Установка для выработки и использования электрической энергии

Авторы патента:

Техническое решение относится к установке для выработки и использования электрической энергии от источника низкопотенциального тепла, преимущественно на основе теплоносителя неиспользованных вторичных энергоресурсов и может быть востребовано в тепло и электроэнергетике.

Установка для выработки и использования электрической энергии от источника низкопотенциального тепла, характеризующаяся тем, что она содержит присоединенный к источнику системы низкопотенциального тепла теплообменник, сообщенную с теплообменником по замкнутому контуру трубопроводом смесевого негорючего озонобезопасного низкокипящего теплоносителя, расширительную машину, кинематически соединенную с электрогенератором и, сообщенное с расширительной машиной в технологической последовательности и подключенное к электрогенератору оборудование, представленное в виде конденсатора-теплообменника низкокипящего теплоносителя, воздушного конденсатора низкокипящего теплоносителя, холодильной машины низкокипящего теплоносителя и жидкостного насоса низкокипящего теплоносителя, причем конденсатор-теплообменник сообщен с теплообменником приема теплоносителя от системы низкопотенциального тепла.

Техническая задача - расширение функциональных возможностей по использованию низкопотенциального тепла, предпочтительно до 50°C и снижения давления перед расширительной машиной до двух раз, повышение эффективности работы генерирующих энергию объектов на основании собственного производства электрической энергии, увеличение снижения тепловых выбросов вторичных энергетических ресурсов в окружающую среду и способствование улучшению экологии, а также экономии недоиспользованной энергии и более полному использованию топливно-энергетических ресурсов. 1 п. ф-лы, 1 - ил.

Известна геотермальная электростанция с комбинированным циклом, содержащая сообщенные транспортирующими трубопроводами продуктивную скважину, сепаратор, турбогенератор и скважину закачки сепарата, связанную трубопроводом сепарата с сепаратором, при этом на трубопроводе сепарата размещены подогреватель и испаритель бинарного цикла выработки электроэнергии, включающего дополнительный турбогенератор, воздушный конденсатор и насос, сообщенные трубопроводами, заполненными органическим теплоносителем, при этом трубопровод сепарата снабжен запорным элементом. (RU, Пат. на Полезную модель 6205, кл. F03G 7/00, от 16.03.1998 г.)

Недостатком предложенного технического решения является излишне сложное его конструктивное исполнение и ограниченная возможность его применения, так как для обеспечения теплофикации необходим ввод в схему дополнительного водяного контура

Известен детандер-генераторный агрегат для производства электроэнергии при утилизации избыточного давления природного газа, транспортируемого в трубопроводах, установленных в промышленных и отопительных котельных и других предприятиях, на тепловых электростанциях, использующих природный газ как топливо, содержащий последовательно соединенные трубопровод высокого давления, теплообменник, детандер, кинематически соединенный с электрогенератором, при этом детандер снабжен первым и вторым компрессорами, электрически соединенными с электрогенератором, обводным трубопроводом, испарителем, дросселирующим устройством, тремя задвижками, причем вход первого компрессора соединен с выходом испарителя, вход которого через дросселирующее устройство соединен с выходом теплообменника, обводной трубопровод с расположенной на нем первой задвижкой соединяет выход первого компрессора со входом теплообменника, выход первого компрессора через вторую задвижку сообщен со входом второго компрессора, выход второго компрессора через третью задвижку соединен со входом теплообменника, выходной трубопровод второго компрессора и обводной трубопровод после задвижек объединены в один трубопровод, подсоединенный ко входу теплообменник. (RU, Пат. на ПМ 12434, кл. F01D 15/08, от 10.01.2000 г.).

Недостатком такой установки является отсутствие возможности получения тепловой энергии для обеспечения потребности в теплоснабжении и горячем водоснабжении промышленных и бытовых потребителей, недостаточная экономичность и эффективность в работе.

Известна автономная установка для тепло- и электроснабжения, содержащая последовательно соединенные трубопровод высокого давления, первый теплообменник, детандер, кинематически соединенный с электрогенератором, первый тепловой насос, подключенный к первому теплообменнику, компрессор теплового насоса электрически соединен с электрогенератором, при этом установка снабжена дополнительным тепловым насосом, вторым теплообменником, а каждый тепловой насос снабжен регенеративным теплообменником, охватывающим входную и выходную по хладагенту магистрали от испарительного теплового насоса, причем дополнительный тепловой насос подключен также к первому теплообменнику, испарители тепловых насосов подключены к источнику низкопотенциального тепла, а вход по греющей среде испарителя дополнительного теплового насоса соединен обводным трубопроводом с выходом компрессора первого теплового насоса, выход же по греющей среде испарителя дополнительного теплового насоса соединен обводным трубопроводом с входной магистралью регенеративного теплообменника первого теплового насоса, вход по греющей среде второго теплообменника через задвижку и регулятор соединен с выходом компрессора дополнительного теплового насоса, а выход по греющей среде второго теплообменника через задвижку соединен с входной по хладагенту магистралью регенеративного теплообменника. (RU, пат. на ПМ 14603, кл. F01D 15/08, от 10.08.2000 г.).

