когенерационная система на основе паровой котельной установки с использованием теплоты уходящих газов

Формула изобретения

Когенерационная система на основе паровой котельной установки с использованием теплоты уходящих газов, состоящая из парового котла, паровой турбины с компрессором для дымовых уходящих газов на одном валу, линии потребителя пара, конденсатора пара, линии конденсата, циркуляционного и линии подпиточной воды насоса, отличающаяся тем, что снабжена электрогенератором, установленным на одном валу с турбиной, вторым электрогенератором, установленным на одном валу с двигателем Стирлинга, нагреватель которого размещен в дымоходе котельной установки, системой внешнего теплоснабжения, проходящей через конденсатор, теплообменником-подогревателем в линии конденсата, через который проходят дымовые уходящие газы, при этом дымовые уходящие газы последовательно проходят через нагреватель двигателя Стирлинга и теплообменник-подогреватель.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области теплоэнергетики, предназначено для одновременной выработки тепла и электроэнергии и может быть использовано для модернизации существующих котельных в мини-ТЭЦ.

Известно устройство двигателя с внешним подводом теплоты, работающим по циклу Стирлинга (двигатель Стирлинга), состоящего из нагревателя, регенератора, холодильника и поршневой группы (Батырев А.Н., Кошеваров В.Д., Лейкин О.Ю. Корабельные ядерные энергетические установки зарубежных стран. - СПб.: Судостроение, 1994, стр.205).

Известно, что при избыточной теплопроизводительности или при замене дросселирования пара на технологию когенерации существующие паровые котельные с начальными параметрами пара от 1,3 МПа и 191°С целесообразно переводить в малые теплоэлектроцентрали (мини-ТЭЦ) (Соболь И.Д. Создание промышленных ТЭЦ малой мощности на базе действующих котельных.// Экотехнологии и ресурсосбережение, №2, 1996, стр.3-10). Однако в научно-технической литературе не рассмотрены все варианты принципиальных схем мини-ТЭЦ.

Известна простейшая принципиальная схема теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), состоящая из парового котла, паротурбинной установки с электрогенератором на одном валу, линии потребителя пара с отбором от турбины, конденсатора, через который проходит система внешнего теплоснабжения, линии конденсата и циркуляционного насоса (А.И.Андрющенко, Р.З.Аминов, Ю.М.Хлебалин. Теплофикационные установки и их использование. М.: Высшая школа, 1989, стр.32-34). Однако данная принципиальная схема может быть применена и экономически выгодна только для крупных промышленных ТЭЦ.

Известна принципиальная схема пароводяной котельной с использованием теплоты уходящих газов, состоящая из парового котла, экономайзера для подогрева сетевой воды, паровой турбины с компрессором для дымовых уходящих газов на одном валу, линии потребителя пара, конденсатора пара, линии конденсата и циркуляционного насоса (Бузников Е.Ф., Верес А.А., Грибов В.Б. Пароводогрейные котлы для электростанций и котельных. М.: Энергоатомиздат, 1989, стр.160-162). Однако теплота уходящих дымовых газов используется только для выработки дополнительной тепловой энергии.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в выработке дополнительной электрической энергии, снижении стоимости и повышении эффективности теплоэнергетической системы при переводе паровой котельной в мини-ТЭЦ.

Для достижения данного технического результата когенерационная система на основе паровой котельной установки с использованием теплоты уходящих газов, состоящая из парового котла, паровой турбины с компрессором для дымовых уходящих газов на одном валу, линии потребителя пара, конденсатора пара, линии конденсата, циркуляционного насоса и линии подпиточной воды насоса, снабжена электрогенератором, установленным на одном валу с турбиной, вторым электрогенератором, установленным на одном валу с двигателем Стирлинга, нагреватель которого размещен в дымоходе котельной установки, системой внешнего теплоснабжения, проходящей через конденсатор, теплообменником-подогревателем в линии конденсата, через который проходят дымовые уходящие газы, при этом дымовые уходящие газы последовательно проходят через нагреватель двигателя Стирлинга и теплообменник-подогреватель.

Введение в состав когенерационной системы на основе паровой котельной установки с использованием теплоты уходящих газов, электрогенератора, установленного на одном валу с турбиной, второго электрогенератора, установленного на одном валу с двигателем Стирлинга, нагреватель которого размещен в дымоходе котельной установки, теплообменника-подогревателя в линии конденсата, через который проходят дымовые уходящие газы, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности выработки не только тепловой, но и электрической энергии, более эффективного использования теплоты уходящих дымовых газов.

На чертеже изображена когенерационная система на основе паровой котельной установки с использованием теплоты уходящих газов.

Когенерационная система на основе паровой котельной установки включает в себя паровой котел 1, линию пара 2 с расположенными на ней паровой турбиной 3 с электрогенератором 4 и компрессором уходящих дымовых газов 5 на одном валу, конденсатор пара 6, линию конденсата 7 с циркуляционном насосом 8 и теплообменником-подогревателем 9. Для снятия тепловых нагрузок предусмотрена система внешнего теплоснабжения 10, проходящая через конденсатор 6.

К линии конденсата 7 подведена линия подпиточной воды 11 с регулирующим вентилем 12. От основной линии пара 2, после турбины 3, к потребителю пара 13 проведена линия 14 с регулирующим вентилем 15.

В дымоходе 16 котельной установки 1 установлен нагреватель 17 двигателя Стирлинга 18. На одном валу с двигателем Стирлинга 18 установлен электрогенератор 19.

Когенерационная система на основе паровой котельной установки с использованием теплоты уходящих газов работает следующим образом.

Пар из котла паровой линии 2 поступает в паровую турбину 3, где, расширяясь, совершает полезную работу, преобразуемую в электрическую энергию с помощью электрогенератора 4, расположенного на одном валу с турбиной 3. Часть механической энергии от турбины 3 расходуется на привод компрессора 5 для повышения давления уходящих дымовых газов. Из турбины 3 пар поступает в конденсатор 6, где конденсируется, а затем конденсат по линии 7 насосом 8 подается в теплообменник-подогреватель 9. Из линии 11 через регулировочный вентиль 12 в линию конденсата поступает подпиточная вода. В подогревателе 9 происходит нагрев смеси конденсата и подпиточной воды за счет теплообмена с уходящими дымовыми газами. Теплоноситель системы внешнего теплоснабжения 10 поступает в конденсатор 6, где за счет теплообмена конденсируются водяные пары после выхода из турбины 3, а теплоноситель нагревается. От паровой линии 2, после турбины 3, к потребителю пара 13 проведена линия 14 с регулирующим вентилем 15.

Для передачи теплоты дымовых газов к двигателю Стирлинга 18 его нагреватель 17 установлен в дымоходе 16 котельной установки. В двигателе Стирлинга 18 теплота дымовых газов преобразуется в полезную механическую энергии, которая передается на электрогенератор 19 для получения электроэнергии.