Энергетическая установка для утилизации отходов деревообработки с получением тепловой и электрической энергии

Энергетическая установка для утилизациии отходов деревообработки с получением тепловой и электрической энергии содержит бункер для твердого топлива 1 с регулятором его расхода 2, топку 3, вертикальную дымовую трубу 4 с расположенным внутри газо-воздушным теплообменником 5, газовый 6 и воздушный 7 тракты, подводящую 8 и отводящую 9 воздушные магистрали, патрубок горячего воздуха 10; компрессор 13 и жестко связанную с ним общим валом 12 приводную расширительную машину 11 и электроагрегат 14 с системой управления 15, причем установка снабжена утилизатором тепла 16, расположенным в верхней части дымовой трубы 4, регулятором 17 и краном-переключателем 18, топка снабжена колосником 19 и устройством поддува воздуха 20, газовоздушный теплообменник 5 выполнен цилиндрическим, имеющим внутреннюю газовую трубу 21, и снабжен агрегатом обратного тока 22.

Предложенная полезная модель относится к области энергетики, и служит для выработки тепловой и электрической энергии при использовании низкокалорийных твердых топлив, преимущественно отходов от автономных подвижных лесозаготовительных и лесоперерабатывающих комплексов.

Известна энергетическая установка для утилизациии отходов с получением тепловой и электрической энергии, содержащая, бункер для твердого топлива с регулятором его расхода, топку, вертикальную дымовую трубу с расположенным внутри газо-воздушным теплообменником, газовый и воздушный тракты, подводящую, отводящую и горячую воздушные магистрали; компрессор и жестко связанную с ним общим валом приводную расширительную машину и электроагрегат с системой управления (см. патент США US 5704209, опубл. 06.01.1998, заявители BRONICKI LUCIEN Y, GOLDMAN DANIEL, SINAI JOSEPH), основным недостатком известной конструкции является ее сложность и нерациональное использование последовательно установленных газо-воздушного и высокоэффективного жидкостно-парового энергетического контура в одной системе, что приводит снижению общей эффективности системы получения электроэнергии в сравнении с одноконтурным жидкостно-паровым энергетическим контуром. При этом последняя конструкция контура требует высокой квалификации обслуживающего персонала для обеспечения безопасной эксплуатации при любом сочетании.

Технический результат предложения заключается в упрощении производства, при сохранении эффективности, достаточной для нормального функционирования.

Технический результат достигается тем, что энергетическая установка для утилизациии отходов деревообработки с получением тепловой и электрической энергии содержит, бункер для твердого топлива с регулятором его расхода, топку, вертикальную дымовую трубу с расположенным внутри газо-воздушным теплообменником, газовый и воздушный тракты, подводящую, отводящую и горячую воздушные магистрали; компрессор и жестко связанную с ним общим валом приводную расширительную машину и электроагрегат с системой управления, причем установка снабжена утилизатором тепла, расположенным в верхней части трубы, регулятором и краном-переключателем, топка снабжена колосником и устройством поддува воздуха, газо-воздушный теплообменник выполнен цилиндрическим, имеющим внутреннюю газовую трубу, и снабжен агрегатом обратного тока. Это упрощает конструкцию установки и ее производство.

Технический результат также достигается тем, что газо-воздушный теплообменник выполнен цилиндрическим с внутренней газовой трубой и имеет простую конструкцию, теплообменную поверхность общей площадью от 2 до 4 м² , что позволяет значительно упростить его производство и снизить затраты при производстве и эксплуатации для заданной тепловой мощности топки и стартер-генератора. Это упрощает конструкцию установки и ее производство при сохранении эффективности, достаточной для ее нормального функционирования.

Технический результат также достигается тем, что установка, в которой регулятор установлен в выходной части внутренней газовой трубы газовоздушного теплообменника позволяет простыми средствами регулировать процесс теплообмена и температуру на его выходе и на входе в расширительную машину, не нарушая газообмен через топку. Это упрощает конструкцию установки и ее производство при сохранении эффективности, достаточной для ее нормального функционирования.

Технический результат также достигается тем, что установка, в которой кран-переключатель установлен в подводящей магистрали воздушного тракта за расширительной машиной и выполнен с возможностью сообщения с окружающей средой позволяет наиболее простыми средствами обеспечить и облегчить пуск, выход на режим самораскрутки и работы под нагрузкой Это упрощает конструкцию установки и ее производство при сохранении эффективности, достаточной для ее нормального функционирования.

Технический результат также достигается тем, что установка, в которой компрессор и жестко связанная с ним общим валом приводная расширительная машина выполнены в виде единого агрегата - турбокомпрессора центробежного типа позволяет использовать турбокомпрессорные агрегаты центробежного типа массового производства, например автомобильные, эксплуатация которых не требует высокой квалификации персонала. Это упрощает производство установки, путем использования в ней стандартизированных агрегатов, и ее конструкцию, так как не требует индивидуального или специального производства наиболее сложного узла установки.

