МНОГОТОПЛИВНЫЙ АВТОНОМНЫЙ ИСТОЧНИК ТЕПЛОВОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 2011 года по МПК F02G5/02 C10J3/06 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для комбинированного тепло- и электроснабжения малых хозяйственных (в том числе удаленных) и социальных объектов (малых поселков, деревень, малых предприятий с ограниченным потреблением энергии и т.п.) с использованием местных возобновляемых топливных биоресурсов. В последние годы проблема развития малой энергетики становится все более актуальной, в том числе, в связи с истощением традиционных углеводородных источников энергии.

Известно устройство комбинированной стирлинг-установки для одновременного производства электроэнергии и тепла, включающей в себя двигатель Стирлинга с генератором на одном валу, систему охлаждения двигателя Стирлинга, имеющую в своем составе насос и теплообменник-охладитель, через который проходит магистраль подачи воздуха, систему внешнего теплоснабжения с теплообменником-утилизатором теплоты отработанных газов и теплообменником предварительного подогрева, через который система внешнего теплоснабжения связана с системой охлаждения двигателя Стирлинга, и магистраль отработанных газов /RU 2196243, F02G 5/02, 2003/. Однако устройство данной когенерационной установки не приспособлено к работе на местном топливе, имеет сложное конструктивное исполнение, связанное с использованием пара.

Известна когенерационная установка с двигателем Стирлинга на местном топливе, включающая в себя двигатель Стирлинга с электрогенератором на одном валу, систему охлаждения двигателя Стирлинга. Имеющую также в своем составе насос и теплообменник-охладитель, через который проходит магистраль подачи воздуха, систему внешнего теплоснабжения с теплообменником-утилизатором теплоты отработанных газов и теплообменником предварительного подогрева, через который система внешнего теплоснабжения связана с системой охлаждения двигателя Стирлинга, и магистраль отработанных газов. Отличительной особенностью известной установки является то, что она снабжена газогенератором, обеспечивающим производство генераторного газа из различных видов местного топлива, магистралью генераторного газа, соединяющей газогенератор с камерой сгорания двигателя Стирлинга, магистралью частичного возврата отработанных газов в камеру сгорания двигателя Стирлинга, насосом в системе внешнего теплоснабжения, обеспечивающим движение теплоносителя последовательно через теплообменник предварительного подогрева и теплообменник-утилизатор теплоты отработанных газов. При этом в качестве местного топлива может применяться древесина, торф и горючие сланцы /RU 53380, F02G 5/02, 2006/. Данная установка принята за прототип.

Прототип характеризуется невысоким кпд, а также повышенным загрязнением воздушной среды. Первый недостаток связан с потерями тепла, необходимого для нагрева азота воздуха. Второй недостаток связан с присутствием азота воздуха в высокотемпературных зонах процесса газификации.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение кпд установки и сокращение выбросов в атмосферу.

Для решения поставленной задачи, а также для достижения заявленного технического результата предлагается многотопливный автономный источник тепловой и электрической энергии с двигателем Стирлинга, включающий в себя двигатель Стирлинга с электрогенератором, систему охлаждения двигателя Стирлинга, имеющую в своем составе насос и теплообменник-охладитель, через который проходит магистраль подачи воздуха, систему внешнего теплоснабжения с теплообменником-утилизатором теплоты отработанных газов, магистраль отработанных газов. При этом устройство снабжено газогенератором, обеспечивающим производство генераторного газа из различных видов топлива, магистралью генераторного газа, соединяющей газогенератор с камерой сгорания двигателя Стирлинга, насосом в системе внешнего теплоснабжения, обеспечивающим движение теплоносителя через теплообменник-утилизатор теплоты отработанных газов. Отличительной особенностью предлагаемого источника энергии является то, что устройство дополнительно снабжено кислородным концентратором, оснащенным регулирующей арматурой и связанным, с одной стороны, с камерой сгорания газогенератора, а с другой стороны, через дополнительную регулирующую арматуру - с магистралью генераторного газа.

Дополнительно предлагается установку оснастить теплообменником предварительного подогрева воздуха, установленным на магистрали отработанных газов.

