КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТЕПЛОВОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 2024 года по МПК F01K23/10 F02G1/43 C10L1/32 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности, к конструкциям блочно-модульных передвижных котельных установок, предназначенных для снабжения потребителя электрической и тепловой энергией.

Известна энергетическая установка на основе двигателя Стирлинга с безгазовым топливом [RU 2258825 С1, МПК F02G 1/043 (2006.01), опубл. 20.08.2005] которая содержит двигатель Стирлинга, электрогенератор, связанный с двигателем, тепловой генератор, состоящий из реакционной камеры сгорания, безгазового топлива и воспламенительного устройства, причем корпус теплового генератора конструктивно связан с нагревателем двигателя Стирлинга, а в качестве безгазового топлива применены термиты.

Известна энергетическая установка с двигателем Стирлинга и промежуточным теплоносителем [RU 2261353 С1, МПК F02G 1/043 (2006.01), опубл. 27.09.2005] которая содержит электрогенератор, двигатель Стирлинга, нагреватель которого связан с источником теплоты с помощью тепловой трубы. Электрогенератор выполнен на одном валу с двигателем Стирлинга, а источник теплоты выполнен в виде теплового генератора с безгазовым топливом на основе термитов.

При работе указанных энергетических установок в качестве топлива используют дорогостоящее термитное топливо, а полученную электрическую энергию, используют для снабжения объектов специального назначения: фортификационных сооружений, подводных технических средств и мобильных комплексов.

Известна комбинированная система для одновременного производства тепловой и электрической энергии на основе водогрейной котельной установки [RU 2261335 С1, МПК F01K 7/12 (2006.01), опубл. 27.09.2005], выбранная в качестве прототипа, которая содержит водогрейный котел, систему теплоснабжения потребителей с сетевым насосом, линию подпиточной воды, двигатель Стирлинга с электрогенератором на одном валу, промежуточный контур подогрева, состоящий из компрессора и теплообменника, расположенного в дымоходе котельной установки, при этом промежуточный контур проходит через нагреватель двигателя Стирлинга, а линия подпиточной воды проходит через холодильник двигателя Стирлинга.

Недостатком данной комбинированной системы является отсутствие возможности приготовления топлива в процессе её работы, позволяющей включать в сжигаемое топливо индустриальные горючие отходы для их утилизации, а также невозможность транспортировки комбинированной системы до места использования без демонтажа основного оборудования.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в создании комплекса для производства тепловой и электрической энергии.

Предложенный комплекс для производства тепловой и электрической энергии, так же как в прототипе, содержит водогрейный котел, сетевой насос, двигатель Стирлинга с электрогенератором на одном валу, с холодильником и нагревателем, с промежуточным контуром подогрева, состоящим из компрессора и теплообменника, расположенного внутри дымохода водогрейного котла

