ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2014 года по МПК F02G5/04 F02B63/06 F25B27/02 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к установкам для автономного электроснабжения, теплоснабжения, снабжения горячей водой, паром и хладоносителем для систем кондиционирования и холодильных камер потребителей и объектов, где отсутствуют возможности подачи тепловой, электрической энергии, горячей воды, пара и хладоносителя от внешних энергосистем.

Известна энергетическая установка для совместной выработки электрической и тепловой энергии, содержащая электрический генератор с приводом от двигателя внутреннего сгорания, имеющего системы охлаждения моторного масла, охлаждения блока цилиндров, наддува, газовыхлопа, каждая система имеет теплообменник-утилизатор теплоты, при этом система охлаждения моторного масла включена между первым выходом двигателя и его первым входом, система охлаждения блока цилиндров включена между вторым выходом и система наддува подсоединена к третьему входу двигателя, а система газовыхлопа подсоединена к третьему выходу двигателя, теплообменники-утилизаторы теплоты системы наддува и системы охлаждения моторного масла последовательно включены в систему охлаждения блока цилиндров двигателя, в которую между вторым выходом двигателя и ее теплообменником-утилизатором теплоты включен терморегулирующий клапан, имеющий один вход и два выхода, причем ко второму выходу двигателя подключен вход терморегулирующего клапана, а его первый выход соединен с теплообменником-утилизатором теплоты системы охлаждения блока цилиндров, при этом установка снабжена дополнительным теплообменником, включенным между теплообменниками-утилизаторами теплоты системы наддува и системы охлаждения блока цилиндров, между дополнительным теплообменником и теплообменником-утилизатором теплоты системы наддува включен циркуляционный насос, причем с теплообменником-утилизатором теплоты системы наддува соединен выход циркуляционного насоса, а с дополнительным теплообменником соединен его вход, к которому подключен второй выход терморегулирующего клапана, при этом дополнительный теплообменник снабжен системой принудительного охлаждения с приводом, снабженным блоком управления, соединенным с датчиком температуры системы охлаждения блока цилиндров. [Патент RU 2280777, опубликован 27.07.2006, БИ №21, авторы: Сайданов В.О., Агафонов А.Н. и др.]

Недостатком этой энергетической установки является ее низкая эффективность, утилизация теплоты, отводимой принудительной системой охлаждения, отсутствует возможность согласования режимов потребления тепловой и электрической энергии, особенно в летнее время.

Известна энергетическая установка, размещенная в помещении, содержащая электрический генератор и привод в виде двигателя внутреннего сгорания, установленные в помещении, системы охлаждения моторного масла, охлаждения блока цилиндров с циркуляционным насосом, наддува и газовыхлопа, каждая система имеет теплообменник-утилизатор теплоты, установка также снабжена теплообменником, включенным между теплообменниками-утилизаторами теплоты системы наддува и системы охлаждения блока цилиндров и снабженным вентилятором, содержащим крыльчатку с приводом, снабженным блоком управления, при этом установка содержит датчик температуры жидкости в системе охлаждения блока цилиндров, соединенный с блоком управления, теплообменник и крыльчатка вентилятора вынесены за пределы помещения в атмосферу, теплообменник установлен на опорной конструкции, снабженной в нижней части лопастями, выполненными с возможностью направления воздушного потока к теплообменнику, при этом датчик температуры размещен на входе циркуляционного насоса. [Патент RU 2396450 C1, F02G 5/04, F02B 63/06 опубликован 10.08.2010, БИ №23, авторы: Сайданов В.О., Антипов М.А. и др.]

Недостатком этой энергетической установки является низкая эффективность, утилизация теплоты, отсутствие возможности согласования режимов потребления тепловой и электрической энергии, в летнее и зимнее время, и незащищенность ее от аварийного выключения дизеля.

Техническим результатом является расширение функциональных возможностей и повышение КПД за счет обеспечения потребителей электроэнергией, теплом, горячей водой, паром и хладоносителем для систем кондиционирования и холодильных камер, а также обеспечения согласования режимов энергопотребления, в том числе при аварийном отключении газового двигателя и повышения степени утилизации тепловой энергии.

