RU75224U1

RU75224U1 - COGENERATION POWER PLANT

Info

Publication number: RU75224U1
Application number: RU2008110168/22U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Яковлевич Вагин; Евгений Борисович Солнцев; Андрей Геннадьевич Воеводин
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2008-03-17
Publication date: 2008-07-27

Abstract

Решение относится к области теплоэнергетики-утилизации теплоты уходящих газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС), работающих в составе мини-ТЭЦ и предназначено для выработки электрической и тепловой энергии. В предлагаемом решении система утилизации тепла состоит из внутреннего и внешнего контуров. Исключается возможность загрязнения теплообменников-утилизаторов за счет установки бойлера внешнего теплоснабжения. Исключается возможность попадания масла в полость водяного охлаждения блока цилиндров за счет установки теплообменника в высокотемпературный контур. Исключен теплообменник с принудительным воздушным охлаждением из низкотемпературного контура, что повышает КПД и ресурс работы установки. 1 с.п. ф-лы, 1 илл.The solution relates to the field of heat power engineering and utilization of the heat of the exhaust gases of internal combustion engines (ICE) operating as part of a mini-thermal power plant and is designed to generate electric and thermal energy. In the proposed solution, the heat recovery system consists of internal and external circuits. It eliminates the possibility of contamination of heat exchangers-utilizers due to the installation of an external heat supply boiler. It eliminates the possibility of oil getting into the water cooling cavity of the cylinder block by installing the heat exchanger in the high-temperature circuit. Excluded heat exchanger with forced air cooling from the low-temperature circuit, which increases the efficiency and life of the installation. 1 s.p. f-ly, 1 ill.

Description

Решение относится к области теплоэнергетики (утилизации теплоты уходящих газов двигателей внутреннего сгорания, работающих в составе мини-ТЭЦ) и предназначено для выработки электрической и тепловой энергии.The solution relates to the field of power engineering (utilization of the heat of the exhaust gases of internal combustion engines operating as part of a mini-CHP plant) and is intended to generate electric and thermal energy.

Известна автономная когенерационная энергоустановка, описанная патентом РФ №2280777, F02G 5/04, опуб. 2006.07.27, принятая в качестве прототипа.A well-known autonomous cogeneration power plant described by RF patent No. 2280777, F02G 5/04, publ. 2006.07.27, adopted as a prototype.

Энергоустановка включает электрический генератор с приводом от двигателя внутреннего сгорания, имеющего системы охлаждения масла, блока цилиндров, наддувочного воздуха (наддува) и выхлопных газов (газовыхлопа), каждая система имеет теплообменник - утилизатор теплоты, теплообменники - утилизаторы систем надувочного воздуха и масла последовательно включены в систему охлаждения блока цилиндров двигателя, установка снабжена дополнительным теплообменником, включенным между теплообменниками - утилизаторами теплоты системы наддувочного воздуха и системы охлаждения блока цилиндров и имеющим принудительное воздушное охлаждение, и циркуляционным насосом, установленным между дополнительным теплообменником - утилизатором с принудительным воздушным охлаждением и теплообменником - утилизатором теплоты наддувочного воздуха.The power plant includes an electric generator driven by an internal combustion engine having oil cooling systems, a cylinder block, charge air (boost) and exhaust gases (gas exhaust), each system has a heat exchanger - a heat recovery unit, heat exchangers - heat exchangers of charge air and oil systems are included in series cooling system of the engine block of the engine, the installation is equipped with an additional heat exchanger connected between heat exchangers - heat exchangers of the charge-air system air and cooling system of the cylinder block and having forced air cooling, and a circulation pump installed between an additional heat exchanger - a forced-air heat exchanger and a heat exchanger - a charge air heat utilizer.

При этом обратная охлажденная вода от потребителей последовательно проходит через теплообменники систем охлаждения блока цилиндров двигателя и выхлопных газов.In this case, the return chilled water from consumers passes sequentially through heat exchangers of the cooling systems of the engine block of the engine and exhaust gases.

