Блочно-модульная контейнерная автоматизированная электростанция Российский патент 2024 года по МПК F22B33/00 F24D11/00 

Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности к конструктивным элементам систем отопления.

Известна автономная микро-тэц на газовом топливе с использованием свободнопоршневого двигателя Стирлинга которая обеспечивает тепловую и электрическую энергию, включающая: модуль электрогенерирующего устройства, в состав которого входит двигатель Стирлинга, основная газовая горелка для подвода тепловой энергии к головке двигателя, синхронный линейный генератор с постоянными магнитами, интегрированный в корпус двигателя, настроечная резонансная емкость на выходе линейного генератора и система охлаждения двигателя; модуль преобразовательной силовой электроники, в состав которого входит инвертор, выпрямитель, накопитель электрической энергии и общая шина переменного тока, к которой подключена настроечная емкость модуля электрогенерирующего устройства; модуль теплогенерирующего устройства, в состав которого входит теплогенератор, дополнительная газовая горелка и аварийный охладитель; модуль регулируемой балластной нагрузки, подключенный к общей шине переменного тока модуля преобразовательной силовой электроники; систему автоматического управления, сигналы которой обеспечивают управление вышеуказанными модулями, выполненную с возможностью контроля тока и напряжения линейного генератора, температуры тепловой головки двигателя Стирлинга и управления включением линейного генератора в функции температурного режима тепловой головки двигателя Стирлинга. [RU2645107C1, опубл. 15.02.2017].

Недостатком данного аналога является применение газовой горелки в тепловом модуле, использование которой не может в достаточной мере обеспечить бесперебойное обеспечение тепловой энергией внешних потребителей.

Также известен способ естественного регулирования отопления здания и система регулирования на его основе, содержащая отопительные приборы, подключенные к трубопроводам сети отопления здания, узел подготовки теплоносителя для гидравлической сети отопления с трубопроводами циркуляционного контура системы отопления здания, причем указанный узел содержит блок нагрева теплоносителя для отопления за счет использования внешнего энергоресурса, регулятор подачи внешнего энергоресурса в блок нагрева, циркуляционный насос с регулируемым приводом или нерегулируемый с регулирующим клапаном, где все заполнены теплоносителем, а также автоматизированную систему управления отоплением и датчики параметров теплоносителя, внутреннего воздуха, теплового баланса здания и условий внешней среды, отличающаяся тем, что в указанном узле на трубопроводе циркуляционного контура системы отопления или на обводной линии трубопровода установлен по меньшей мере один дополнительный регулирующий элемент с переменным гидравлическим сопротивлением и установлены датчик(и) расхода и параметров состояния теплоносителя на трубопроводе контура отопления. [RU2789790C1, опубл. 10.02.2023].

Недостатком данного аналога является источник теплоносителя выполнен в виде электрического котла, а также не определен объем бака гидравлического разделителя, что может существенно влиять на стабильность обеспечения тепловой энергией внешние потребители при просадке мощности источника теплоносителя.

Наиболее близкое техническое решение описано в энергоустановке, содержащей по крайней мере один модуль свободнопоршневого дизель-генератора, выхлопной коллектор которого соединен с газотурбогенератором, имеющим камеру сгорания и встроенный электрогенератор-электродвигатель с аккумулятором, систему подачи топлива, систему питания окислителем, систему синхронизации поршней, систему съема полезной нагрузки, при этом каждый модуль свободнопоршневого дизель-генератора имеет корпус с форсункой, гильзой и двумя торцевыми буферными полостями, в которых оппозитно расположены поршни, отличающаяся тем, что в систему питания окислителем введены многоступенчатый турбокомпрессор и обратимый электрогенератор-электродвигатель, каждый модуль свободнопоршневого дизель-генератора снабжен симметричными электрогенератором и гидрогенератором, в систему синхронизации поршней введен сумматор гидропотоков, система съема полезной нагрузки выполнена в виде электросистемы и гидросистемы, при этом единым рабочим веществом всей энергоустановки является дистиллированная вода, многоступенчатый турбокомпрессор выполнен в виде охлаждаемого изотермического компрессора низкого давления и адиабатического компрессора высокого давления. [RU2116476C1, опубл. 27.07.1998].