Технический результат достигается тем, что в энергетической установке, размещенной в помещении и подключенной к тепловой сети, магистрали водопроводной воды, электрической сети и сети аварийного электропитания, содержащей электрический генератор, двигатель внутреннего сгорания, системы охлаждения моторного масла с первым циркуляционным насосом, охлаждения блока цилиндров с байпасной магистралью и терморегулирующим клапаном, наддува и газовыхлопа с первой и второй электроуправляемыми задвижками, каждая система имеет теплообменники-утилизаторы теплоты, теплообменник, включенный между теплообменниками-утилизаторами теплоты системы наддува и системы охлаждения блока цилиндров, первый датчик температуры жидкости в системе охлаждения блока цилиндров, размещенный на входе первого циркуляционного насоса и соединенный с блоком управления, согласно изобретению двигатель внутреннего сгорания выполнен в виде газового дизеля, а теплообменник, включенный между теплообменниками-утилизаторами теплоты системы наддува и системы охлаждения блока цилиндров выполнен в виде первого теплообменника-утилизатора с промежуточным теплоаккумулирующим веществом, и дополнительно установлены экономайзер с контактным теплообменником подогрева воды, аккумуляторы теплоты, бойлер с контактным теплообменником подогрева воды паром и контактным теплообменником-утилизатором, а также установлены второй и третий циркуляционные насосы, водогрейный котел, теплообменник-подогреватель охлаждающей жидкости в системе охлаждения блока цилиндров, теплообменник-парогенератор, второй теплообменник-утилизатор с промежуточным теплоаккумулирующим веществом, абсорбционная холодильная установка с десорбером и испарителем, силовые аккумуляторы, выпрямитель и преобразователь напряжения, коммутационное устройство, блок программных модулей, три электроуправляемых крана, семь двухходовых электроуправляемых кранов, третья электроуправляемая задвижка, двухходовая электроуправляемая задвижка, второй и третий датчики температуры, магистрали горячей воды, пара и хладоносителя, подключенные к внешним сетям, байпасная линия, вход первого контура первого теплообменника-утилизатора с промежуточным топливоаккумулирующим веществом через первый двухходовой электроуправляемый кран соединен с выходом теплообменника-утилизатора теплоты системы охлаждения блока цилиндров и через байпасную линию соединен с выходом этого контура, который соединен с входом первого циркуляционного насоса, второй контур этого теплообменника-утилизатора с промежуточным топливоаккумулирующим веществом своим входом через второй двухходовой электроуправляемый кран соединен с тепловой магистралью на выходе экономайзера, а своим выходом - с тепловой магистралью и входом второго контура, выход экономайзера через второй двухходовой электроуправляемый кран соединен с входом второго контура теплообменника-утилизатора системы охлаждения блока цилиндров, теплообменник-подогреватель охлаждающей жидкости включен в байпасную магистраль системы охлаждения блока цилиндров после терморегулирующего клапана, водогрейный котел включен параллельно теплообменнику-подогревателю охлаждающей жидкости и тепловой магистрали с третьим и четвертым двухходовыми электроуправляемыми кранами, которые установлены на входе и выходе водогрейного котла и первого электроуправляемого крана, установленного на тепловой магистрали между точками подключения водогрейного котла, теплообменник-парогенератор подключен первым контуром через первую электроуправляемую задвижку в систему газовыхлопа перед теплообменником-утилизатором, вход второго контура через третий циркуляционный насос соединен с бойлером, а его выход через третью двухходовую электроуправляемую задвижку соединен с контактным теплообменником подогрева воды паром в бойлере и через магистраль пара подключен к внешней сети, а бойлер через второй электроуправляемый кран и магистраль водопроводной воды подключен к внешней водопроводной сети, через третий электроуправляемый кран и магистраль горячей воды - к внешней сети горячей воды, через пятый двухходовой электроуправляемый кран - к внешней тепловой сети, вход контактного теплообменника-утилизатора бойлера соединен с тепловой магистралью и входом десорбера абсорбционной холодильной установки, выход которой через шестой двухходовой электроуправляемый кран соединен с входом тепловой магистрали перед экономайзером, второй теплообменник-утилизатор с промежуточным теплоаккумулирующим веществом по первому контуру соединен параллельно теплообменнику-парогенератору системы газовыхлопа с помощью третьей электроуправляемой задвижки, а по второму контуру - седьмым двухходовым электроуправляемым краном с тепловой магистралью перед теплообменником-утилизатором теплоты системы газовыхлопа, выход первого контура системы газовыхлопа соединен с входом контактного теплообменника-подогревателя воды в экономайзере, выход которого соединен с атмосферой, причем абсорбционная холодильная установка испарителем через магистраль хладоносителя соединена с внешней сетью хладоносителя, второй датчик температуры установлен в системе охлаждения блока цилиндров перед терморегулирующим клапаном, третий датчик температуры установлен на тепловой магистрали после теплообменника-утилизатора системы газовыхлопа, датчики температуры, электроуправляемые краны, двухходовые электроуправляемые краны, электроуправляемые задвижки, двухходовая электроуправляемая задвижка, коммутационное устройство, блок программных модулей соединены с блоком управления, а также силовые аккумуляторы через выпрямитель и преобразователь напряжения соединены с коммутационным устройством и через него соединены с электрическим генератором, внешней электрической сетью и сетью аварийного электропитания.

Выполнение двигателя внутреннего сгорания в виде газового дизеля, дополнительной установки экономайзера с контактным теплообменником подогрева воды и аккумулятором теплоты, бойлера с контактным теплообменником подогрева воды паром и аккумулятором теплоты, водогрейного котла, теплообменника-парогенератора, теплообменника-утилизатора с промежуточным теплоаккумулирующим веществом, абсорбированной холодильной установки, силовых аккумуляторов, выпрямителя и преобразователя напряжения, коммутационного устройства и блока программных модулей расширяет функциональные возможности энергетической установки, повышает степень утилизации теплоты, эффективность работы установки и согласование режимов энергопотребления по сезонам года.

На фигуре изображена принципиальная схема энергетической установки.