Технический результат также достигается тем, что установка, в которой компрессор и жестко связанная с ним общим валом приводная расширительная машина выполнены в виде объемных роторных машин, например трохоидного типа (компрессора и двигателя Ванкеля), это позволяет повысить выходной момент и стабилизировать его в широком диапазоне нагрузок при стабилизированной частоте вращения. Это упрощает конструкцию установки и ее производство, так как позволяет использовать при производстве производимые промышленностью стандартизованные агрегаты.

Технический результат также достигается тем, что установка, в которой электроагрегат выполнен в виде производимого промышленностью стандартизованного стартер-генератора, что вследствие упрощения производства конструкции электроагрегата при обеспечении запуска и выхода на рабочий режим через режим самораскрутки упрощает конструкцию установки и ее производство.

Технический результат также достигается тем, что установка, в которой агрегат обратного тока в цилиндрическом теплообменнике выполнен в виде патрубка направленного вниз позволяет повысить эффективность теплообмена при простейшей конструкции теплообменника путем увеличения пути воздуха при противоточном и обратном его движении между поверхностями внутренней газовой трубы и внешней цилиндрической поверхностью газо воздушного теплообменника. Это упрощает конструкцию установки и ее производство при достаточной для функционирования эффективности.

Технический результат также достигается тем, что установка, в которой патрубок направлен в низ под углом 5-25 градусов к вертикали так же позволяет улучшить теплообмен путем создания устойчивого вихревого движения между трубами. Это упрощает конструкцию установки при достаточной для функционирования эффективности.

На Фиг.1 схематично показано сечение установка с разрезом по теплообменнку. На Фиг.2 сечение по А-А Фиг.1.

Энергетическая установка для утилизациии отходов деревообработки с получением тепловой и электрической энергии содержит бункер для твердого топлива 1 с регулятором его расхода 2, топку 3, вертикальную дымовую трубу 4 с расположенным внутри газо-воздушным теплообменником 5, газовый 6 и воздушный 7 тракты, подводящую 8 и отводящую 9 воздушные магистрали, патрубок горячего воздуха 10; компрессор 13 и жестко связанную с ним общим валом 12 приводную расширительную машину 11 и электроагрегат 14 с системой управления 15, причем установка снабжена утилизатором тепла 16, расположенным в верхней части дымовой трубы 4, регулятором 17 и краном-переключателем 18, топка снабжена колосником 19 и устройством поддува воздуха 20, газовоздушный теплообменник 5 выполнен цилиндрическим, имеющим внутреннюю газовую трубу 21, и снабжен агрегатом обратного тока 22.

Газо-воздушный теплообменник 5 с внутренней газовой трубой 21 имеет теплообменную поверхность общей площадью от 2 до 4 м².

Установка содержит регулятор 17, который установлен в выходной части внутренней газовой трубы 21 газо-воздушного теплообменника 5 с возможностью регулирования движения потока горячих газов в нем.

Установка содержит кран-переключатель 18, который установлен в подводящей воздушной магистрали 8 воздушного тракта 7 за приводной расширительной машиной 11 и выполнен с возможностью сообщения с окружающей средой.

Установка содержит компрессор 13 и жестко связанную с ним общим валом 12 приводную расширительную машину 11, которые выполнены в виде единого агрегата - турбокомпрессора центробежного типа.

Установка содержит компрессор 13 и жестко связанную с ним общим валом 12 приводную расширительную машину 11, которые выполнены в виде объемных роторных машин. (На Фигурах не показаны).

Установка содержит электроагрегат 14, который выполнен в виде стартер-генератора, что позволяет упростить конструкцию установки и ее производство.

Установка содержит агрегат обратного тока 22, который служит для увеличения пути движения воздуха и выполнен в виде изогутого к низу патрубка 23 выход которого направленного вниз, причем патрубок направлен вниз под углом 5-25 градусов к вертикали, что позволяет улучшить теплообмен за счет увеличения пути и времени движения и нагрева воздуха в газо-воздушном теплоообменнике.

Установка работает следующим образом:

В бункер 1 закладывается порция отходов деревообработки (стружка, щепа, обрезки древесины, опилки). Производится росжиг топки 3 вручную, дистанционно или автоматически;

При выходе процесса горения на стабильный режим работы включается циркуляция теплоносителя (воздух, вода или антифриз) в утилизаторе тепла 16. Начинается производство тепловой энергии, которая направляется потребителям.