Недостатком наиболее близкого технического решения является использование теплообменника со змеевиком, обладающим недостаточно высоким коэффициентом теплоотдачи, что существенно влияет на обеспечение стабильного теплоснабжения.

Технической проблемой, решаемой заявленным изобретением, является устранение недостатков аналогов.

Задача изобретения - повышение стабильности теплоснабжения.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении стабильности теплоснабжения от блочно-модульной контейнерной автоматизированной электростанции.

Указанный технический результат достигается тем, что блочно-модульная контейнерная автоматизированная электростанция содержит газопоршневой силовой агрегат мощностью от 450 кВт до 4200 кВт, тепловой модуль и насос производительностью от 50 м3/ч до 300 м3/ч, балансировочный клапан, гидравлический разделитель с объемом бака от 40 литров до 400 литров и рабочим давлением бака от 0,1 Мпа до 0,6 Мпа, пластинчатый теплообменник с рабочей температурой сред от 80°С до 100°С, где в качестве теплоносителя применен этиленгликоль или пропиленгликоль, причем газопоршневой силовой агрегат и тепловой модуль смонтированы внутрь контейнера.

В частности, гидравлический разделитель расположен между силовым агрегатом и теплообменником.

В частности, тепловой модуль смонтирован на раму.

В частности, блочно-модульная контейнерная автоматизированная электростанция содержит котел-утилизатор.

В частности, количество насосов в тепловом модуле больше, чем один.

В частности, количество балансировочных клапанов больше, чем один.

Предложенное изобретение иллюстрируется рисунками

На фиг. 1 изображен общий вид блочно-модульной контейнерной автоматизированной электростанции без контейнера;

На фиг. 2 изображен общий вид блочно-модульной контейнерной автоматизированной электростанции с контейнером;

На фиг. 3 изображен общий вид теплового модуля блочно-модульной контейнерной автоматизированной электростанции.

На фигурах обозначено: 1 - силовой агрегат, 2 - камера сгорания, 3 - генератор, 4 - масляный охладитель, 5 - турбина, 6 - тепловой модуль, 7 - насос, 8 - гидравлический разделитель, 9 - теплообменник, 10 - балансировочный клапан, 11 - рама, 12 - котел-утилизатор, 13 - контейнер.

Согласно изобретению, блочно-модульная контейнерная автоматизированная электростанция (БМКАЭС) (фиг. 1, фиг.2) содержит силовой агрегат 1 мощностью от 450 кВт до 4200 кВт, и тепловой мощностью 0,34 до 4,3 гкал/ч, содержащий камеру сгорания 2, генератор 3, масляный охладитель 4, турбину 5, что в совокупности существенно влияет на обеспечение стабильности теплоснабжения от БМКАЭС за счет достаточной мощности силового агрегата 1. Мощность силового агрегата 1 меньше, чем 450 кВт не рекомендуется ввиду недостаточного обеспечения теплоснабжения большинства потребителей, а также недостаточного запаса мощности при работе в пиковых нагрузках. Мощность силового агрегата 1 свыше 4200 кВт избыточна, так как силовой агрегат 1 с указанной мощностью покрывает задачи большинства потребителей, что исключает необходимость более мощного силового агрегата 1 ввиду удорожания установки и стоимости ее обслуживания.

БМКАЭС содержит тепловой модуль 6 (фиг. 3), необходимый для обеспечения теплоснабжения внешних потребителей. Тепловой модуль входит в систему утилизации тепла. Тепловой модуль смонтирован внутри контейнера 13 и является первой ступенью нагрева теплоносителя, способный нагревать теплоноситель до 85°С. Система утилизации тепла может иметь конструкцию с замкнутым или открытым контуром теплоносителя. В замкнутом контуре применяются расширительные баки с резиновой мембраной и предварительным подпором давления, что позволяет регулировать давление в системе. В открытом контуре применяются расширительные баки с клапаном на избыточное давление 0,7 бар, установленные в самой верхней точке БМКАЭС, давление в системе ограничивается высотой водяного столба и давлением открытия клапана на расширительном баке. Также система утилизация тепла укомплектована группами безопасности, которые предотвращают систему от превышения давления и остановки протока теплоносителя, и трёхходовыми кранами, которые обеспечивают температурный режим и защищают систему от переохлаждения или перегрева со стороны потребителя (клиентской воды).