Энергетическая установка подключена к внешней электрической сети 1 и тепловой магистралью 2 к внешней тепловой сети, размещена в помещении и содержит электрический генератор 3, газовый дизель 4 с системой охлаждения моторного масла 5, системой охлаждения блока цилиндров 6, байпасной магистралью 7, терморегулирующим клапаном 8 и первым циркуляционным насосом 9, системами наддува 10 и газовыхлопа 11 с первой 12 и второй 13 электроуправляемыми задвижками, теплообменники-утилизаторы теплоты 14, 15, 16, 17, первый теплообменник-утилизатор 18 с промежуточным топливоаккумулирующим веществом, первый датчик температуры 19 охлаждающей жидкости в системе охлаждения, блок управления 20. В энергетической установке дополнительно установлены теплообменник-подогреватель охлаждающей жидкости 21, экономайзер 22, контактный теплообменник подогрева воды 23 и бойлер 24 с контактным теплообменником подогрева воды паром 25 и контактным теплообменником-утилизатором 26, аккумуляторы теплоты 27, 28, второй 29 и третий 30 циркуляционные насосы, водогрейный котел 31, теплообменник-парогенератор 32, второй теплообменник-утилизатор 33 с промежуточным теплоаккумулирующим веществом, абсорбционная холодильная установка 34 с десорбером 35 и испарителем 36, силовые аккумуляторы 37, коммутационное устройство 38, электроуправляемые краны 39, 40, 41, двухходовые электроуправляемые краны 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, третья электроуправляемая задвижка 49, двухходовая электроуправляемая задвижка 50, второй 51 и третий 52 датчики температуры, магистраль горячей воды 53, магистраль пара 54, магистраль водопроводной воды 55 и магистраль хладоносителя 56, байпасная линия 57, блок программных модулей 58, выпрямитель напряжения 59, преобразователь напряжения 60, сеть аварийного электропитания 61.

Энергетическая установка работает с семью режимами функционирования:

- режим функционирования №1 - запуска и прогрева газопоршневого дизеля (в работе участвуют газовый дизель 4, коммутационное устройство 38, блок управления 20, блок программных модулей 58, электрический генератор 3, первая электроуправляемая задвижка 12, третья электроуправляемая задвижка 49, вторая электроуправляемая задвижка 13, система охлаждения блока цилиндров 6, первый циркуляционный насос 9, терморегулирующий клапан 8, байпасная магистраль 7, теплообменник-подогреватель охлаждающей жидкости 21, теплообменники-утилизаторы теплоты 14, 16, тепловая магистраль 2, водогрейный котел 31, двухходовые электроуправляемые краны 44, 45, первый датчик температуры 19 охлаждающей жидкости в системе охлаждения);

- режим функционирования №2 - совместная выработка электрической энергии, тепловой энергии на нужды отопления, горячего водоснабжения и генерации пара в отопительный сезон (в работе участвуют газовый дизель 4, коммутационное устройство 38, блок управления 20, блок программных модулей 58, генератор 3, тепловая магистраль 2, система охлаждения моторного масла 5, система охлаждения блока цилиндров 6, терморегулирующий клапан 8, первый циркуляционный насос 9, система наддува 10, система газовыхлопа 11, первая 12 и вторая 13 электроуправляемые задвижки, теплообменники-утилизаторы теплоты 14, 15, 16, 17, первый датчик температуры 19 охлаждающей жидкости, экономайзер 22, контактный теплообменник подогрева воды 23 и бойлер 24, контактный теплообменник подогрева воды паром 25, аккумуляторы теплоты 27, 28, третий 30 циркуляционный насос, теплообменник-парогенератор 32, электроуправляемые краны 40, 41, третья электроуправляемая задвижка 49, третья двухходовая электроуправляемая задвижка 50, второй 51 и третий 52 датчики температуры, магистраль горячей воды 53, магистраль пара 54, магистраль водопроводной воды 55, выпрямитель напряжения 59);

- режим функционирования №3 - отопительного сезона при совместной выработке электрической энергии, тепловой энергии на нужды отопления, горячего водоснабжения и генерации пара при избытке теплоты (в работе участвуют блок управления 20, теплообменник-парогенератор 32, второй теплообменник-утилизатор с промежуточным теплоаккумулирующим веществом 33, первый теплообменник-утилизатор с промежуточным теплоаккумулирующим веществом 18, газовый дизель 4, первый датчик температуры 19, первый циркуляционный насос 9, третий датчик температуры 52, третья электроуправляемая задвижка 49, второй электроуправляемый кран 40, система охлаждения блока цилиндров 6, второй циркуляционный насос 29, третья двухходовая электроуправляемая задвижка 50);

- режим функционирования №4 - совместной выработки электрической энергии, тепловой энергии на нужды отопления, горячего водоснабжения и генерации пара при недостатке теплоты и аномально низких температурах атмосферного воздуха (в работе участвуют теплообменники-утилизаторы 18 и 37 с промежуточным теплоаккумулирующим веществом, первый 19 и третий 52 датчики температуры, первый электроуправляемый кран 39, топливная магистраль 2, водогрейный котел 31, силовые аккумуляторы 37, система охлаждения блока цилиндров 6, двухходовые электроуправляемые краны 43, 44, 45, 48, первая электроуправляемая задвижка 12, второй циркуляционный насос 29, второй электроуправляемый кран 40, третья электроуправляемая задвижка 49);

- режим функционирования №5 - для нужд кондиционирования и холодильных камер при отключенной внешней тепловой сети для совместной выработки электрической энергии, тепловой энергии на нужды горячего водоснабжения, генерации пара и охлаждения хладоносителя (в работе участвуют тепловая магистраль 2, второй циркуляционный насос 29, теплообменники-утилизаторы теплоты 15 и 17, контактный теплообменник-утилизатор 26, бойлер 24, контактный теплообменник подогрева воды 23, экономайзер 22, абсорбционная холодильная установка 34, испаритель 36, магистраль хладоносителя 56, система охлаждения блока цилиндров 6, байпасная магистраль 7, терморегулирующий клапан 8, система газовыхлопа 11, десорбер 35, двухходовые электроуправляемые краны 43, 46, 47, 48);

