Теплоэлектрогенератор - RU162043U1

Чертежи

Описание

Теплоэлектрогенератор

Полезная модель относится к энергетике, а именно к системам отопления и генерации электроэнергии.

Известны различные типы нагревателей для нагнетания теплого воздуха с целью отопления домов, коттеджей, помещений с.х. объектов и других объектов. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является воздухонагреватель с подводом тепловой энергии к воздуху от горячей воды или от трубчатых электронагревателей и последующим нагнетанием теплого воздуха в отапливаемое помещение с помощью вентилятора [http://www.proclimatgroup.ru/kalorifery/vozduhonagrevateli-elektricheskie/].

Недостатками прототипов являются наличие вентилятора, а также необходимость подвода горячей воды и затраты электроэнергии на нагревание воздуха и привод нагнетателя нагретого воздуха.

Известны микротурбины, которые имеют невысокий электрический КПД преобразования тепла (менее 30%), но когенерационные микротурбины, помимо электроэнергии, также генерируют тепло.

[www.bpcenergy.ru/equipment/capstone/, www.manbw.ru/analitycs/capstone.html]

Указанный КПД микротурбин достигается за счет использования рекуператора тепла отходящих газов. КПД микротурбин без рекуператора едва сможет достигать приемлемого значения, поэтому современные микротурбинные установки без регенератора тепла отходящих газов не применяются. Кроме того, невысокий КПД преобразования тепла в газовых турбинах объясняется большими потерями энергии (около 70%) на привод компрессора, сжимающего и нагнетающего воздух в камеру сгорания с большим коэффициентом избытка воздуха для горения топлива и охлаждения стенок камеры сгорания.

Задачей предлагаемой полезной модели является более рациональное использование тепловой энергии для нагревания воздуха и энергосберегающего нагнетания воздуха к потребителям тепла, а также для получения электроэнергии от турбогенератора, работающего за счет энергии отходящих продуктов сгорания топлива.

В результате работы предлагаемой полезной модели происходит более эффективное использование тепловой энергии за счет подвода тепла к сжатому в компрессоре воздуху и его расширения в воздушной турбине с получением механической работы для привода компрессора, нагнетающего отходящий от турбины теплый воздух к потребителям тепла. Теплый воздух подается также в горелку, а продукты сгорания топлива, отходящие от воздухонагревателя с температурой около 600°C и давлением около 0,25 МПа, являются рабочим телом газовой турбины, которая служит приводом электрического турбогенератора. Подвод тепла к сжатому воздуху производится в воздухонагревателе, через который проходят продукты сгорания топлива.

Сжигание низкокалорийного органического топлива, попутного газа или биотоплива в горячем воздухе с температурой около 200°C позволяет получить высокий энергетический эффект за счет улучшения горения топлива при использовании воздуха с высокой температурой, вместо воздуха окружающей температуры и тем самым, снижая его химический и механический недожог.

Количество теплоты, получаемой в процессе горения, увеличивается на 10-15% при неизменном расходе топлива. Также имеется возможность регулирования подачи воздуха, отходящего на отопление, и в горелку, с целью изменения баланса получения тепла и электроэнергии от теплоэлектрогенератора по желанию потребителя.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом теплоэлектрогенераторе, состоящем из воздушного компрессора, горелки топлива, воздухонагревателя, электрического генератора, двух расширительных машин, одна из которых служит для привода компрессора, а вторая служит для

привода генератора, одна расширительная машина выполнена в виде воздушной турбины, а вторая - в виде газовой турбины, работающей на отходящих продуктах сгорания топлива.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором представлена общая схема теплоэлектрогенератора.

Теплоэлектрогенератор содержит воздушный компрессор 1, воздушную турбину 2, преобразующую энергию нагретого сжатого воздуха в механическую работу для привода компрессора 1, горелку топлива 3, воздухонагреватель 4, газовую турбину 5, преобразующую энергию продуктов сгорания топлива в механическую работу для привода электрического генератора 6.

