Комбинированный двигатель теплофикации и способ его работы

 

Изобретение предназначено для использования в области энергетики. Комбинированный двигатель теплофикации состоит из котельной установки, газотурбинного двигателя твердого топлива, паросиловой установки и теплового насоса. Сжатый в компрессоре газотурбинного двигателя твердого топлива атмосферный воздух подогревается снаружи в камере-теплообменнике, помещенной в топке котельной установки, а отработанный горячий воздух после воздушной турбины направляется в поддувало топки котельной установки. Тепловой насос работает в режиме, когда отношение суммы тепла, получаемого горячим теплообменником и холодным теплообменником к теплу эквивалентному работе теплового насоса, максимальное. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области энергетики.

Преимущественная область использования производство горячей воды для целей теплофикации и охлажденного воздуха, используемого в холодильниках и морозильных камерах. Существующие тепловые электростанции (ТЭЦ), в которых тепло используется и для производства электроэнергии и для теплофикации используют тепло топлива на 70 - 80%. Прототипом изобретения может быть ТЭЦ, в которой цикл и схема теплофикационной установки с регенерацией указаны (см. А. И. Андрющенко Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок. 1968 г., стр. 82, рис. 2.33).

Сущность изобретения заключается в том, чтобы значительно увеличить коэффициент полезного действия (КПД) теплофикации за счет повышения теплотворности топливо-воздушной смеси, а также за счет использования солнечного тепла рассеянного в земной атмосфере.

На чертеже изображена кинематическая схема "комбинированного двигателя теплофикации", где 1 - котельная установка (КУ); 2 - воздушный компрессор газотурбинного двигателя твердого топлива (ГТДТТ), 3 - воздушная турбина ГТДТТ, 4 - теплообменник ГТДДТ, 5 - трубопровод, соединяющий выход (конфузор) воздушной турбины ГТДТТ с котельной установкой (КУ), 6 - устройство подачи органического топлива в котельную установку, 7 - паровая турбина высокого давления пара, 8 - паровая турбина низкого давления пара, 9 - теплообменник паросиловой установки (ПСУ) высокого давления пара, 10 - теплообменник ПСУ низкого давления пара, 112 - конденсатор мятого пара ПСУ, 12 - водяной насос низкого давления, 13 - теплообменник экономайзера ПСУ, 14 - регенерационный бак ПСУ, 15 - водяной насос высокого давления, 16 - воздушный компрессор теплового насоса (Тн), 17 - воздушная турбина (Тн), 18 - горячий теплообменник (Тн), 19 - теплообменник горячей воды, 20 - водяной насос теплофикации, 21 - морозильная камера.

Описание способа работы комбинированного двигателя теплофикации.

Установка на одном валу воздушного компрессора, воздушной турбины ГТДТТ, а также паровых турбин ПСУ, передающих вырабатываемую мощность тепловому насосу, воздушный компрессор и воздушная турбина которого также установлены на этом же валу, упрощает конструкцию двигателя.

Установка теплообменника ГТДТТ в топке котельной установки перед теплообменниками паросиловой установки, а также соединение выхода (конфузора) воздушной турбины ГТДТТ с поддувалом топочного устройства котельной установки обеспечивает циркуляцию теплового потока, что позволяет подавать в топку горячий воздух богатый кислородом и тем самым поднять температуру горения, увеличивая теплотворную способность органического топлива.

Тепловой насос, засасывая из атмосферы воздух стандартной температуры Тн= 280K, выбрасывает в морозильную камеру воздух с низкой температурой, тем самым утилизирует солнечное тепло, рассеянное в земной атмосфере.

Подтверждение сказанного элементарным термодинамическим расчетом Расчет ГТДТТ принимаем: где T3 - абсолютная температура горячего воздуха на входе в сопловой аппарат воздушной турбины ГТДТТ, c - КПД воздушного компрессора ГТДТТ, c= 0,83; p - КПД воздушной турбины ГТДТТ, p= 0,92; m - коэффициент, учитывающий изменение удельной теплоемкости воздуха, m= 1,02, где l - степень повышения давления (оптимальная) воздуха в воздушном компрессоре ГТДТТ; Qэ - тепло, эквивалентное полезной работе ГТДТТ,

где m - механический КПД ГТДТТ, m = 0,98

T2 - абсолютная температура горячего воздуха после сжатия в воздушном компрессоре ГТДТТ:

Qт - тепло, поглощаемое теплообменником ГТДТТ:
Qт = Cpт(T3-T2) = 0,27(1152o-560o) = 160 кк.

На основании первого закона термодинамики
Q4 - тепло, поступающее с горячим воздухом в топку котельной установки:
Q4 = Qа + Qа + Qт - Qэ;
Qа = CpTн = 0,24288 = 69 кк,
Q4 = 69 + 160 - 50,5 = 178,5 кк
Qmin - количество тепла, поступающее на теплообменники ПСУ.