- режим функционирования №6 - аварийного снабжения потребителей электричеством, теплом системы отопления и горячего водоснабжения в отопительный сезон (в работе участвуют блок управления 20, газовый дизель 4, силовые аккумуляторы 37, преобразователь напряжения 60, коммутационное устройство 38, электрическая сеть 1, первый циркуляционный насос 9, бойлер 24, аккумулятор теплоты 28, тепловая магистраль 2, первая 12 и вторая 13 электроуправляемые задвижки, теплообменники-утилизаторы 18 и 33 с промежуточным теплоаккумулирующим веществом, экономайзер 22, бойлер 24, аккумуляторы теплоты 27, 28, водогрейный котел 31, электроуправляемые краны 40, 41, двухходовые электроуправляемые краны 43, 47, третья электроуправляемая задвижка 49, двухходовая электроуправляемая задвижка 50, магистраль горячей воды 53, магистраль водопроводной воды 55);

- режим функционирования №7 - аварийного обеспечения при отключенной внешней тепловой сети в отопительный сезон потребителей электрической энергией и охлаждения хладоносителя для кондиционирования и холодильных камер (в работе участвуют блок управления 20, блок программных модулей 58, газовый дизель 4, силовые аккумуляторы 37, преобразователь напряжения 60, коммутационное устройство 38, электрическая сеть 1, бойлер 24, аккумуляторы теплоты 27 и 28, тепловая магистраль 2, экономайзер 22, контактный теплообменник-утилизатор 26, бойлер 24, десорбер 35, абсорбционная холодильная установка 34, теплообменники-утилизаторы 18 и 33 с промежуточным теплоаккумулирующим веществом, теплообменники-утилизаторы теплоты 15, 17, водогрейный котел 31, испаритель 36, электроуправляемый кран 39, магистраль хладоносителя 56).

Режимы и программы функционирования энергетической установки задаются блоком управления 20 и блоком программных модулей 58 и поддерживаются в автоматическом режиме блоком управления 20. В соответствии с показаниями первого 19, второго 51 и третьего 52 датчиков температуры (с учетом режимов и программ функционирования), блок управления 20, открывая двухходовые электроуправляемые краны 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, открывает и закрывает электроуправляемые краны 39, 40, 41, электроуправляемые задвижки 12, 13, 49, переводит двухходовую электроуправляемую задвижку 50, включает и выключает циркуляционные насосы 9, 29, 30, управляет коммутационным устройством 38, подключает через коммутационное устройство 38 силовые аккумуляторы 37 через выпрямитель напряжения 59 на заряд от электрического генератора 3 или через преобразователь напряжения 60 на разряд от внешней сети аварийного электропитания.

Возможен автоматический переход с режима на режим.

Режим функционирования №1 работает следующим образом.

При запуске и прогреве газового дизеля 4 коммутационное устройство 38 по команде блока управления 20 отключает электрический генератор 3. При этом электроуправляемые задвижки 12 и 49 закрыты, открыта электроуправляемая задвижка 13 и отработанные газы газового дизеля 4 по магистрали газовыхлопа 11 выбрасываются в атмосферу. В системе охлаждения блока цилиндров 6 включен первый циркуляционный насос 9, закрыт первый выход и соответственно открыт второй выход терморегулирующего клапана 8 и вся жидкость системы охлаждения блока цилиндров 6 после газового дизеля 4 по байпасной магистрали 7 через теплообменник-подогреватель охлаждающей жидкости 21 поступает на вход первого циркуляционного насоса 9, который подает ее через теплообменники-утилизаторы теплоты 16 и 14 на вход газового дизеля 4. При этом в тепловой магистрали 2 второй теплообменник-утилизатор теплоты 15 и теплообменник-утилизатор 18 с промежуточным теплоаккумулирующим веществом отключены. При необходимости ускорения прогрева газового дизеля 4 блок управления 20 подключает водогрейный котел 31 на пониженную производительность и через двухходовые электроуправляемые краны 44 и 45 подключают водогрейный котел 31 к теплообменнику-подогревателю охлаждающей жидкости 21. В процессе прогрева газового дизеля 4 после регистрации первым датчиком температуры 19 температуры выше нижнего предела, установленного предприятием-изготовителем (например, 75°С) на входе в первый циркуляционный насос 9, по команде блока управления 20 энергетическая установка переходит в режим функционирования №2.

Режим функционирования №2 работает следующим образом.