Недостатки прототипа заключаются в следующем:The disadvantages of the prototype are as follows:

- вода от потребителей, как правило, низкого качества, проходит напрямую через теплообменники блока цилиндров и наддувочного воздуха, загрязняя их, что приводит к снижению ресурса и надежности системы,- water from consumers, usually of poor quality, passes directly through the heat exchangers of the cylinder block and charge air, polluting them, which leads to a decrease in the resource and reliability of the system,

- вода блока цилиндров напрямую проходит через теплообменник масла, что в случае негерметичности последнего может привести к попаданию масла в полость охлаждения двигателя и аварии вследствие локального перегрева,- water of the cylinder block directly passes through the oil heat exchanger, which in case of leakage of the latter can lead to oil getting into the engine cooling cavity and an accident due to local overheating,

- как правило, вода на входе в теплообменник наддувочного воздуха должна иметь низкую температуру (не более 30...35°С), при этом придется задействовать постоянное принудительное воздушное охлаждение, поскольку обратная вода от потребителей обычно имеет большее значение температуры, что приведет к понижению КПД и надежности работы установки, - as a rule, the water at the inlet to the charge air heat exchanger should have a low temperature (no more than 30 ... 35 ° C), and constant forced air cooling will have to be used, since the return water from consumers usually has a higher temperature value, which will lead to lowering the efficiency and reliability of the installation,

- дополнительный теплообменник с принудительным воздушным охлаждением, имеющий значительное гидравлическое сопротивление, напрямую включен в циркуляционный контур энергоустановки, хотя на основном номинальном режиме работы в нем нет необходимости, что приводит к повышенным энергозатратам циркуляционного насоса, снижению КПД установки и надежности ее работы. - an additional heat exchanger with forced air cooling, which has significant hydraulic resistance, is directly included in the circulating circuit of the power plant, although it is not necessary in the main nominal operation mode, which leads to increased energy consumption of the circulation pump, lowering the efficiency of the installation and the reliability of its operation.

Эти недостатки устраняются предлагаемым решением. These shortcomings are eliminated by the proposed solution.

Решаемая задача - совершенствование когенерационной энергоустановки. The task at hand is the improvement of a cogeneration power plant.

Технический результат - повышение надежности и ресурса работы энергоустановки, а также снижение эксплуатационных затрат, за счет использования в контуре внешнего теплоснабжения потребителей воды более низкого качества по жесткости и разделения контуров охлаждения воды блока цилиндров и масла двигателя через воду высокотемпературного контура утилизации, и увеличение КПД за счет возможности отключения из эксплуатации теплообменников принудительного воздушного охлаждения воды низкотемпературного и высокотемпературных контуров.The technical result is an increase in the reliability and service life of the power plant, as well as a reduction in operating costs due to the use of lower quality water in the external heat supply circuit of consumers for stiffness and separation of the cooling circuit of cylinder block water and engine oil through the water of a high-temperature recycling circuit, and an increase in efficiency for due to the possibility of shutting down the operation of heat exchangers for forced air cooling of low-temperature and high-temperature circuits.