Воздушный компрессор 1 расположен на общем валу с воздушной турбиной 2, горелка топлива 3 подведена к воздухонагревателю 4, сжатый воздух от компрессора 1 подводится к воздухонагревателю 4, горячий воздух от воздушной турбины 2 отводится к потребителям тепла. Продукты сгорания топлива идут на газовую турбину 5, расположенную на общем валу с электрическим генератором 6.

Работает теплоэлектрогенератор следующим образом.

Атмосферный воздух сжимается по адиабате в воздушном компрессоре 1 до 0,4 МПа, нагреваясь до 200°C, затем сжатый воздух подогревается в воздухонагревателе 4 до 500°C и поступает в воздушную турбину 2, где совершая работу (привод компрессора), воздух расширяется по адиабате до давления 0,25 МПа, и его температура понижается.

Часть горячего воздуха подается в горелку 3 для обеспечения горения топлива. В среде горячего воздуха происходит эффективное сгорание любого топлива с небольшим коэффициентом избытка воздуха. Продукты сгорания топлива передают часть тепловой энергии сжатому воздуху и поступают на вход газовой турбины 5.

Воздух после воздушной турбины 2, имеющий остаточное давление и температуру около 200°C, отводится к потребителям тепла и другие цели. Применение электрического вентилятора не требуется.

Запуск теплоэлектрогенератора производится путем раскрутки турбины 2 и компрессора 1 сжатым воздухом, который отключается после выхода теплоэлектрогенератора на рабочий режим.

Работает воздушная турбина 2 и газовая турбина 5 при невысоких температурах рабочего тела (воздуха и отходящих продуктов сгорания), значит - не потребуются жаропрочные материалы для их изготовления. Мощность воздушной турбины 2, затрачиваемая на привод компрессора 1, регулируется подводом тепла к сжатому воздуху в теплообменнике 4, т.е. подачей в горелку топлива, сгораемого в горячей воздушной среде при постоянном давлении.

Помимо получения чистого теплого воздуха после воздушной турбины 2, газы, отходящие от воздухонагревателя 4 после сгорания топлива и нагревания сжатого воздуха, используются для работы газовой турбины с электрическим генератором. Для этого продукты сгорания, имеющие после воздухонагревателе температуру около 600°C, подаются на вход газовой турбины 5. После турбины продукты сгорания с температурой менее 100°C отводятся в атмосферу.

Таким образом, цикл работы с подводом тепла для отопления с.х. объекта и работы газовой турбины для привода электрического генератора завершается в атмосфере, имея невысокую температуру газов, отходящих от турбины, и значит - высокую эффективность использования энергии топлива. Важная особенность полезной модели - многотопливность (газ, органическое топливо, биотопливо и др.).

В результате использования предлагаемой полезной модели - работающей на воздухе турбины и работающей на отходящих продуктах сгорания топлива электрическом генераторе повышается эффективность использования тепловой энергии сгораемого топлива и экономия электроэнергии.

Перспективное применение теплоэлектрогенератора: системы воздушного отопления и электроснабжения с.х. объектов (фермы, мастерские, зернохранилища, овощехранилища, сушилки фруктов, грибов) и жилых домов, ангаров, складских помещений, бытовок в арктических условиях эксплуатации и как автономное энергетическое средство для растениеводства.

Реферат

Теплоэлектрогенератор, состоящий из воздушного компрессора, горелки топлива, воздухонагревателя, электрического генератора, двух расширительных машин, одна из которых служит для привода компрессора, а вторая служит для привода электрического генератора, отличающийся тем, что расширительная машина для привода электрического генератора выполнена в виде газовой турбины, работающей на отходящих от воздухонагревателя продуктах сгорания топлива.

Формула

Теплоэлектрогенератор, состоящий из воздушного компрессора, горелки топлива, воздухонагревателя, электрического генератора, двух расширительных машин, одна из которых служит для привода компрессора, а вторая служит для привода электрического генератора, отличающийся тем, что расширительная машина для привода электрического генератора выполнена в виде газовой турбины, работающей на отходящих от воздухонагревателя продуктах сгорания топлива.