Блок управления 20 и коммутационное устройство 38 включает электрический генератор 3 и подключает его к внешней электрической сети 1. Электроуправляемая задвижка 12 открыта, а электроуправляемые задвижки 13 и 49 закрыты, отработанные газы газового дизеля 4 по магистрали газовыхлопа 11 поступают в теплообменник-парогенератор 32, теплообменник-утилизатор теплоты 17, контактный теплообменник- подогреватель воды 23, экономайзер 22, где охлаждаются и выбрасываются в атмосферу. В теплообменнике-парогенераторе 32 отработавшие газы в режиме противотока подогревают и испаряют воду, которая подается третьим циркуляционным насосом 30 из бойлера 24. Полученный пар через двухходовую электроуправляемую задвижку 50 поступает в контактный теплообменник-подогреватель воды 25 в бойлере 24 или через магистраль подачи пара 54 подается к потребителю. Одновременно нагревается вода в бойлере 24, экономайзере 22 и в тепловой магистрали 2 и внешней тепловой сети. Аккумуляторы теплоты 27 и 28 в экономайзере 22 и бойлере 24 накапливают тепловую энергию. В системе охлаждения блока цилиндров 6 открыт первый и соответственно закрыт второй выход терморегулирующего клапана 8 и вся жидкость системы охлаждения блока цилиндров 6 поступает в теплообменник-утилизатор теплоты 15, где охлаждается и нагревает теплоноситель в тепловой магистрали 2 внешней тепловой сети. Охлажденная жидкость через двухходовой электроуправляемый кран 42 поступает на вход первого циркуляционного насоса 9 и подается последовательно в теплообменники-утилизаторы теплоты 16 и 14, где охлаждается поступающий из системы наддува 10 сжатый в агрегате наддува (на чертеже не показан) наддувочный воздух, и охлаждает выходящее из газового дизеля 4 в систему охлаждения 5 моторное масло, после чего поступает на вход газового двигателя 4. Теплообменник-утилизатор теплоты 15 тепловой магистралью 2 подключен к внешней тепловой сети потребителей теплоты. При этом охлажденная вода внешней тепловой сети проходит последовательно по тепловой магистрали 2 через экономайзер 22, теплообменники-утилизаторы теплоты 15 и 17, где нагревается до расчетной температуры внешней тепловой сети, отбирая тепло последовательно от контактного теплообменника подогрева воды 23 в экономайзере 22, теплообменников-утилизаторов теплоты 15 и 17. Температура теплоносителя внешней тепловой сети контролируется третьим датчиком температуры 50. Подогретая в бойлере 24 вода подается через третий электроуправляемый кран 41 в магистраль горячей воды 53, а из нее во внешнюю сеть горячего водоснабжения, водопроводная вода поступает в бойлер 24 из внешней водопроводной сети через магистраль водопроводной воды 55 и второй электроуправляемый кран 40. Аккумулятор теплоты 27 в экономайзере 22 и аккумулятор теплоты 28 в бойлере 24 накапливают тепловую энергию и обеспечивают стабилизацию режима потребителя теплоты на нужды отопления при кратковременных изменениях расчетного режима потребления электрической и тепловой энергии, а также пара и горячей воды. Таким образом, энергетическая установка вырабатывает электрическую энергию, тепловую энергию на нужды отопления и горячего водоснабжения, генерирует пар и обеспечивает утилизацию теплоты. При изменении расчетного режима работы потребителей теплоты (уменьшение теплоотвода), когда уменьшается расход или увеличивается температура теплоносителя внешней тепловой сети, контролируемая третьим датчиком температуры 52 до значений, не обеспечивающих нормальное охлаждение жидкости системы охлаждения блока цилиндров 6, и начинает увеличиваться температура жидкости на выходе из газового дизеля 4, контролируемая вторым датчиком температуры 51, режим работы энергетической установки изменяется. После достижения температурой жидкости значения верхнего предела, установленного предприятием-изготовителем (например, 95°С) по показаниям второго датчика температуры 51 или температуры теплоносителя внешней тепловой сети (например, 90°С) по показаниям третьего датчика температуры 52, энергетическая установка переходит в режим функционирования №3.

Режим функционирования №3 работает следующим образом.

По командам блока управления 20 открывается третья электроуправляемая задвижка 49 и параллельно теплообменнику-парогенератору 32 подключается второй теплообменник-утилизатор с промежуточным теплоаккумулирующим веществом 33, в котором отработавшие газы частично охлаждаются, отведенная от отработавших газов теплота накапливается в промежуточном теплоаккумулирующем веществе. С помощью первого двухходового электроуправляемого крана 42 включается в систему охлаждения блока цилиндров 6 первый теплообменник-утилизатор с промежуточным теплоаккумулирующим веществом 18, в котором температура охлаждающей жидкости уменьшается. Отведенная от охлаждающей жидкости теплота аккумулируется в промежуточном теплоаккумулирующем веществе. Аналогичным образом работает энергетическая установка при увеличении потребления электрической энергии в вечернее время (суточная неравномерность энергопотребления), что приводит к увеличению мощности газового дизеля 4, увеличению температуры отработавших газов и температуры охлаждающей жидкости на выходе из газового дизеля 4. В процессе охлаждения жидкости в системе охлаждения блока цилиндров 6 после регистрации первым датчиком температуры 19 на входе в первый циркуляционный насос 9 температуры ниже нижнего предела, установленного предприятием-изготовителем (например, 75°С), по команде блока управления 20 энергетическая установка переходит в режим функционирования №2.

Режим функционирования №2 работает следующим образом. При изменении расчетного режима работы потребителей теплоты (увеличении теплоотвода), когда увеличивается расход или уменьшается температура теплоносителя внешней тепловой сети, контролируемая третьим датчиком температуры 52, до значений, не обеспечивающих нормальное охлаждение жидкости системы охлаждения блока цилиндров 6, начинает уменьшаться температура жидкости на входе в первый циркуляционный насос 9, контролируемая первым датчиком температуры 19. После достижения температурой жидкости значения ниже нижнего предела, установленного предприятием-изготовителем (например, 75°С) по показаниям второго датчика температуры 51, или температурой теплоносителя внешней тепловой сети (например, 65°С) по показаниям третьего датчика температуры 52, энергетическая установка переходит в режим функционирования №4.

Режим функционирования №4 работает следующим образом.