Тепловой модуль 6 содержит насос 7 производительностью от 50 м3/ч до 300 м3/ч, необходимый для бесперебойного обеспечения подачи теплоносителя от гидравлического разделителя 8 к теплообменнику 9, необходимого для обеспечения теплоснабжения внешних потребителей. Количество насосов 7 может быть больше, чем 1, в зависимости от конфигурации теплового модуля. Наличие насоса 7 в тепловом модуле 6 обеспечивает стабильность теплоснабжения от БМКАЭС за счет бесперебойной подачи теплоносителя от гидравлического разделителя 8 к теплообменнику 9. Производительность насоса 7 меньше, чем 50 м3/ч не допускается ввиду недостаточного объема подаваемого теплоносителя, что может негативно влиять на стабильность подачи теплоносителя от гидравлического разделителя 8 к теплообменнику 9. Производительность насоса 7 больше, чем 300 м3/ч нецелесообразна, так как насос 7 с производительностью больше, чем 300 м3/ч значительно увеличивает скорость потока теплоносителя без существенного повышения коэффициента теплопередачи. Максимальный напор насоса 7 находится в диапазоне от 5 м до 25 м, что также влияет на обеспечение стабильности теплопередачи от БМКАЭС за счет постоянного напора высоких значений теплоносителя.

Тепловой модуль 6 содержит балансировочный клапан 10, который обеспечивает регулирование необходимого перепада давления благодаря изменению проходного сечения, а также оборудование КИПиА (датчики, термометры, манометры и пр.). Количество балансировочных клапанов 10 может быть больше, чем 1. Балансировочный клапан 10 служит для ограничения расхода и балансировки рециркуляционных трубопроводов горячего водоснабжения. Наличие балансировочного клапана 10 в тепловом модуле 6 существенно влияет на обеспечение стабильности теплоснабжения от БМКАЭС за счет возможности регулировки перепадов давлений внутри системы.

Тепловой модуль 6 содержит гидравлический разделитель 8, необходимый для бесперебойной подачи теплоносителя к теплообменнику 9 не зависимо от производительности БМКАЭС, которая может меняться в течение времени.

Гидравлический разделитель 8 расположен между силовым агрегатом 1 и теплообменником 9, что необходимо для обеспечения стабильного и бесперебойного теплоснабжения теплообменника 9 от силового агрегата 1, что существенно повышает стабильность теплоснабжения внешних потребителей от БМКАЭС.

Гидравлический разделитель 8 выполнен с объемом бака от 40 л. до 400 л., что обеспечивает стабильное снабжение теплоносителем теплообменник 9 от силового агрегата 1, обусловленное достаточным объемом теплоносителя в гидравлическом разделителе 8. Объем бака гидравлического разделителя 8 меньше, чем 40 л. не допускается ввиду недостаточного обеспечения стабильности теплоснабжения с применением такого гидравлического разделителя 8, обусловленного недостаточным объемом бака для больших систем с большим количеством внешних потребителей, а соответственно недостаточно стабильного обеспечения теплоснабжения от БМКАЭС. Выполнение гидравлического разделителя 8 с объемом бака больше, чем 400 л. не целесообразно ввиду обеспечения достаточно стабильного теплоснабжения от БМКАЭС, обусловленного достаточных объемом бака для большого количества внешних потребителей и увеличение объема бака гидравлического разделителя 8 повлияет на дополнительную стабильность обеспечения теплоснабжения от БМКАЭС.