Недостаток такой установки - излишне сложное конструктивное исполнение, большая материалоемкость.

Известна парогазовая станция с дополнительной энергетической установкой для производства электроэнергии при использовании избыточного давления газа, транспортируемого в трубопроводах, содержащая последовательно соединенные трубопровод высокого давления, газотурбинную установку, кинематически соединенную с электрогенератором, паровой котел и паровую турбину, кинематически соединенную с электрогенератором, при этом станция дополнительно снабжена детандер-генераторным агрегатом и теплообменником, вход которого по греющей среде подсоединен к выходу газотурбинной установки, а выход по нагреваемой среде ко входу турбодетандера, выход турбодетандера соединен со входом в паровой котел. (RU, ПМ пат. 36126, кл. F01K 13/00 от 27.02.2004 г.).

Недостаток предложенного технического решения - большая материалоемкость, сложное конструктивное исполнение и недостаточно эффективно в работе.

Наиболее близким техническим решением является установка для выработки электрической и тепловой энергии, включающая котел, соединенный паропроводом с противодавленческой турбиной, связанной с электрогенератором, а также турбину низкокипящего теплоносителя, например бутана, связанную с электрогенератором и соединенную трубопроводами с испарителем низкокипящего теплоносителя и с конденсатором низкокипящего теплоносителя, и питательный насос низкокипящего теплоносителя, при этом установка дополнительно содержит теплофикационный бойлер, причем выхлоп противодавленческой турбины соединен паропроводами с теплофикационным бойлером и с испарителем низкокипящего теплоносителя, а между питательным насосом низкокипящего теплоносителя и испарителем низкокипящего теплоносителя установлен инжектор. (RU, ПМ 46046, кл. F01K 17/02, от 10.06.2005 г.).

Недостаток предложенного - малофункциональность его использования, применение низкокипящего теплоносителя, состоящего из горючих и взрывоопасных компонентов, ограничение использования теплового потока по температурам и давлениям.

Техническая задача предложенной установки - расширение функциональных возможностей по использованию низкопотенциального тепла, предпочтительно до 50°C и снижения давления перед расширительной машиной до двух раз, повышение эффективности работы генерирующих энергию объектов на основании собственного производства электрической энергии, увеличение снижения тепловых выбросов вторичных энергетических ресурсов в окружающую среду и способствование улучшению экологии, а также экономии недоиспользованной энергии и более полному использованию топливно-энергетических ресурсов.

Техническая задача обеспечивается тем, что установка для выработки и использования электрической энергии от источника низкопотенциального тепла, характеризующаяся тем, что она содержит присоединенный к источнику системы низкопотенциального тепла теплообменник, сообщенную с теплообменником по замкнутому контуру трубопроводом смесевого негорючего озонобезопасного низкокипящего теплоносителя, расширительную машину, кинематически соединенную с электрогенератором и, сообщенное с расширительной машиной в технологической последовательности и подключенное к электрогенератору оборудование, представленное в виде конденсатора-теплообменника низкокипящего теплоносителя, воздушного конденсатора низкокипящего теплоносителя, холодильной машины низкокипящего теплоносителя и жидкостного насоса низкокипящего теплоносителя, причем конденсатор-теплообменник сообщен с теплообменником приема теплоносителя от системы низкопотенциального тепла.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, где на фиг.1 - изображена установка для выработки и использования электрической энергии, вид в плане.