Дополнительно к устройствам, задействованным в режиме функционирования №2, с помощью второго и седьмого двухходовых электроуправляемых кранов 43 и 48 в тепловую магистраль 2 последовательно подключают вторые контуры теплообменников- утилизаторов с промежуточным теплоаккумулирующим веществом 18 и 33, в которых жидкость дополнительно подогревается, отбирая теплоту, накопленную промежуточным теплоаккумулирующим веществом. В случае аномально низких температур окружающего воздуха, когда повышается теплоотвод во внешних тепловых сетях, или аномально низком электропотреблении электрической энергии температура теплоносителя во внешней тепловой сети, которая контролируется третьим датчиком температуры 50, понижается ниже нижнего предела, установленного предприятием-изготовителем (например, 65°С), с помощью третьего и четвертого двухходовых электроуправляемых кранов 44 и 45 и первого электроуправляемого крана 39 в тепловую магистраль 2 подключают водогрейный котел 31, где жидкость дополнительно подогревают. При аномальном низком потреблении электрической энергии подключаются на подзарядку силовые аккумуляторы 37. В процессе прогрева жидкости температура в тепловой магистрали 2, контролируемая третьим датчиком температуры 52, повышается. Одновременно повышается температура охлаждающей жидкости в системе охлаждения блока цилиндров 6. После достижения температурой жидкости в тепловой магистрали 2 значения выше нижнего предела, установленного предприятием-изготовителем (например, 65°С), по показаниям третьего датчика температуры 52, температуры жидкости в системе охлаждения блока цилиндров 6 выше предела, установленного заводом-изготовителем (например, 75°С), по показаниям первого датчика температуры 19, энергетическая установка переходит в режим функционирования №5.

Режим функционирования №5 работает следующим образом (устанавливается блоком управления 20, включается и выключается автоматически).

Когда заканчивается отопительный сезон тепловая магистраль 2 отключается от внешней тепловой сети с помощью пятого и шестого двухходовых электроуправляемых кранов 46 и 47. При этом создается замкнутый циркуляционный контур, включающий тепловую магистраль 2 с последовательно включенным экономайзером 22, второй двухходовой электроуправляемый кран 43, теплообменник-утилизатор теплоты 15 системы охлаждения блока цилиндров 6, работающий второй циркуляционный насос 29, седьмой двухходовой электроуправляемый кран 48, теплообменник-утилизатор теплоты 17 системы газовыхлопа 11, пятый двухходовой электроуправляемый кран 46, а также контактный теплообменник 26 в бойлере 24, десорбер 35 абсорбционной холодильной установки 34, шестой двухходовой электроуправляемый кран 47. При этом тепло, отбираемое от теплообменников-утилизаторов теплоты 15 и 17, контактного теплообменника 26 в бойлере 24 и контактного теплообменника 23 в экономайзере 22 в абсорбционной холодильной установке 34, используется для охлаждения хладоносителя в испарителе 36. Магистраль хладоносителя 56 соединена с внешними потребителями холода. Остальные системы и устройства работают аналогично описанным режимам функционирования №1, №2, №3, №4. В режиме функционирования №4 водогрейный котел 31 не включается.

Режим функционирования №6 работает следующим образом.

При аварийной остановке газового дизеля 4 энергетическая установка некоторое время обеспечивает аварийное снабжение потребителей электрической энергией, теплом системы отопления и горячего водоснабжения. Аварийное электроснабжение обеспечивается от силовых аккумуляторов 37 через преобразователь напряжения 60 и коммутационное устройство 38. Электрическая сеть 1 подключается к сети аварийного электропитания 61. При этом вторая электроуправляемая задвижка 13 открывается, первая и третья электроуправляемые задвижки 12 и 49 закрываются, третий циркуляционный насос 31 выключается, температура воды в бойлере 24 поддерживается теплом, накопленным аккумулятором теплоты 28, подогретая в бойлере 24 вода поступает через третий электроуправляемый кран 41 в магистраль горячей воды 53, а из нее во внешнюю сеть горячего водоснабжения, водопроводная вода поступает в бойлер 24 из внешней водопроводной сети через магистраль водопроводной воды 55 и второй электроуправляемый кран 40.

Температура во внешней тепловой сети поддерживается за счет того, что охлажденная вода внешней тепловой сети по тепловой магистрали 2 проходит через шестой двухходовой электроуправляемый кран 47 в экономайзер 22, где подогревается теплом, запасенным аккумулятором теплоты 27, далее через второй двухходовой электроуправляемый кран 43, поступает в первый теплообменник-утилизатор с промежуточным теплоаккумулирующим веществом 18, где подогревается теплом, запасенным теплоаккумулирующим веществом, через третий и четвертый двухходовые электроуправляемые краны 44 и 45, первый электроуправляемый кран 39 проходит через включенный водогрейный котел 31, где подогревается дополнительно, далее через седьмой двухходовой электроуправляемый кран 46 поступает во второй теплообменник-утилизатор с промежуточным теплоаккумулирующим веществом 33, где жидкость дополнительно подогревается теплом, накопленным теплоаккумулирующим веществом, через пятый двухходовой электроуправляемый кран 46 подогретая вода поступает во внешнюю тепловую сеть. После разрядки аккумулятора теплоты 27 в экономайзере 22, теплоаккумулирующего вещества в теплообменниках-утилизаторах 18 и 33, охлажденная вода внешней тепловой сети подогревается в водогрейном котле 31. После разрядки аккумулятора теплоты 28 в бойлере 24 во внешнюю сеть горячей воды поступает вода с температурой воды водопроводной сети. При этом прекращается подача воды во внешнюю сеть горячей воды.