Согласно изобретению, комплекс выполнен виде блок-контейнера, состоящего из отсека управления и агрегатного отсека, в котором установлены пульт управления и ёмкость, наполненная углем которая через первый шнековый конвейер соединена с щековой дробилкой, которая через второй шнековый конвейер соединена с шаровой мельницей мокрого помола, соединенной трубопроводом через первый дозирующий насос со смесителем. К шаровой мельнице мокрого помола трубопроводами через запорно-регулирующую арматуру подсоединен первый мембранный насос, который соединен с емкостью, наполненной водой, которая трубопроводами через запорно-регулирующую арматуру соединена со смесителем, оборудованным мешалкой. Смеситель трубопроводами соединен с насосом-гомогенизатором, через однофазный самовсасывающийся насос с емкостью, наполненной отработанным маслом, через второй дозирующий насос с горелочным устройством с принудительной подачей воздуха. В боковую стенку водогрейного котла вмонтирована форсунка горелочного устройства. Выход водогрейного котла предназначен для соединения трубопроводами через сетевой насос с потребителем тепловой энергии, а вход водогрейного котла предназначен для приема холодной воды от потребителя. Дымоход выполнен в верхней части водогрейного котла и выведен через крышу блок-контейнера наружу. Внутри дымохода размещен пластинчатый теплообменник, выход которого трубопроводом соединен с нагревателем двигателя Стирлинга, нагреватель которого трубопроводами через компрессор соединен с входом пластинчатого теплообменника. Вход холодильника двигателя Стирлинга соединен трубопроводом через первый клапан и второй мембранный насос с источником подпиточной воды. Выход холодильника предназначен для соединения трубопроводом с потребителем тепловой энергии. Второй мембранный насос трубопроводом подпиточной воды через второй клапан соединен с потребителем тепловой энергии. Выход электрогенератора предназначен для подключения к потребителю электрической энергии. К пульту управления подключены шнековые конвейеры, насосы, щековая дробилка и шаровая мельница мокрого помола. Все трубопроводы агрегатного отсека оснащены датчиками температур и давлений. Емкость, наполненная углем, смеситель, емкость, наполненная водой и емкость, наполненная отработанным маслом, оснащены датчиками уровня. В отсеке управления установлен силовой щит, к которому подключен щит автоматизации, который связан с персональным компьютером, установленным на рабочем месте оператора. К силовому щиту подключены шнековые конвейеры, насосы, щековая дробилка, шаровая мельница мокрого помола и пульт управления. Контроллер щита автоматизации соединен с шнековыми конвейерами, с насосами, с щековой дробилкой, с шаровой мельницей мокрого помола, с датчиками температур, с датчиками давлений и с датчиками уровня.

Отсек управления и агрегатный отсек выполнены с отдельными входами и соединены между собой перегородкой с дверью.

Блок-контейнер выполнен из цельнометаллического несущего каркаса, состоящего из основания, пола, стен, крыши и оснащен вентиляционными проемами типа «жалюзи».

Стены блок-контейнера утеплены минеральной ватой и снаружи обшиты сэндвич-панелями.

Пол выполнен стальным гладким металлическим листом и покрыт алюминиевым рифленым листом.

Крыша выполнена в плоском виде и оснащена приваренными по углам рым-петлями.

Предложенный комплекс для производства тепловой и электрической энергии в процессе своей работы позволяет осуществлять приготовление водоугольного топлива, в составе которого могут быть утилизированы индустриальные горючие отходы (отработанные масла). Блочно-контейнерное исполнение комплекса позволяет осуществлять его транспортировку и доставку до места назначения без демонтажа основного оборудования.

На фиг. 1 приведена схема расположения оборудования комплекса для производства тепловой и электрической энергии, на фиг. 2 представлена гидравлическая схема предложенного комплекса.

Комплекс для производства тепловой и электрической энергии содержит блок-контейнер 1 из цельнометаллического несущего каркаса, состоящий из основания, стен и крыши. Стены утеплены минеральной ватой и снаружи обшиты сэндвич-панелями. Пол выполнен стальным гладким металлическим листом и покрыт алюминиевым рифленым листом. Крыша выполнена в плоском виде и оснащена приваренными по углам рым-петлями. Блок-контейнер 1 оснащен вентиляционными проемами типа «жалюзи» и состоит из агрегатного отсека и отсека управления с отдельными входами. Отсеки соединены между собой перегородкой с дверью.

В агрегатном отсеке установлены платформа 2 для размещения пульта управления 3 (ПУ) и ёмкость, наполненная углем 4 (У). Ёмкость, наполненная углем 4 (У) через первый шнековый конвейер 5 соединена с щековой дробилкой 6 (ЩД), которая через второй шнековый конвейер 7 соединена с шаровой мельницей мокрого помола 8 (ШМ), соединенной трубопроводом через первый дозирующий насос 9 со смесителем 10 (С). К шаровой мельнице мокрого помола 8 (ШМ) трубопроводами через запорно-регулирующую арматуру 11 подсоединен первый мембранный насос 12, который соединен с емкостью, наполненной водой 13 (В).

Емкость, наполненная водой 13 (В) трубопроводами через запорно-регулирующую арматуру 11 соединена со смесителем 10 (С), который оборудован электроприводной лопастной мешалкой (на фиг. 1 и фиг. 2 не показано). Смеситель 10 (С) обратной связью соединен трубопроводами с насосом-гомогенизатором 14.