Этот технический результат достигается тем, что в когенерационной энергоустановке, включающей двигатель с электрогенератором, контур утилизации тепла, теплообменники - утилизаторы теплоты: масла, воды блока цилиндров двигателя, наддувочного воздуха, выхлопных газов, дополнительного воздушного охлаждения и циркуляционный насос, контур утилизации тепла выполнен из двух контуров: первый, низкотемпературный контур, состоит из теплообменника - утилизатора наддувочного воздуха, циркуляционного насоса на входе в теплообменник - утилизатор наддувочного воздуха и радиатора с принудительным воздушным охлаждением, выход радиатора соединен с циркуляционным насосом и трубопроводом холодной воды, а вход - с теплообменником - утилизатором наддувочного воздуха и трубопроводом подачи обратной охлажденной воды от потребителей, второй, высокотемпературный контур, состоит из последовательно установленных теплообменников - утилизаторов теплоты: масла, воды блока цилиндров двигателя, выхлопных газов и воды непосредственно этого контура - бойлера внешнего теплоснабжения с циркуляционным насосом перед теплообменником - утилизатором теплоты масла, а также радиатора с принудительным воздушным охлаждением, вход которого соединен с выходом теплообменника - утилизатора теплоты воды блока цилиндров двигателя и входом теплообменника - утилизатора теплоты выхлопных газов, а выход - с выходом бойлера внешнего теплоснабжения и входом циркуляционного насоса.This technical result is achieved in that in a cogeneration power plant including an engine with an electric generator, a heat recovery circuit, heat exchangers - heat recovery units: oil, water, engine block, charge air, exhaust gases, additional air cooling and a circulation pump, the heat recovery circuit is made of two circuits: the first, low-temperature circuit, consists of a heat exchanger - a charge-air reclamator, a circulation pump at the inlet to the heat exchanger-recycle charge air and a radiator with forced air cooling, the radiator outlet is connected to a circulation pump and a cold water pipeline, and the inlet is to a heat exchanger - a charge air recirculator and a return chilled water supply pipe from consumers, the second, high-temperature circuit consists of sequentially installed heat exchangers - utilizers heat: oil, water, engine block, exhaust gases and water directly from this circuit - an external heating boiler with circulation the pump in front of the heat exchanger - a heat exchanger of oil, as well as a radiator with forced air cooling, the input of which is connected to the output of the heat exchanger - water heat exchanger of the engine block of the engine and the input of the heat exchanger - heat exchanger of exhaust gas heat, and the output - with the output of the external heat supply boiler and circulation pump.

Предлагаемое техническое решение комплектации и компоновки когенерационной установки позволяет:The proposed technical solution for the configuration and layout of the cogeneration unit allows you to:

- исключить возможность загрязнения теплообменников - утилизаторов воды блока цилиндров двигателя и выхлопных газов низкокачественной водой сети теплоснабжения потребителей путем установки бойлера внешнего теплоснабжения, что приводит к повышению надежности работы установки,- eliminate the possibility of contamination of heat exchangers - water utilizers of the engine block of the engine and exhaust gases with low-quality water from the heat supply network of consumers by installing an external heat supply boiler, which increases the reliability of the installation,

- исключить возможность попадания масла в случае аварии теплообменника в полость водяного охлаждения блока цилиндров двигателя путем установки водоводяного теплообменника блока цилиндров в высокотемпературный контур утилизации, что приводит к повышению надежности работы установки,- eliminate the possibility of oil getting in the event of a heat exchanger accident in the water cooling cavity of the engine block by installing a water-water heat exchanger of the cylinder block in the high-temperature recycling circuit, which leads to an increase in the reliability of the installation,

- отключать из эксплуатации теплообменник с принудительным воздушным охлаждением низкотемпературного контура при работе в режиме подпитки сети теплоснабжения потребителей водой, подогретой в теплообменнике наддувочного воздуха (это особенно актуально в случае наличия открытой схемы теплопотребления, включающей нагретую воду, поступающую как на отопление, так и на горячее водоснабжение), что приводит к повышению КПД, надежности работы и ресурса установки,- disable the heat exchanger with forced air cooling of the low-temperature circuit when operating in the charging mode of the heat supply network of consumers with water heated in the charge air heat exchanger (this is especially true in the case of an open heat consumption circuit that includes heated water supplied both for heating and for hot water supply), which leads to increased efficiency, reliability and resource of the installation,

- отключать из эксплуатации теплообменник с принудительным воздушным охлаждением высокотемпературного контура при работе установки в режиме номинальной выработки тепловой энергии, что приводит к повышению КПД, надежности работы и ресурса установки.- to shut down from operation a heat exchanger with forced air cooling of a high-temperature circuit when the unit is operating in the mode of nominal heat energy production, which leads to an increase in efficiency, reliability of operation and resource of the installation.