Гидравлический разделитель 8 выполнен с рабочим давлением бака от 0,1 Мпа до 0,6 Мпа, что необходимо для обеспечения бесперебойной работы теплового модуля 6 за счет прочности гидравлического разделителя 8 обусловленной высокими показателями выдерживаемого давления, что влияет на бесперебойную работу гидравлического разделителя 8, а соответственно на бесперебойную работу всего теплового модуля 6, что существенно влияет на стабильность теплоснабжения от БМКАЭС. Рабочее давление бака гидравлического разделителя 8 меньше, чем 0,1 Мпа не допускается, ввиду недостаточного рабочего давления в системе, что снизит стабильность теплоснабжения от БМКАЭС. Использование бака с рабочим давлением свыше 0,6 Мпа не целесообразно ввиду отсутствия такого давления в системе и высокой стоимости бака высокой прочности.

Теплообменник 9 теплового модуля 6 выполнен пластинчатого типа, что необходимо для передачи тепла от горячего теплоносителя к холодной (нагреваемой) среде через пластины, где горячие и холодные слои перемежаются друг с другом. Использование теплообменника 9 пластинчатого типа обусловлено его эффективностью, обусловленной максимальной передачей тепловой энергии от одной среды к другой при минимальном расходе рабочих сред, что обеспечивает бесперебойное, а значит стабильное обеспечение теплоснабжение от БМКАЭС.

Пластинчатый теплообменник 9 выполнен с возможностью работы при температурах теплоносителя от 80° до 100°, что существенно влияет на повышение стабильности теплопередачи от БМКАЭС за счет возможности работать при высоких температурах теплоносителя. Теплообменник 9 с рабочей температурой ниже 80° не допускается ввиду недостаточной температуры теплоносителя в таком теплообменнике 9, что существенно снижает производительность теплового модуля 6, а также может привести к незапланированному охлаждению агрегатов. Выполнение теплообменника 9 с рабочей температурой выше, чем 100° не допускается, так как нагревание теплоносителя до таких температур опасно для системы, при 96° система предупреждает о перегреве, при 100° происходит аварийная остановка всех систем.

В качестве теплоносителя применен этиленгликоль или пропиленгликоль, что существенно повышает стабильность теплоснабжения от БМКАЭС за счет эффективности использования этиленгликоля или пропиленгликоля, обусловленной высокими показателями теплоотдачи, а также низкой токсичностью.

Тепловой модуль 6 смонтирован на раму 11, что может дополнительно влиять на стабильность теплоснабжения от БМКАЭС за счет устойчивости элементов теплового модуля 6, а также их расположения относительно горизонта, что может повлиять на равномерное движение текучих среду внутри систем теплового модуля 6.

Блочно-модульная контейнерная автоматизированная электростанция содержит котел-утилизатор 12, выступающий в качестве второй ступени нагрева теплоносителя, что при необходимости может дополнительно влиять на повышение стабильности теплоснабжения от БМКАЭС за счет возможности нагрева текучей среды (горячей воды) до 210°С (насыщенный пар). Котел-утилизатор 12 смонтирован снаружи контейнера 13. БМКАЭС комплектуется котлом-утилизатором 12 при необходимости. Все конструктивные элементы для установки и подключения котла-утилизатора 12 предусмотрены по умолчанию. В случае необходимости, система может быть доукомплектована котлом-утилизатором 12 в процессе эксплуатации.

Газопоршневой силовой агрегат 1 и тепловой модуль 6 смонтированы внутрь контейнера 13, наличие которого позволяет использовать БМКАЭС в независимости от погодных условий, а также при необходимости увеличения производственных мощностей поэтапно их расширять, что существенно влияет на повышение стабильности теплоснабжения от БМКС.

Таким образом исполнение блочно-модульной контейнерной автоматизированной электростанции в виде газопоршневого силового агрегата 1 мощностью от 450 кВт до 4200 кВт и теплового модуля 6, смонтированного на раму 11 внутри контейнера, содержащего насос 7 производительностью от 50 м3/ч до 300 м3/ч, балансировочный клапан 10, гидравлический разделитель 8 с объемом бака от 40 литров до 400 литров и рабочим давлением бака от 0,1 Мпа до 0,6 Мпа, пластинчатый теплообменник 9 с рабочей температурой сред от 80°С до 100°С, где в качестве теплоносителя применен этиленгликоль или пропиленгликоль, причем газопоршневой силовой агрегат 1 и тепловой модуль 6 смонтированы внутрь контейнера 13, что обеспечивает повышение стабильности теплоснабжения от блочно-модульной контейнерной автоматизированной электростанции.