Режим функционирования №7 работает следующим образом.

При аварийной остановке газового дизеля 4 энергетическая установка некоторое время обеспечивает аварийное снабжение потребителей электрической энергией и хладоносителя для кондиционирования и холодильных камер. Аварийное электроснабжение обеспечивается от силовых аккумуляторов 37 через преобразователь напряжения 60 и коммутационное устройство 38, которое отключает электрическую сеть 1 и подключает сеть аварийного электропитания 61. При этом вторая электроуправляемая задвижка 13 открывается, первая и третья электроуправляемые задвижки 12 и 49 закрываются, третий циркуляционный насос 30 выключается, температура воды в бойлере 24 поддерживается теплом, накопленным аккумулятором теплоты 28. Тепловая магистраль 2 отключается от внешней тепловой сети с помощью пятого и шестого двухходовых электроуправляемых кранов 46 и 47. При этом создается замкнутый циркуляционный контур, включающий тепловую магистраль 2 с последовательно включенными экономайзером 22 с аккумулятором теплоты 27, вторым двухходовым электроуправляемым краном 43, первым теплообменником-утилизатором с промежуточным теплоаккумулирующим веществом 18, теплообменником-утилизатором 15, первым двухходовым электроуправляемым краном 39, работающим вторым циркуляционным насосом 29, седьмым двухходовым электроуправляемым краном 48, теплообменником-утилизатором теплоты 17, пятым двухходовым электроуправляемым краном 46, контактным теплообменником 26 в бойлере 24, десорбером 35 абсорбционной холодильной установки 34, шестым двухходовым электроуправляемым краном 47. При этом циркулирующая вода подогревается в экономайзере 22 теплотой, накопленной аккумулятором теплоты 27, в теплообменниках-утилизаторах с промежуточным теплоаккумулирующим веществом 18 и 33, теплотой, накопленной промежуточным теплоаккумулирующим веществом, в контактном теплообменнике 26 в бойлере 24, теплом, накопленным аккумулятором теплоты 28. Подогретая в циркуляционном контуре вода поступает в десорбер 35 абсорбционной холодильной установки 34. В испарителе 36 этой установки хладоноситель охлаждается и по магистрали хладоносителя 56 поступает на кондиционирование и в холодильные камеры. После разрядки аккумуляторов теплоты 27 и 28, промежуточного теплоаккумулирующего вещества в теплообменниках-утилизаторах теплоты 18 и 33 в тепловую магистраль 2 подключают водогрейный котел 31 с помощью третьего и четвертого двухходовых электроуправляемых кранов 44 и 45 и первого электроуправляемого крана 39, где жидкость дополнительно подогревается.

В зависимости от структуры энергопотребления режимы функционирования энергетической установки могут корректироваться.

Такое выполнение энергетической установки расширяет ее функциональные возможности, повышает степень утилизации теплоты, КПД и эффективность работы за счет обеспечения потребителей электрической энергией, теплом для нужд отопления, горячего водоснабжения и генерации пара, а также холодом для систем кондиционирования и холодильных камер.

Степень утилизации теплоты составляет 75-80% при согласовании режимов энергопотребления и при аварийном отключении газового двигателя. Суммарный КПД энергетической установки составляет 80-85%.

Изобретение может быть использовано в установках для автономного электроснабжения, теплоснабжения, снабжения горячей водой, паром и хладоносителем. Энергетическая установка подключена к тепловой сети, магистрали водопроводной воды, электрической сети (1) и сети (61) аварийного электропитания и содержит электрический генератор (3), газовый дизель (4), систему (5) охлаждения моторного масла с первым циркуляционным насосом (9), систему (6) охлаждения блока цилиндров с байпасной магистралью (7) и терморегулирующим клапаном (8), систему (10) наддува и систему (11) газовыхлопа с первой и второй электроуправляемыми задвижками (12) и (13). Каждая система имеет теплообменники-утилизаторы теплоты (14), (15), (16) и (17). Теплообменник, включенный между теплообменниками-утилизаторами теплоты системы наддува и системы охлаждения блока цилиндров, выполнен в виде первого теплообменника-утилизатора (18) с промежуточным теплоаккумулирующим веществом. Установка содержит экономайзер (22) с контактным теплообменником (23) подогрева воды, аккумуляторы теплоты (27) и (28), бойлер (24) с контактным теплообменником (25) подогрева воды паром и контактным теплообменником-утилизатором (26). В установке имеются второй и третий циркуляционные насосы (29) и (30), водогрейный котел (31), теплообменник-подогреватель охлаждающей жидкости в системе охлаждения блока цилиндров, теплообменник-парогенератор (32), второй теплообменник-утилизатор (33) с промежуточным теплоаккумулирующим веществом, абсорбционная холодильная установка (34) с десорбером (35) и испарителем (36), силовые аккумуляторы (37), выпрямитель и преобразователь напряжения, коммутационное устройство (38), блок (58) программных модулей, три электроуправляемых крана (39) (40) и (41), семь двухходовых электроуправляемых кранов (42), (43), (44), (45), (46), (47) и (48), третья электроуправляемая задвижка (49), двухходовая электроуправляемая задвижка (50), три датчика температуры (19), (51) и (52). Технический результат заключается в повышении степени утилизации тепловой энергии. 1 ил.