Предлагаемая автономная когенерационная энергоустановка приведена на чертеже. Она содержит двигатель 1 с электрогенератором 2 и контур утилизации, состоящий из высокотемпературного и низкотемпературного контуров.The proposed autonomous cogeneration power plant is shown in the drawing. It contains an engine 1 with an electric generator 2 and a recycling circuit consisting of high-temperature and low-temperature circuits.

Высокотемпературный контур включает последовательно установленные теплообменники - утилизаторы теплоты: масла 3, воды 4 блока цилиндров двигателя 1 и выхлопных газов 5, а также бойлер 6 сетей внешнего теплоснабжения и циркуляционный насос 7 перед охладителем масла 3, и параллельно установленный радиатор 8 с принудительным воздушным охлаждением. Вход радиатора 8 соединен с выходом теплообменника воды 4 блока цилиндров двигателя 1 и входом утилизатора выхлопных газов 5, а выход - с выходом бойлера 6 сетей внешнего теплоснабжения и входом циркуляционного насоса 7.The high-temperature circuit includes successively installed heat exchangers - heat recovery units: oil 3, water 4 of the engine block 1 of the engine 1 and exhaust gases 5, as well as a boiler 6 of external heat supply networks and a circulation pump 7 in front of the oil cooler 3, and a parallel mounted radiator 8 with forced air cooling. The input of the radiator 8 is connected to the output of the water heat exchanger 4 of the cylinder block of the engine 1 and the input of the exhaust gas utilizer 5, and the output is connected to the output of the boiler 6 of the external heat supply networks and the input of the circulation pump 7.

Низкотемпературный контур включает теплообменник - утилизатор 9 теплоты наддувочного воздуха, циркуляционный насос 10 на входе в теплообменник наддувочного воздуха и радиатор 11 с принудительным воздушным охлаждением. Выход радиатора 11 соединен со входом циркуляционного насоса 10 и трубопроводом холодной The low-temperature circuit includes a heat exchanger - heat recovery unit 9 of charge air heat, a circulation pump 10 at the inlet to the charge air heat exchanger and a radiator 11 with forced air cooling. The output of the radiator 11 is connected to the input of the circulation pump 10 and the cold

воды, а вход - с выходом теплообменника - утилизатора 9 теплоты наддувочного воздуха и трубопроводом подачи обратной охлажденной воды от потребителей.water, and the inlet - with the outlet of the heat exchanger - heat recovery unit 9 of charge air heat and a return chilled water supply pipe from consumers.

Энергоустановка работает следующим образом.Power installation works as follows.

Выхлопные газы двигателя 1 поступают в теплообменник - утилизатор выхлопных газов 5 и затем уходят в дымовую трубу.The exhaust gases of the engine 1 enter the heat exchanger - exhaust gas utilizer 5 and then go into the chimney.

Функционирование высокотемпературного контура когенерационной установки заключается в следующем.The functioning of the high-temperature circuit of the cogeneration plant is as follows.

В режиме номинальной тепловой нагрузки охлажденная вода внутреннего контура когенерационной установки с бойлера 6 внешнего теплоснабжения циркуляционным насосом 7 последовательно направляется в теплообменники - утилизаторы теплоты: масла 3, воды 4 блока цилиндров двигателя 1 и выхлопных газов 5, где подогревается за счет теплоты масла, воды рубашки двигателя и уходящих дымовых газов соответственно. Нагретая вода после теплообменника - утилизатора выхлопных газов 5 направляется на вход бойлера внешнего теплоснабжения 6, где охлаждается, отдавая теплоту воде контура внешнего теплоснабжения потребителей, при этом радиатор 8 с принудительным воздушным охлаждением отключен.In the nominal heat load mode, the cooled water of the internal circuit of the cogeneration unit from the boiler 6 of the external heat supply by the circulation pump 7 is sequentially sent to heat exchangers - heat recovery units: oil 3, water 4 of the engine block 1 and exhaust gases 5, where it is heated by the heat of oil, water from the shirt engine and flue gas, respectively. Heated water after the heat exchanger - exhaust gas utilizer 5 is sent to the input of the external heat supply boiler 6, where it is cooled, giving heat to the water of the external heat supply circuit of consumers, while the radiator 8 with forced air cooling is turned off.