Смеситель 10 (С) трубопроводом через однофазный самовсасывающийся насос 15 соединен с емкостью, наполненной отработанным маслом 16 (ОМ). Смеситель 10 (С) трубопроводом через второй дозирующий насос 17 соединен с горелочным устройством 18 (ГУ) с принудительной подачей воздуха. Форсунка 19 (Ф) горелочного устройства 18 (ГУ) вмонтирована в боковую стенку водогрейного котла 20 (К).

Выход водогрейного котла 20 (К) предназначен для соединения трубопроводами через сетевой насос 21 с потребителем тепловой энергии 22 (ПТЭ). Вход водогрейного котла 20 (К) предназначен для приема холодной воды от потребителя.

В верхней части водогрейного котла 20 (К) выполнен дымоход 23 (Д), который выведен через крышу блок-контейнера 1 наружу для выхода дымовых газов в атмосферу. Внутри дымохода 23 (Д) размещен пластинчатый теплообменник 24 (ПТ), выход которого трубопроводом соединен с нагревателем 25 двигателя Стирлинга 26 (ДС), который оснащён холодильником 27. Нагреватель 25 двигателя Стирлинга 26 (ДС) трубопроводами через компрессор 28 соединен с входом пластинчатого теплообменника 24 (ПТ). Вход холодильника 27 двигателя Стирлинга 26 (ДС) соединен трубопроводом подпиточной воды через первый клапан 29 и второй мембранный насос 30 с источником подпиточной воды (на фиг. 1 и фиг. 2 не показано). Выход холодильника 27 трубопроводом соединен с потребителем тепловой энергии 22 (ПТЭ). Второй мембранный насос 30 трубопроводом подпиточной воды через второй клапан 31 соединен с потребителем тепловой энергии 22 (ПТЭ).

Вал двигателя Стирлинга 26 (ДС) соединен с электрогенератором 32, выход которого предназначен для подключения к потребителю электрической энергии (на фиг. 1 и фиг. 2 не показано).

К пульту управления 3 (ПУ) подключены первый 5 и второй 7 шнековые конвейеры, первый дозирующий насос 9, первый мембранный насос 12, насос-гомогенизатор 14, самовсасывающий насос 15, второй дозировочный насос 17, сетевой насос 21, второй мембранный насос 30, щековая дробилка 6 (ЩД) и шаровая мельница мокрого помола 8 (ШМ).

Все трубопроводы агрегатного отсека оснащены датчиками температур и давлений (на фиг. 1 и фиг. 2 не показано). Емкость, наполненная углем 4 (У), смеситель 10 (С), емкость, наполненная водой 13 (В) и емкость, наполненная отработанным маслом 16 (ОМ) оснащены датчиками уровня (на фиг. 1 и фиг. 2 не показано).

В отсеке управления установлен силовой щит 33 (СЩ), к которому подключен щит автоматизации 34 (ЩА), который связан с персональным компьютером (на фиг. 1 и фиг. 2 не показано), установленным на рабочем месте оператора 35 (РМ).

К силовому щиту 33 (СЩ) подключены первый 5 и второй 7 шнековые конвейеры, первый дозирующий насос 9, первый мембранный насос 12, насос-гомогенизатор 14, самовсасывающийся насос 15, второй дозирующий насос 17, сетевой насос 21, второй мембранный насос 30, щековая дробилка 6 (ЩД), шаровая мельница мокрого помола 8 (ШМ) и пульт управления 3 (ПУ). Щит автоматизации 34 (ЩА) снабжен программируемым логическим контроллером, который соединен с первым 5 и вторым 7 шнековыми конвейерами, первым дозирующим насосом 9, первым мембранным насосом 12, насосом-гомогенизатором 14, самовсасывающимся насосом 15, вторым дозирующим насосом 17, сетевым насосом 21, вторым мембранным насосом 30, щековой дробилкой 6 (ЩД), шаровой мельницей мокрого помола 8 (ШМ) и всеми датчиками температур, датчиками давлений и датчиками уровня.