Примеры реализации.

Первый пример реализации.

БМКАЭС, содержащая газопоршневой силовой агрегат 1 мощностью 450 кВт и тепловой модуль 6, смонтированный на раму 11 и в контейнере, который содержит насос 7 производительностью 50 м3/ч, балансировочный клапан 10, гидравлический разделитель 8 с объемом бака 40 литров и рабочим давлением бака 0,1 Мпа, пластинчатый теплообменник 9 с рабочей температурой сред 80°С, где в качестве теплоносителя применен этиленгликоль, причем газопоршневой силовой агрегат 1 и тепловой модуль 6 смонтированы внутрь контейнера 13.

Второй пример реализации.

БМКАЭС, содержащая газопоршневой силовой агрегат 1 мощностью 2000 кВт и тепловой модуль 6, смонтированный на раму 11 и в контейнер, который содержит насос 7 производительностью 200 м3/ч, балансировочный клапан 10, гидравлический разделитель 8 с объемом бака 200 литров и рабочим давлением бака 0,4 Мпа, пластинчатый теплообменник 9 с рабочей температурой сред 90°С, где в качестве теплоносителя применен пропиленгликоль, причем газопоршневой силовой агрегат 1 и тепловой модуль 6 смонтированы внутрь контейнера 13

Третий пример реализации.

БМКАЭС, содержащая газопоршневой силовой агрегат 1 мощностью 4200 кВт и тепловой модуль 6, смонтированный на раму 11 и в контейнер, который содержит насос 7 производительностью 300 м3/ч, балансировочный клапан 10, гидравлический разделитель 8 с объемом бака 400 литров и рабочим давлением бака 0,6 Мпа, пластинчатый теплообменник 9 с рабочей температурой сред 100°С, где в качестве теплоносителя применен этиленгликоль, причем газопоршневой силовой агрегат 1 и тепловой модуль 6 смонтированы внутрь контейнера 13.

Таким образом, заявленное изобретение, за счет примененных в нем технологий, совокупности их характеристик и взаимосвязей положительно влияет на конечный продукт и повышает стабильность теплоснабжения от блочно-модульной контейнерной автоматизированной электростанции.

Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности к конструктивным элементам систем отопления. Технический результат заключается в повышении стабильности теплоснабжения от блочно-модульной контейнерной автоматизированной электростанции и за счет примененных в нем технологий, совокупности их характеристик и взаимосвязей достигается тем, что блочно-модульная контейнерная автоматизированная электростанция содержит газопоршневой силовой агрегат мощностью от 450 кВт до 4200 кВт, тепловой модуль и насос производительностью от 50 м³/ч до 300 м³/ч, балансировочный клапан, гидравлический разделитель с объемом бака от 40 литров до 400 литров и рабочим давлением бака от 0,1 МПа до 0,6 МПа, пластинчатый теплообменник с рабочей температурой сред от 80°С до 100°С, где в качестве теплоносителя применен этиленгликоль или пропиленгликоль, причем газопоршневой силовой агрегат и тепловой модуль смонтированы внутрь контейнера. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Блочно-модульная контейнерная автоматизированная электростанция, содержащая газопоршневой силовой агрегат мощностью от 450 кВт до 4200 кВт, отличающаяся тем, что содержит тепловой модуль, содержащий насос производительностью от 50 м³/ч до 300 м³/ч, балансировочный клапан, гидравлический разделитель с объемом бака от 40 литров до 400 литров и рабочим давлением бака от 0,1 МПа до 0,6 МПа, пластинчатый теплообменник с рабочей температурой сред от 80°С до 100°С, где в качестве теплоносителя применен этиленгликоль или пропиленгликоль, причем газопоршневой силовой агрегат и тепловой модуль смонтированы внутрь контейнера.

2. Блочно-модульная контейнерная автоматизированная электростанция по п. 1, отличающаяся тем, что тепловой модуль смонтирован на раму.

3. Блочно-модульная контейнерная автоматизированная электростанция по п. 1, отличающаяся тем, что содержит котел-утилизатор.