Установка для получения электрической энергии
Установка для получения электрической энергии может быть использована для модернизации существующих котельных в мини-теплоэлектроцентраль. Для обеспечения при выходе установки на исходный рабочий режим плавного изменения частоты вращения вала детандера 2 и электрогенератора 3 в герметичном пароводяном контуре сборник конденсата 5 снабжен деаэрационной колонкой, соединенной обводным трубопроводом 13 через второй вентиль 12 с механическим вакуумным насосом 8. При открытом втором вентиле 12 вакуумный насос 8 откачивает в первую очередь воздух, растворенный в воде, кипящей в деаэрационной колонке, чем достигается плавное изменение величины разряжения за детандером 2. Пароводяной контур содержит также устройство для нагрева воды 1, конденсатор паров воды 4, дроссельный вентиль 7. Механический вакуумный насос 8 соединен через первый вентиль 9 с выходом 10 детандера и входом 11 конденсатора паров воды. В качестве устройства для нагрева воды могут быть использованы, например паровой котел или емкость с водой, обогреваемой внешним источником тепла.
Установка для получения электрической энергии относится к области теплоэнергетики, предназначена для одновременной выработки тепла и электроэнергии и может быть использована для модернизации существующих котельных в мини-ТЭЦ.
Известна электроэнергетическая установка, включающая, электрогенератор с преобразователем тока и злектроаккумулятор, пароводяной контур из парового котла с топочным устройством, паровой турбины, конденсатора паров воды, и сборника конденсата с дроссельным вентилем (Теоретические основы теплотехники. Литвин А.М., 1960, стр.184).
Недостатком установки является большой расход топлива, обусловленный высокими параметрами пара по давлению и температуре. Жесткие требования безопасности ограничивают область применения установки.
Известна комбинированная система для одновременного производства тепловой и электрической энергии на основе водогрейной котельной установки (патент РФ 
2261335, публ. 2005.09.27). Известная система включает водогрейный котел, систему теплоснабжения с сетевым насосом, линию подпиточной воды, проходящей через холодильник двигателя Стирлинга, электрогенератор, установленный на валу двигателя Стирлинга, промежуточный контур подогрева, проходящий через двигатель Стирлинга и состоящий из компрессора и теплообменника, расположенного в дымоходе котельной установки.
Недостатком системы является высокое давление промежуточного теплоносителя в теплообменниках двигателя Стирлинга, применение дорогостоящих материалов, что усложняет систему, повышает ее стоимость, повышает требования к квалификации персонала, ограничивая тем самым область применения.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой установке является электроэнергетическая установка (патент РФ 2342600, публ. 2005.12.10). Установка содержит электрогенератор с преобразователем тока и электроаккумулятор, герметичный пароводяной контур, включающий паровой котел с топочным устройством, паровую турбину - детандер, конденсатор паров воды, сборник конденсата с дроссельным вентилем, а также механический вакуумный насос, соединенный через вентиль с выходом детандера и входом конденсатора паров воды. Установка снабжена солнцеприемными панелями с баком-сборником антифриза и жидкостным насосом, а также встроенным теплообменником, размещенным в паровом котле. Установка компактна, автономна по потребляемой энергии, способна работать при низких потенциалах греющих сред (солнечное тепло летом и дополнительно к солнечному теплу топливо в виде дров зимой).
Недостатком известной установки являются резкие изменения мощности и напряжения в электрической сети, вызывающие сбои в работе электрооборудования и автоматики. Это связано со сложностью достижения полной герметичности участков пароводяного контура, работающих при разряжении. Вызванные этим притоки в пароводяной контур атмосферного воздуха уменьшают разность давлений на входе-выходе турбины - детандера. При этом падает частота вращения вала турбины-детандера, уменьшается мощность вырабатываемой электроэнергии. Для достижения необходимого разряжения в пароводяном контуре повторно включают механический вакуумный насос. При этом вместе с воздухом в атмосферу выбрасываются пары воды, и происходит резкое осушение участка трубопровода за детандером, что вызывает скачкообразное кратковременное увеличение числа оборотов вала турбины, и соответственно, резкие изменения мощности и напряжения в электрической сети.
Целью полезной модели является обеспечения плавного изменения частоты вращения вала детандера и, соответственно, электрогенератора при выходе на исходный рабочий режим, что повышает надежность работы установки.