От силового щита 33 (СЩ) подают питание на щит автоматизации 34 (ЩА), пульт управления 3 (ПУ), первый 5 и второй 7 шнековые конвейеры, первый дозирующий насос 9, первый мембранный насос 12, насос-гомогенизатор 14, самовсасывающийся насос 15, второй дозирующий насос 17, сетевой насос 21, второй мембранный насос 30, щековую дробилку 6 (ЩД) и шаровую мельницу мокрого помола 8 (ШМ), обеспечивая при этом их защиту от коротких замыканий и перегрузок сетей трехфазного переменного тока напряжением до 380 (400) В и частотой 50 Гц.

При помощи персонального компьютера, размещенного на рабочем месте 35 (РМ), подают сигнал на программируемый логический контроллер щита автоматизации 34 (ЩА), который приводит в действие все агрегаты комплекса. С помощь первого шнекового конвейера 5 уголь из ёмкости, наполненной углем 4 (У), подают и в щековую дробилку 6 (ЩД), в которой уголь измельчают до размера частиц не более 1 см и с помощью второго шнекового конвейера 7 подают в шаровую мельницу мокрого помола 8 (ШМ). Одновременно в шаровую мельницу мокрого помола 8 (ШМ) с помощью первого мембранного насоса 12 подают воду из емкости, наполненной водой 13 (В), получая водоугольную суспензию с размером частиц твердой фазы не более 150 мкм, которую первым дозирующим насосом 9 подают в смеситель 10 (С). Затем в смеситель 10 (С) с помощью однофазного самовсасывающегося насоса 15 подают отработанное масло из емкости, наполненной отработанным маслом 16 (ОМ) и дополнительно при помощи первого мембранного насоса 12 подают воду из емкости, наполненной водой 13 (В), получая таким образом топливный состав требуемой влажности. Запорно-регулирующая арматура 11 разделяет водяной поток на два тракта, обеспечивающих параллельную подачу воды как в смеситель 10 (С), так и в шаровую мельницу мокрого помола 8 (ШМ). В смесителе 10 (С) жидкое топливо перемешивают электроприводной лопастной мешалкой и пропускают жидкое топливо через насос-гомогенизатор 14, обеспечивая стабилизацию полученного жидкого топлива.

Полученное жидкое топливо из смесителя 10 (С) с помощью второго дозирующего насоса 17 через форсунку 19 (Ф) горелочного устройства 18 (ГУ) распыляют в камеру сгорания водогрейного котла 20 (К) для факельного сжигания. Горячую воду из водогрейного котла 20 (К) по трубопроводу сетевым насосом 21 подают потребителю тепловой энергии 22 (ПТЭ). Дымовые газы, образующиеся при сжигании жидкого топлива, выходят из водогрейного котла 20 (К) через дымоход 23 (Д), нагревая пластинчатый теплообменник 24 (ПТ) за счет теплообмена между уходящими дымовыми газами и промежуточным теплоносителем, при этом теплоноситель нагревается и его компрессором 28 подают в нагреватель 25 двигателя Стирлинга 26 (ДС).

В нагревателе 25 промежуточный теплоноситель через теплообменную поверхность передает теплоту уходящих газов газообразному рабочему телу двигателя Стирлинга 26 (ДС). Полученную теплоту при помощи двигателя Стирлинга 26 (ДС) преобразуют в механическую энергию, с помощью которой запускают вал электрогенератора 32, который вырабатывает электрическую энергию, подаваемую потребителю. Для охлаждения двигателя Стирлинга 26 (ДС) через холодильник 27 по трубопроводу вторым мембранным наносом 30 из источника подпиточной воды подают подпиточную воду. Регулируют расход подпиточной воды, проходящей через холодильник 27 двигателя Стирлинга 26 (ДС) при помощи размещённых на трубопроводе клапанов 29, 31.