Установка для выработки и использования электрической энергии от источника низкопотенциального тепла, преимущественно на основе теплоносителя неиспользованных вторичных энергоресурсов, содержит подключенный к трубопроводу 1 системы теплоносителя низкопотенциального тепла теплообменник 2, вход 3 греющего и выход 3¹ теплоносителя неиспользованных вторичных энергоресурсов, выход 4¹ нагреваемого смесевого негорючего озонобезопасного низкокипящего теплоносителя, сообщенную с теплообменником 2 трубопроводом 5 смесевого негорючего озонобезопасного низкокипящего теплоносителя, расширительную машину 6, кинематически соединенную с электрогенератором 7 и, сообщенное с расширительной машиной 6 и расположенное по замкнутому контуру в технологической последовательности оборудование, представленное в виде конденсатора-теплообменника 8 низкокипящего теплоносителя со входом 9 и выходом 9¹ греющего низкокипящего теплоносителя и входом 10 и выходом 10¹ нагреваемого низкокипящего теплоносителя, воздушного конденсатора низкокипящего теплоносителя 11, и холодильной машины низкокипящего теплоносителя 12, причем в трубопровод 5 замкнутого контура, выходящий из холодильной машины 12, подключен жидкостной насос 13 низкокипящего теплоносителя, сообщенный трубопроводом со входом 10 нагреваемого низкокипящего теплоносителя конденсатора-теплообменника 8, сообщенного со входом 4 нагреваемого низкокипящего теплоносителя теплообменника 2. Использование тепловой энергии осуществляется по трубопроводу 14, а электроэнергии по электросети 15 и подключенное оборудование по электросети 16.

Работа установки для выработки и использования электрической энергии осуществляется следующим образом.

Поток теплоносителя вторичных энергоресурсов поступает по трубопроводу 1 к подключенному теплообменнику 2 приема на вход 3 греющего теплоносителя неиспользованных вторичных энергоресурсов для передачи тепловой энергии низкопотенциального теплоносителя, где поток отдает тепло, обеспечивая передачу тепловой энергии на выход 41 нагреваемого смесевого негорючего озонобезопасного низкокипящего теплоносителя и в виде перегретого пара низкокипящего теплоносителя под высоким давлением направляется по трубопроводу 5 в расширительную машину 6 кинематически соединенную с электрогенератором 7 для выработки электроэнергии, а из расширительной машины 6 отработавший пар низкого давления низкокипящего теплоносителя направляется на вход 9 греющего низкокипящего теплоносителя в конденсатор-теплообменник 8 низкокипящего теплоносителя для частичной конденсации встречным жидкостным потоком низкокипящего теплоносителя подаваемым на вход 10 нагреваемого низкокипящего теплоносителя в конденсатор-теплообменник 8, затем низкокипящий теплоноситель из выхода 91 греющего низкокипящего теплоносителя частично сконденсированного проходит через воздушный конденсатор 11 низкокипящего теплоносителя, преобразовываясь до состояния насыщенной жидкости и направляется в холодильную машину 12 низкокипящего теплоносителя для преобразования в жидкое состояние, а из холодильной машины жидкость по трубопроводу 5, подается жидкостным насосом 13 низкокипящего теплоносителя сообщенному с конденсатором-теплообменником, на вход 10 нагреваемого низкокипящего теплоносителя конденсатора-теплообменника 8 для преобразования жидкости в парожидкостное состояние, далее низкокипящий теплоноситель направляется на вход 4 нагреваемого низкокипящего теплоносителя в теплообменник 2 приема потока теплоносителя от системы неиспользованных вторичных энергоресурсов для преобразования в перегретый пар низкокипящего теплоносителя и осуществления замкнутого цикла выработки электрической энергии. Использование тепловой энергии осуществляется по трубопроводу 14, а электроэнергии по электросети 15 и подключенное оборудование по электросети 16.

Установка для выработки и использования электрической энергии обладает расширенными функциональными возможностями по использованию низкопотенциального тепла, предпочтительно до 50°C и снижения давления перед расширительной машиной до двух раз, повышение эффективности работы генерирующих энергию объектов на основании собственного производства электрической энергии, увеличение снижения тепловых выбросов вторичных энергетических ресурсов в окружающую среду и способствование улучшению экологии, а также экономии недоиспользованной энергии и более полному использованию топливно-энергетических ресурсов.

Установка для выработки и использования электрической энергии от источника низкопотенциального тепла, характеризующаяся тем, что она содержит присоединенный к источнику системы низкопотенциального тепла теплообменник, сообщенную с теплообменником по замкнутому контуру трубопроводом смесевого негорючего озонобезопасного низкокипящего теплоносителя расширительную машину, кинематически соединенную с электрогенератором, и сообщенное с расширительной машиной в технологической последовательности и подключенное к электрогенератору оборудование, представленное в виде конденсатора-теплообменника низкокипящего теплоносителя, воздушного конденсатора низкокипящего теплоносителя, холодильной машины низкокипящего теплоносителя и жидкостного насоса низкокипящего теплоносителя, причем конденсатор-теплообменник сообщен с теплообменником приема теплоносителя от системы низкопотенциального тепла.