При достижении температуры газа в газовом тракте в зоне газовоздушного теплообменника 7 не ниже 800°С по команде системы управления 15 включается электроагрегат 14, выполненный в виде стартер-генератор 24 в режиме стартера и приводит во вращение вал турбокомпрессора;

При достижении частоты вращения вала компрессора 13 и жестко связанной с ним общим валом 12 приводной расширительной машины 11 и электроагрегата 14 с системой управления 15, составляющей до 30% от номинальной, стартер-генератор 24 по команде системы управления 15 отключается и переходит в режим свободного вращения. При этом воздух из атмосферы поступает на компрессор 13. Компрессор 13 создает повышенное давление в воздушном контуре установки, начинается подогрев воздуха в теплообменнике 5, который поступает на турбину (приводную расширительную машину 11). При этом происходит увеличение частоты вращения общего вала 12 компрессора 13 до номинальных оборотов;

При достижении ротором компрессора 13 100% от номинальной частоты вращения кран-переключатель 18 переключает поток воздуха в подводящую магистраль 8, а стартер-генератор 24 по команде системы управления 15 включается в режим генератора. Начинается выработка электроэнергии. На номинальном режиме работы установки тепло полученное от горения топлива нагревает отходящие газы в зоне расположения газо-воздушного теплообменника 5 до температуры от 800 до 1000°С. Далее газы поступают в утилизатор тепла 16 и теплоизолированную дымовую трубу 4 и поступают в окружающую среду. Тяга в теплоизолированном газовом тракте 6 создается за счет перепада температур в нем и разности плотностей воздуха из-за его нагрева. При расходе газа в газовом тракте 6 в пределах 13 кг в секунду. Расход при древесных отходов в час будет 1030 кг при различной их влажности.

Воздух из атмосферы поступает на компрессор 13, где сжимается до давления 1,63,.0 атмосферы, по подводящей воздушой магистрали 9 поступает во внутренний объем газо-воздушного теплообменника 5, где нагревается до температуры 550800°С. Далее по патрубку 10 поступает на расширительную машину 11, которая приводит в движение компрессор 13 и электроагрегат 14 через общий вал 12. По отводящей воздушной магистрали 8 воздух, при температуре 150250°С и давлении 1,051,1 атмосферы подается в устройство поддува воздуха 20 и далее в газовый тракт.

Электроагрегат на номинальном режиме вырабатывает 1,03,0 кВт электрической энергии.

В процессе работы установки при израсходовании топлива в бункере 1 твердого топлива производится периодическая дозагрузка дополнительной порции отходов деревообработки. Тепловая энергия, получаемая в процессе работы установки может использоваться для сушки отходов деревообработки

Электрическая энергия, получаемая в процессе работы установки используется для работы системы управления 15, привода управляющих элементов, подачи новой порции топлива в бункер 1, и может накапливаться в аккумуляторной батарее;

При понижении температуры воздуха в воздушном тракте перед турбиной ниже определенной величины система управления (15) переключает стартер-генератор в режим свободного хода, выработка электроэнергии прекращается. Поддержание рабочего процесса установки на номинальном режиме осуществляется управлением подачей топлива из бункера в топку с помощью регулятора 2.

Остановка работы установки производится прекращением подачи топлива в бункер.

Проведенные расчеты показали, что установка получается простой при изготовлении и достаточно эффективной для ее нормального функционирования. Таким образом достигается указанный технический результат.

1. Энергетическая установка для утилизации отходов деревообработки с получением тепловой и электрической энергии, содержащая бункер для твердого топлива с регулятором его расхода, топку, вертикальную дымовую трубу с расположенным внутри газовоздушным теплообменником, газовый и воздушный тракты, подводящую и отводящую воздушные магистрали, патрубок горячего воздуха; компрессор и жестко связанную с ним общим валом приводную расширительную машину и электроагрегат с системой управления, отличающаяся тем, что установка снабжена утилизатором тепла, расположенным в верхней части дымовой трубы, регулятором газовоздушного потока и краном-переключателем воздуха, топка снабжена колосником и устройством поддува воздуха, газовоздушный теплообменник выполнен цилиндрическим, имеющим внутреннюю газовую трубу, и снабжен агрегатом обратного потока воздуха.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что газовоздушный теплообменник с внутренней газовой трубой имеет теплообменную поверхность общей площадью от 2 до 4 м².

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что регулятор газовоздушного потока установлен в выходной части внутренней газовой трубы газовоздушного теплообменника.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что кран-переключатель установлен в подводящей магистрали воздушного тракта за расширительной машиной и выполнен с возможностью сообщения с окружающей средой.

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что компрессор и жестко связанная с ним общим валом приводная расширительная машина выполнены в виде единого агрегата-турбокомпрессора центробежного типа.

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что компрессор и жестко связанная с ним общим валом приводная расширительная машина выполнены в виде объемных роторных машин.

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что электроагрегат выполнен в виде стартер-генератора.

8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что агрегат обратного потока выполнен в виде патрубка, направленного вниз.

9. Установка по п.8, отличающаяся тем, что патрубок направлен в низ под углом 5-25° к вертикали.