От первого 5 и второго 7 шнековых конвейеров, первого дозирующего насоса 9, первого мембранного насоса 12, насоса-гомогенизатора 14, самовсасывающегося насоса 15, второго дозирующиго насоса 17, сетевого насоса 21, второго мембранного насоса 30 и всех датчиков температур и давлений, датчиков уровня информация поступает на программируемый логический контроллер расположенный в щите автоматизации 34 (ЩА), с помощью которого выполняют обработку входных сигналов и выдачу управляющих воздействий, контролируют работу комплекса в режиме реального времени и регистрируют полученные данные на персональном компьютере.

При выходе из строя контроллера управления шита автоматизации 34 (ЩА) используют пульт управления 3 (ПУ) для ручного управления первым 5 и вторым 7 шнековыми конвейерами, первым дозирующим насосом 9, первым мембранным насосом 12, насосом-гомогенизатором 14, самовсасывающимся насосом 15, вторым дозирующим насосом 17, сетевым насосом 21, вторым мембранным насосом 30, щековой дробилкой 6 (ЩД) и шаровой мельницей мокрого помола 8 (ШМ).

Для удобства транспортировки и монтажа комплекса для производства тепловой и электрической энергии в агрегатном отсеке и отсеке управления, в заводских условиях смонтировано технологическое и вспомогательное оборудование и его обвязка. Для обеспечения доставки комплекса до места назначения, транспортировку блока-контейнера 1 при помощи кранов, производят балансирными траверсами, которые обеспечивают горизонтальное положение блок-контейнера 1. Строповку блок-контейнера 1 при подъеме выполняют при помощи рым-петель. Комплекс допускается транспортировать автомобильным транспортом в соответствии с правилами погрузки, действующими для данного вида транспорта.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к конструкциям блочно-модульных передвижных котельных установок, предназначенных для снабжения потребителя электрической и тепловой энергией. Комплекс для производства тепловой и электрической энергии выполнен виде блок-контейнера, состоящего из отсека управления и агрегатного отсека, в котором установлены пульт управления и ёмкость, наполненная углем которая через первый шнековый конвейер соединена с щековой дробилкой, которая через второй шнековый конвейер соединена с шаровой мельницей мокрого помола, соединенной трубопроводом через первый дозирующий насос со смесителем. К шаровой мельнице мокрого помола трубопроводами через запорно-регулирующую арматуру подсоединен первый мембранный насос, который соединен с емкостью, наполненной водой, которая трубопроводами через запорно-регулирующую арматуру соединена со смесителем, оборудованным мешалкой. Смеситель трубопроводами соединен с насосом-гомогенизатором, через однофазный самовсасывающийся насос с емкостью, наполненной отработанным маслом, через второй дозирующий насос с горелочным устройством с принудительной подачей воздуха. В боковую стенку водогрейного котла вмонтирована форсунка горелочного устройства. Выход водогрейного котла предназначен для соединения трубопроводами через сетевой насос с потребителем тепловой энергии, а вход водогрейного котла предназначен для приема холодной воды от потребителя. Дымоход выполнен в верхней части водогрейного котла и выведен через крышу блок-контейнера наружу. Внутри дымохода размещен пластинчатый теплообменник, выход которого трубопроводом соединен с нагревателем двигателя Стирлинга, нагреватель которого трубопроводами через компрессор соединен с входом пластинчатого теплообменника. Вход холодильника двигателя Стирлинга соединен трубопроводом через первый клапан и второй мембранный насос с источником подпиточной воды. Выход холодильника предназначен для соединения трубопроводом с потребителем тепловой энергии. Второй мембранный насос трубопроводом подпиточной воды через второй клапан соединен с потребителем тепловой энергии. Выход электрогенератора предназначен для подключения к потребителю электрической энергии. К пульту управления подключены шнековые конвейеры, насосы, щековая дробилка и шаровая мельница мокрого помола. Все трубопроводы агрегатного отсека оснащены датчиками температур и давлений. Емкость, наполненная углем, смеситель, емкость, наполненная водой и емкость, наполненная отработанным маслом, оснащены датчиками уровня. В отсеке управления установлен силовой щит, к которому подключен щит автоматизации, который связан с персональным компьютером, установленным на рабочем месте оператора. К силовому щиту подключены шнековые конвейеры, насосы, щековая дробилка, шаровая мельница мокрого помола и пульт управления. Контроллер щита автоматизации соединен с шнековыми конвейерами, с насосами, с щековой дробилкой, с шаровой мельницей мокрого помола, с датчиками температур, с датчиками давлений и с датчиками уровня. Технический результат: приготовление водоугольного топлива, в составе которого могут быть утилизированы отработанные масла, возможность транспортировки и доставки до места назначения без демонтажа основного оборудования. