воздуховоду воздушного радиатора для утилизации теплоты газопоршневого ДВС 33, утилизировав теплоту газопоршневого ДВС 1, поступает к устройству для получения электроэнергии с использованием низкопотенциальных теплоносителей 34. В устройстве для получения электроэнергии с использованием низкопотенциальных теплоносителей 34 тепловая энергия воздуха преобразуется в электрическую при помощи электрического генератора 35. При этом система утилизации теплоты не функционирует. Теплоэнергетическая установка с дизельным ДВС 9 и электрогенератором 10 предназначена для обеспечения когенерационной установки тепловой и электрической энергией во время возникновения аварийных ситуаций (например, при прекращении подачи природного газа) или плановых ремонтных, профилактических работах. Также теплоэнергетическая установка с дизельным ДВС 9 и электрогенератором 10 может работать в качестве резервного источника тепловой и электрической энергии при возникновении пиковых режимов потребления энергии. Теплоэнергетическая установка с дизельным ДВС 9 и электрогенератором 10 подключена к системе охлаждения газопоршневого ДВС 1 при помощи гидролиний 30 и обратного клапана 23. При штатной работе газопоршневого ДВС 1 часть его охлаждающей жидкости циркулирует через теплоэнергетическую установку с дизельным ДВС 9, обеспечивая тем самым постоянную ее тепловую готовность. Частичная циркуляция охлаждающей жидкости газопоршневого ДВС 1 через теплоэнергетическую установку с дизельным ДВС 9 обеспечивается параллельной схемой подключения гидролиний 30 к гидролинии 24. В случае возникновения ситуаций, когда необходима работа теплоэнергетической установки с дизельным ДВС 9, газопоршневой ДВС 1 останавливается. Далее запускается теплоэнергетическая установка с дизельным ДВС 9 и охлаждающая жидкость начинает циркулировать через него, где нагревается и по гидролинии 30 поступает к гидролинии 24. По гидролинии 24 охлаждающая жидкость подводится к системе охлаждения газопоршневого ДВС 1, затем к теплообменнику - утилизатору теплоты системы охлаждения газопоршневого ДВС 4 и затем обратно к теплоэнергетической установке с дизельным двигателем 9. Обратный клапан 23 предотвращает циркуляцию охлаждающей жидкости только через теплоэнергетическую установку с дизельным ДВС 9. В теплообменнике - утилизаторе системы охлаждения газопоршневого ДВС 4 происходит передача теплоты потоку жидкости подаваемой к нему по гидролинии 26 циркуляционным насосом системы утилизации теплоты 13.
Заявленная когенерационная установка может быть использована в качестве мини-ТЭЦ, производящей тепловую и электрическую энергию для нужд промышленных предприятий, отдельных жилых районов или тепличных комплексов. Применение ее позволит максимально повысить эффективность использования теплоты сгорания топлива, повысить КПД и снизить сроки окупаемости установки.
Claims (1)
- Когенерационная установка, содержащая газопоршневой ДВС с электрогенератором на одном валу с ним, систему его охлаждения с насосом, систему утилизации теплоты, гидролинии, циркуляционный насос системы утилизации теплоты, магистраль отработанных газов, вентили, газопровод природного газа, вихревой теплогенератор, устройство для получения электроэнергии с использованием низкопотенциальных теплоносителей и теплоэнергетическую установку с дизельным ДВС на одном валу с ним, отличающаяся тем, что перед теплообменником-утилизатором теплоты системы охлаждения газопоршневого ДВС имеется контур, состоящий из теплообменников-утилизаторов теплоты статора и ротора электрогенераторов ДВС, гидролиний и трехходовых кранов, позволяющий осуществить предварительный нагрев воды, предназначенной для нужд потребителей.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021100059A RU2758020C1 (ru) | 2021-01-11 | 2021-01-11 | Когенерационная установка |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021100059A RU2758020C1 (ru) | 2021-01-11 | 2021-01-11 | Когенерационная установка |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2758020C1 true RU2758020C1 (ru) | 2021-10-25 |
Family
ID=78289471
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021100059A RU2758020C1 (ru) | 2021-01-11 | 2021-01-11 | Когенерационная установка |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2758020C1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2280567C2 (ru) * | 2004-11-11 | 2006-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный открытый технический университет путей сообщения Министерства путей сообщения Российской Федерации" (РГОТУПС) | Автоматическая система регулирования температуры тягового трансформатора тягового транспортного средства |
RU2520796C2 (ru) * | 2012-07-31 | 2014-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" | Когенерационная установка |
RU2535291C1 (ru) * | 2013-10-22 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" (ФГБОУВПО "ЯГТУ") | Жидкостный подогреватель двигателя внутреннего сгорания |
-
2021
- 2021-01-11 RU RU2021100059A patent/RU2758020C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2280567C2 (ru) * | 2004-11-11 | 2006-07-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный открытый технический университет путей сообщения Министерства путей сообщения Российской Федерации" (РГОТУПС) | Автоматическая система регулирования температуры тягового трансформатора тягового транспортного средства |
RU2520796C2 (ru) * | 2012-07-31 | 2014-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" | Когенерационная установка |
RU2535291C1 (ru) * | 2013-10-22 | 2014-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный технический университет" (ФГБОУВПО "ЯГТУ") | Жидкостный подогреватель двигателя внутреннего сгорания |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104481697B (zh) | 一种燃气、柴油及超临界二氧化碳发电船舶动力驱动系统 | |
EP3051111B1 (en) | Waste heat recovery system, ship propulsion system, ship, and waste heat recovery method | |
US5797265A (en) | Utilization of low-value heat in a supercharged thermal engine | |
RU2487305C1 (ru) | Тригенерационная установка на базе микротурбинного двигателя | |
JP2013160132A (ja) | 排熱回収利用システム | |
US9030034B2 (en) | Stationary power plant, in particular a gas power plant, for generating electricity | |
KR20160058030A (ko) | 선박 추진 시스템 및 선박 및 선박 추진 시스템의 운전 방법 | |
US20140013749A1 (en) | Waste-heat recovery system | |
CN106930827B (zh) | 一种冷热电联产供能系统、方法及装置 | |
RU2583478C2 (ru) | Рекуперационная установка | |
RU2725583C1 (ru) | Когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии двигателя внутреннего сгорания | |
KR20140072579A (ko) | 폐열 회수 가능한 선박용 동력 장치 | |
RU2758020C1 (ru) | Когенерационная установка | |
RU2440504C1 (ru) | Когенерационная установка с двигателем внутреннего сгорания и двигателем стирлинга | |
RU2520796C2 (ru) | Когенерационная установка | |
RU2589985C2 (ru) | Способ работы рекуперационной установки | |
CN104564195A (zh) | 内燃机余热综合利用系统 | |
RU2199020C2 (ru) | Способ работы комбинированной газотурбинной установки системы газораспределения и комбинированная газотурбинная установка для его осуществления | |
JP2005320938A (ja) | 排熱回収装置及び排熱回収方法 | |
KR20190037919A (ko) | 발전 및 히트펌프의 연계 시스템 | |
RU2630284C1 (ru) | Когенерационная установка с глубокой утилизацией тепловой энергии теплового двигателя | |
CN106460664B (zh) | 使用补充空气系统的燃气涡轮机效率和调节速度改进 | |
US20180328234A1 (en) | Power cogeneration system | |
RU2785183C1 (ru) | Солнечная гибридная газотурбинная энергетическая установка | |
RU55431U1 (ru) | Когенерационная энергоустановка |