Оснащение источника тепловой и электрической энергии кислородным концентратором, связанным через регулирующую арматуру, с одной стороны, с камерой сгорания газогенератора, а с другой стороны, - с магистралью генераторного газа позволяет повысить кпд газификации за счет исключения потерь на нагрев азота воздуха, повысить энергоемкость получаемого газа за счет исключения азота из состава получаемого газа, а также повысить экологичность процессов газификации и сжигания газа за счет отсутствия азота воздуха в высокотемпературных зонах процесса газификации.

На чертеже представлена схема заявляемого устройства, где 1 - двигатель Стирлинга, 2 - редуктор, 3 - электрогенератор, 4 - насос, 5 - теплообменник-охладитель, 6 - магистраль подачи воздуха, 7 - теплообменник-утилизатор теплоты отработанных газов, 8 - магистраль отработанных газов, 9 - газогенератор, 10 - магистраль генераторного газа, 11 - насос внешнего теплоснабжения, 12 - теплообменник предварительного подогрева, 13 - кислородный концентратор, 14 и 15 - дополнительная регулирующая арматура.

Устройство работает следующим образом. Твердое топливо (древесная щепа, опилки, пеллеты из биомассы любого происхождения, угольная или сланцевая крошка) из расходного бункера через узел дозированной подачи топлива (на чертеже не показаны) поступает в высокотемпературный газогенератор 9. Процесс газогенерации происходит в керамической камере газогенератора 9 в условиях дозированной подачи кислорода от кислородного концентратора 13. Получаемый газ, обогащенный кислородом, поступающим от кислородного концентратора 13 через регулирующую арматуру 14, направляется в высокотемпературную камеру сгорания двигателя Стирлинга 1. Тепло, получаемое от сгорания газа, приводит в действие двигатель Стирлинга 1. Получаемая на двигателе Стирлинга 1 механическая энергия через редуктор 2 передается на электрогенератор 3. Электроэнергия с электрогенератора 3 подается потребителю. Дымовые газы из высокотемпературной камеры сгорания двигателя Стирлинга 1 охлаждаются в теплообменнике-утилизаторе тепла отработанных газов 7 водой от системы внешнего теплоснабжения.

Изобретение относится к энергетике. Многотопливный автономный источник тепловой и электрической энергии включает в себя двигатель Стирлинга с электрогенератором, систему охлаждения двигателя Стирлинга, систему внешнего теплоснабжения с теплообменником-утилизатором теплоты отработанных газов и насосом, магистраль отработанных газов, газогенератор, магистраль генераторного газа и кислородный концентратор. Система охлаждения двигателя Стирлинга имеет в своем составе насос и теплообменник-охладитель, через который проходит магистраль подачи воздуха. Газогенератор обеспечивает производство генераторного газа из различных видов топлива. Магистраль генераторного газа соединяет газогенератор с камерой сгорания двигателя Стирлинга. Насос в системе внешнего теплоснабжения обеспечивает движение теплоносителя через теплообменник-утилизатор теплоты отработанных газов. Кислородный концентратор оснащен регулирующей арматурой и связан, с одной стороны, с камерой газификации газогенератора, а с другой стороны, через дополнительную регулирующую арматуру с магистралью генераторного газа. На магистрали отработанных газов установлен теплообменник предварительного подогрева воздуха. Техническим результатом является повышение кпд и сокращение выбросов в атмосферу. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Многотопливный автономный источник тепловой и электрической энергии с двигателем Стирлинга, включающий в себя двигатель Стирлинга с электрогенератором, систему охлаждения двигателя Стирлинга, имеющую в своем составе насос и теплообменник-охладитель, через который проходит магистраль подачи воздуха, систему внешнего теплоснабжения с теплообменником-утилизатором теплоты отработанных газов, магистраль отработанных газов, при этом устройство снабжено газогенератором, обеспечивающим производство генераторного газа из различных видов топлива, магистралью генераторного газа, соединяющей газогенератор с камерой сгорания двигателя Стирлинга, насосом в системе внешнего теплоснабжения, обеспечивающим движение теплоносителя через теплообменник-утилизатор теплоты отработанных газов, отличающийся тем, что устройство дополнительно снабжено кислородным концентратором, оснащенным регулирующей арматурой и связанным, с одной стороны, с камерой газификации газогенератора, а с другой стороны, через дополнительную регулирующую арматуру с магистралью генераторного газа.

2. Источник энергии по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно оснащен теплообменником предварительного подогрева воздуха, установленным на магистрали отработанных газов.