Энергетическая установка, размещенная в помещении и подключенная к тепловой сети, магистрали водопроводной воды, электрической сети и сети аварийного электропитания, содержащая электрический генератор, двигатель внутреннего сгорания, системы охлаждения моторного масла с первым циркуляционным насосом, охлаждения блока цилиндров с байпасной магистралью и терморегулирующим клапаном, наддува и газовыхлопа с первой и второй электроуправляемыми задвижками, каждая система имеет теплообменники-утилизаторы теплоты, теплообменник, включенный между теплообменниками-утилизаторами теплоты системы наддува и системы охлаждения блока цилиндров, первый датчик температуры жидкости в системе охлаждения блока цилиндров, размещенный на входе первого циркуляционного насоса и соединенный с блоком управления, отличающаяся тем, что в ней двигатель внутреннего сгорания выполнен в виде газового дизеля, а теплообменник, включенный между теплообменниками-утилизаторами теплоты системы наддува и системы охлаждения блока цилиндров, выполнен в виде первого теплообменника-утилизатора с промежуточным теплоаккумулирующим веществом, и дополнительно установлены экономайзер с контактным теплообменником подогрева воды, аккумуляторы теплоты, бойлер с контактным теплообменником подогрева воды паром и контактным теплообменником-утилизатором, а также установлены второй и третий циркуляционные насосы, водогрейный котел, теплообменник-подогреватель охлаждающей жидкости в системе охлаждения блока цилиндров, теплообменник-парогенератор, второй теплообменник-утилизатор с промежуточным теплоаккумулирующим веществом, абсорбционная холодильная установка с десорбером и испарителем, силовые аккумуляторы, выпрямитель и преобразователь напряжения, коммутационное устройство, блок программных модулей, три электроуправляемых крана, семь двухходовых электроуправляемых кранов, третья электроуправляемая задвижка, двухходовая электроуправляемая задвижка, второй и третий датчики температуры, магистрали горячей воды, пара и хладоносителя, подключенные к внешним сетям, байпасная линия, причем вход первого контура первого теплообменника-утилизатора с промежуточным топливоаккумулирующим веществом через первый двухходовой электроуправляемый кран соединен с выходом теплообменника-утилизатора теплоты системы охлаждения блока цилиндров и через байпасную линию соединен с выходом этого контура, который соединен с входом первого циркуляционного насоса, второй контур этого теплообменника-утилизатора с промежуточным топливоаккумулирующим веществом своим входом через второй двухходовой электроуправляемый кран соединен с тепловой магистралью на выходе экономайзера, а своим выходом - с тепловой магистралью и входом второго контура, выход экономайзера через второй двухходовой электроуправляемый кран соединен с входом второго контура теплообменника-утилизатора системы охлаждения блока цилиндров, теплообменник-подогреватель охлаждающей жидкости включен в байпасную магистраль системы охлаждения блока цилиндров после терморегулирующего клапана, водогрейный котел включен параллельно теплообменнику-подогревателю охлаждающей жидкости и тепловой магистрали с третьим и четвертым двухходовыми электроуправляемыми кранами, которые установлены на входе и выходе водогрейного котла и первого электроуправляемого крана, установленного на тепловой магистрали между точками подключения водогрейного котла, теплообменник-парогенератор подключен первым контуром через первую электроуправляемую задвижку в систему газовыхлопа перед теплообменником-утилизатором, вход второго контура через третий циркуляционный насос соединен с бойлером, а его выход через третью двухходовую электроуправляемую задвижку соединен с контактным теплообменником подогрева воды паром в бойлере и через магистраль пара подключен к внешней сети, а бойлер через второй электроуправляемый кран и магистраль водопроводной воды подключен к внешней водопроводной сети, через третий электроуправляемый кран и магистраль горячей воды - к внешней сети горячей воды, через пятый двухходовой электроуправляемый кран - к внешней тепловой сети, вход контактного теплообменника-утилизатора бойлера соединен с тепловой магистралью и входом десорбера абсорбционной холодильной установки, выход которой через шестой двухходовой электроуправляемый кран соединен с входом тепловой магистрали перед экономайзером, второй теплообменник-утилизатор с промежуточным теплоаккумулирующим веществом по первому контуру соединен параллельно теплообменнику-парогенератору системы газовыхлопа с помощью третьей электроуправляемой задвижки, а по второму контуру - седьмым двухходовым электроуправляемым краном с тепловой магистралью перед теплообменником-утилизатором теплоты системы газовыхлопа, выход первого контура системы газовыхлопа соединен с входом контактного теплообменника-подогревателя воды в экономайзере, выход которого соединен с атмосферой, причем абсорбционная холодильная установка испарителем через магистраль хладоносителя соединена с внешней сетью хладоносителя, второй датчик температуры установлен в системе охлаждения блока цилиндров перед терморегулирующим клапаном, третий датчик температуры установлен на тепловой магистрали после теплообменника-утилизатора системы газовыхлопа, датчики температуры, электроуправляемые краны, двухходовые электроуправляемые краны, электроуправляемые задвижки, двухходовая электроуправляемая задвижка, коммутационное устройство, блок программных модулей соединены с блоком управления, а также силовые аккумуляторы через выпрямитель и преобразователь напряжения соединены с коммутационным устройством и через него соединены с электрическим генератором, внешней электрической сетью и сетью аварийного электропитания.