В режиме долевой (вплоть до нулевой) тепловой нагрузки энергоустановки часть воды контура (при отсутствии тепловой нагрузки - вся вода) направляется мимо теплообменника - утилизатора выхлопных газов 5 и бойлера 6 внешнего теплоснабжения сразу на вход циркуляционного насоса 7 через радиатор 8 с принудительным воздушным охлаждением, где охлаждается, отдавая наружному воздуху теплоту масла и воды рубашки двигателя.In the shared (up to zero) heat load of the power plant, part of the circuit water (in the absence of heat load - all water) is directed past the heat exchanger - exhaust gas utilizer 5 and external heat supply boiler 6 immediately to the inlet of the circulation pump 7 through the radiator 8 with forced air cooling, where it cools, giving the outside air the warmth of the oil and water of the engine jacket.

Низкотемпературный контур работает следующим образом.The low temperature circuit operates as follows.

В режиме подпитки сетей внешнего теплоснабжения холодная вода с трубопровода водоснабжения подается насосом 10 через теплообменник - утилизатор 9 теплоты наддувочного воздуха, где подогревается за счет теплоты наддувочного воздуха двигателя, в обратную линию поступления охлажденной воды от потребителей, где смешивается с водой контура внешнего теплоснабжения перед бойлером 6, при этом радиатор 11 с принудительным воздушным охлаждением отключен.In the mode of recharging external heat supply networks, cold water from the water supply pipeline is pumped through the heat exchanger – utilizer 9 of charge air temperature, where it is heated by the charge air heat of the engine, to the return line of chilled water from consumers, where it is mixed with water from the external heat supply circuit in front of the boiler 6, while the radiator 11 with forced air cooling is turned off.

В режиме работы энергоустановки, когда необходимость в подпитке сетей теплоснабжения отсутствует, нагретая вода с теплообменника - утилизатора 9 теплоты наддувочного воздуха подается на вход циркуляционного насоса 10 через радиатор 11 с принудительным воздушным охлаждением, где охлаждается, отдавая наружному воздуху теплоту наддувочного воздуха двигателя, при этом трубопроводы холодной воды и подпитки контура внешнего теплоснабжения отключены.In the operation mode of the power plant, when there is no need for replenishment of heat supply networks, heated water from the heat exchanger — the charge air heat utilizer 9 is fed to the inlet of the circulation pump 10 through the forced air cooling radiator 11, where it is cooled, giving the outside air the heat of the charge air of the engine, while cold water pipelines and external heat supply circuit disconnected.

Claims

Cogeneration power plant, including an engine with an electric generator, heat recovery circuit, heat exchangers - heat recovery units: oil, water, engine block, charge air, exhaust gases, additional air cooling and a circulation pump, characterized in that the heat recovery circuit is made of two circuits: the first , low-temperature circuit, consists of a heat exchanger - a charge air recycle booster, a circulation pump at the inlet to a heat exchanger - a charge air recycle and radion exchanger forced air-cooled torus, the radiator outlet is connected to a circulation pump and a cold water pipeline, and the inlet is to a heat exchanger - a charge air recirculator and a return chilled water supply pipe from consumers, the second, high-temperature circuit consists of heat exchangers - heat recovery units: oils , water of the engine block, exhaust gases and water directly from this circuit - an external heat supply boiler with a circulation pump before heat exchange CENI - utilizer oil heat radiator and air-cooled, the input of which is connected to the outlet of the heat exchanger - water heat exchanger engine block and the inlet of the heat exchanger - heat exchanger the exhaust gases, and an output - with output of the boiler and the external heat input of the circulation pump.