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Комплекс для производства тепловой и электрической энергии, содержащий водогрейный котел, сетевой насос, двигатель Стирлинга с электрогенератором на одном валу, с холодильником и нагревателем, с промежуточным контуром подогрева, состоящим из компрессора и теплообменника, расположенного внутри дымохода водогрейного котла, отличающийся тем, что комплекс выполнен виде блок-контейнера, состоящего из отсека управления и агрегатного отсека, в котором установлены пульт управления и ёмкость, наполненная углем которая через первый шнековый конвейер соединена с щековой дробилкой, которая через второй шнековый конвейер соединена с шаровой мельницей мокрого помола, соединенной трубопроводом через первый дозирующий насос со смесителем, к шаровой мельнице мокрого помола трубопроводами через запорно-регулирующую арматуру подсоединен первый мембранный насос, который соединен с емкостью, наполненной водой, которая трубопроводами через запорно-регулирующую арматуру соединена со смесителем, оборудованным мешалкой, при этом смеситель трубопроводами соединен с насосом-гомогенизатором, через однофазный самовсасывающийся насос с емкостью, наполненной отработанным маслом, через второй дозирующий насос с горелочным устройством с принудительной подачей воздуха, в боковую стенку водогрейного котла вмонтирована форсунка горелочного устройства, выход водогрейного котла предназначен для соединения трубопроводами через сетевой насос с потребителем тепловой энергии, а вход водогрейного котла предназначен для приема холодной воды от потребителя, дымоход выполнен в верхней части водогрейного котла и выведен через крышу блок-контейнера наружу, внутри дымохода размещен пластинчатый теплообменник, выход которого трубопроводом соединен с нагревателем двигателя Стирлинга, нагреватель которого трубопроводами через компрессор соединен с входом пластинчатого теплообменника, вход холодильника двигателя Стирлинга соединен трубопроводом через первый клапан и второй мембранный насос с источником подпиточной воды, выход холодильника предназначен для соединения трубопроводом с потребителем тепловой энергии, второй мембранный насос трубопроводом подпиточной воды через второй клапан соединен с потребителем тепловой энергии, выход электрогенератора предназначен для подключения к потребителю электрической энергии, к пульту управления подключены шнековые конвейеры, насосы, щековая дробилка и шаровая мельница мокрого помола, все трубопроводы агрегатного отсека оснащены датчиками температур и давлений, емкость, наполненная углем, смеситель, емкость, наполненная водой и емкость, наполненная отработанным маслом оснащены датчиками уровня, в отсеке управления установлен силовой щит, к которому подключен щит автоматизации, который связан с персональным компьютером, установленным на рабочем месте оператора, к силовому щиту подключены шнековые конвейеры, насосы, щековая дробилка, шаровая мельница мокрого помола и пульт управления, контроллер щита автоматизации соединен с шнековыми конвейерами, с насосами, с щековой дробилкой, с шаровой мельницей мокрого помола, с датчиками температур, с датчиками давлений и с датчиками уровня.

2. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что отсек управления и агрегатный отсек выполнены с отдельными входами и соединены между собой перегородкой с дверью.

3. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что блок-контейнер выполнен из цельнометаллического несущего каркаса, состоящего из основания, пола, стен, крыши и оснащен вентиляционными проемами типа «жалюзи».

4. Комплекс по п. 3, отличающийся тем, что стены блок-контейнера утеплены минеральной ватой и снаружи обшиты сэндвич-панелями.

5. Комплекс по п. 3, отличающийся тем, что пол выполнен стальным гладким металлическим листом и покрыт алюминиевым рифленым листом.

6. Комплекс по п. 3, отличающийся тем, что крыша выполнена в плоском виде и оснащена приваренными по углам рым-петлями.