Поставленная цель достигается тем, что в установке для получения электрической энергии, содержащей электрогенератор, герметичный пароводяной контур, включающий устройство для нагрева воды, например паровой котел или емкость с водой, обогреваемой внешним источником тепла, детандер, конденсатор паров воды, сборник конденсата с дроссельным вентилем, а также механический вакуумный насос, соединенный через первый вентиль с выходом детандера и входом конденсатора паров воды, сборник конденсата снабжен деаэрационной колонкой соединенной обводным трубопроводом через второй вентиль с механическим вакуумным насосом.
Наличие у сборника конденсата деаэрационной колонки, соединенной обводным трубопроводом через второй вентиль с механическим вакуумным насосом, позволяет откачивать воздух из пароводяного контура через деаэрационную колонку. При этом из системы удаляется в первую очередь воздух, растворенный в воде, что предотвращает резкое осушение участка трубопровода за детандером и обеспечивает плавный выход системы на исходный рабочий режим без резких изменений числа оборотов вала детандера и электрогенератора, скачков напряжения и частоты тока в электросети.
Схема установки для получения электрической энергии представлена на рисунке.
Замкнутый герметичный пароводяной контур установки содержит последовательно соединенные устройство 1 для нагрева воды, детандер 2, вал которого соединен с валом электрогенератора 3, конденсатор 4 паров воды, сборник конденсата 5 с деаэрационной колонкой 6, дроссельный вентиль 7. Механический вакуумный насос 8 соединен через первый вентиль 9 с выходом 10 детандера 2 и входом 11 конденсатора 4. Деаэрационная колонка 6 соединена через второй вентиль 12 обводным трубопроводом 13 с вакуумным насосом 8.
Установка работает следующим образом. В устройстве 1 для нагрева воды, которым может быть паровой котел, или емкость с водой, обогреваемой внешним источником тепла, или паровой агрегат, встроенный в каналы водогрейного котла, нагревается вода до температуры 50-90°С. Механическим вакуумным насосом 8 через открытый первый вентиль 9 откачивают воздух из герметичного пароводяного контура. Падение давления вызывает кипение воды в устройстве 1 для нагрева воды. В конденсаторе 4 происходит охлаждение паров воды окружающим воздухом (воздушный конденсатор) или проточной водой (водяной конденсатор) и их конденсация. Через сборник конденсата 5 и открытый дроссельный вентиль 7 вода поступает в устройство 1 для нагрева воды.
Конденсация паров воды вызывает движение потока пара от устройства 1 для нагрева воды к конденсатору 4 через детандер 2, вызывая вращение вала детандера, который, в свою очередь, вращает вал электрогенератора 3.
После выхода установки на рабочий режим первый вентиль 9 закрывают и открытием второго вентиля 12 механический вакуумный насос 8 переключают на магистраль 13, соединяющую его с деаэрационной колонкой 6.
Когда из-за подсоса атмосферного воздуха в пароводяной контур уменьшается разница давлений на входе 14 и выходе 10 детандера 2, уменьшается число оборотов вала детандера 4. Для увеличения разряжения на выходе детандера включают механический вакуумный насос 8, который при открытом втором вентиле 12 через магистраль 13 создает разряжение в деаэрационной колонке 6, вызывающее кипение воды, находящейся в ней, и удаление воздуха из воды.
Таким образом, для поддержания разряжения в пароводяном контуре из него удаляют в первую очередь воздух, растворенный в воде, что предотвращает резкий скачок разряжения на участке пароводяного контура между детандером и конденсатором. Это обеспечивает плавный выход системы на исходный рабочий режим без резких изменений числа оборотов вала детандера и, соответственно, электрогенератора, которое может вызвать сбои работы электрооборудования и автоматики.
Установка для получения электрической энергии, содержащая электрогенератор, герметичный пароводяной контур, включающий устройство для нагрева воды, например, паровой котел или емкость с водой, обогреваемой внешним источником тепла, детандер, конденсатор паров воды, сборник конденсата с дроссельным вентилем, а также механический вакуумный насос, соединенный через первый вентиль с выходом детандера и входом конденсатора паров воды, отличающаяся тем, что сборник конденсата снабжен деаэрационной колонкой, соединенной обводным трубопроводом через второй вентиль с механическим вакуумным насосом.