Принимаем Qmin=270 кк;
Qmax = Qmin + Qт = 270 + 160 = 430 кк,
Qmax = Qсм + GQ4 - 63,
где 63 - потери тепла на реакцию горения и образования Qсм:
Qсм=580 кк при =1,05;
G - количество воздуха, поступающее в компрессор ГТДТТ:

Принимаем для ПСУ ПСУ= 0,4 , тогда КПД двигателя, ПСУ и ГТДТТ

Расчет КПД теплового насоса (Тн) тн :

где Qтн - тепло, эквивалентное работе, поглощаемой тепловым насосом;
Qат - тепло, отражаемое тепловым насосом из атмосферного воздуха,

где - степень повышения давления воздуха в воздушном компрессоре Тн;
- КПД сжатия воздуха в компрессоре Тн;
- КПД расширения воздуха в воздушной турбине Тн;
Qат=Cp(Тн - T'4),
где - абсолютная температура воздуха на выходе из сопла воздушной турбины Тн.

Принимаем

где - абсолютная температура воздуха на входе в сопловой аппарат воздушной турбины Тн.


Итоговый КПД комбинированного двигателя теплофикации кдт= кдтн= 0,562,055 = 1,15, т. е. при затраченных 580 кк тепла, получено 670 кк тепла для нагрева воды и холода для морозильных камер.


Формула изобретения

1. Комбинированный двигатель теплофикации, содержащий котельную установку с теплообменником газотурбинного двигателя, воздушную турбину и воздушный компрессор теплового насоса, отличающийся тем, что газотурбинный двигатель выполнен в виде газотурбинного двигателя твердого топлива и включает в себя воздушный компрессор, соединенный через теплообменник котельной установки с воздушной турбиной двигателя, в котельной установке установлена паросиловая установка с теплообменниками и паровой трубиной, а вал газотурбинного двигателя связан с валом теплового насоса и первой турбины.

2. Способ работы комбинированного двигателя теплофикации путем сжигания топлива и утилизации тепла атмосферного воздуха в тепловом насосе, отличающийся тем, что тепловой насос работает в режиме максимально возможного отношения суммарного тепла, отдаваемого теплообменником теплового насоса, к теплу, эквивалентному работе, потребляемой тепловым насосом при параметрах
nс = 0,8 - КПД воздушного компрессора теплового насоса;
nр = 0,9 - КПД воздушной турбины теплового насоса;
Тз = 315 К - температура воздуха на входе в воздушную турбину;
l = 1,4 - степень повышения давления.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетике и может найти широкое применение в любых отраслях промышленности и сельском хозяйстве для одновременного производства тепла, холода и механической (электрической) энергии при использовании в том числе и бросового среднепотенциального тепла: выхлопных газов ДВС, сфокусированных солнечных лучей, бытовой плиты и т.д

Изобретение относится к области энергетики

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено для одновременного получения электрической энергии, тепла и холода, а также может использоваться в качестве авторефрижераторных установок

Изобретение относится к энергетике и позволяет за счет использования солнечного тепла, рассеянного в земной атмосфере, значительно повысить КПД теплофикационно-холодильной станции

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах теплоснабжения промышленных, сельскохозяйственных, транспортных и бытовых объектов

Изобретение относится к области электрохолодильных систем объектов, функционирующих без связи с атмосферой

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к теплонасосным энергетическим установкам на базе вихревых и центробежных теплогенераторов

Изобретение относится к энергетике, в частности, к преобразованию низкопотенциальной тепловой энергии в электрическую

Изобретение относится к области теплоэнергетики и холодильной техники, конкретно к тепловым насосам и холодильным машинам

Изобретение относится к тепловым машинам, предназначенным для получения холода и тепла

Изобретение относится к холодильно-нагревательной технике и может быть использовано в технологии хранения и производства различных видов продуктов и веществ в промышленных и бытовых холодильно-нагревательных установках

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах теплоснабжения различных сфер народного хозяйства (промышленность, сельское хозяйство, оборонные, транспортные и бытовые объекты)

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к устройствам для нагрева жидкости, и может быть использовано в системах отопления зданий и сооружений, транспортных средств, подогрева воды для производственных и бытовых нужд, сушки сельхозпродуктов

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для получения значительного количества тепловой энергии, в частности для подогрева (непосредственно в трубопроводах) вязких жидкостей типа нефти с целью снижения вязкости и улучшения реологических свойств

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано как в системах отопления, так и в аппаратах нагрева широкого назначения

Изобретение относится к способам для разделения компонентов дымовых газов и может быть использовано для одновременного производства тепла, холода и электроэнергии, а также для получения жидкого диоксида углерода, в частности, в целях предотвращения выбросов диоксида углерода в атмосферу посредством его закачки в смеси с водой в глубинные пласты земной коры, например в дно морей и шельфы океанов

Изобретение относится к устройствам термостатирования биологических образцов, например, исследуемых методами магниторезонансной спектроскопии, и, в частности, может найти применение в технике импульсного ядерного магнитного резонса (ЯМР) для регулирования и поддержания температур образца в датчике ЯМР релаксометра-диффузометра

Комбинированный двигатель теплофикации и способ его работы, воздушный насос высокого давления

Наверх