Схемы когенерационных установок на базе газопоршневых двигателей
Рассмотрим возможные схемы утилизации отводимой от двигателя теплоты. В таком случае одновременная выработка электрической и тепловой энергии позволяет рассматривать данные установки как когенерационные, работающие по свободному электрическому графику и вынужденному тепловому.
В таких схемах теплообменники системы охлаждения двигателя являются утилизационными теплообменниками, позволяющими получать полезную тепловую энергию в виде отводимой от двигателя горячей воды или пара.
На рис.7.11 представлены различные схемы утилизационных установок. Вода, циркулирующая в контуре потребителя тепловой энергии (ПТЭ) (рис.7.11 а), последовательно проходит теплообменник охлаждающей жидкости (ВВТ) и затем газоводяной подогреватель (ГВТ), в котором нагревается до 91-95 оС и направляется тепловому потребителю.
В схеме на рис.7.11 в охлаждающая жидкость (тосол) циркули-
рует в замкнутом контуре, повышая свою температуру в газожидкостном теплообменнике за счет теплоты уходящих газов. Затем охлаждающая жидкость проходит сетевой подогреватель (СТО), в котором отдает теплоту сетевой воде. Отсутствие промежуточного теплоносителя упрощает схему утилизации отводимой от двигателя теплоты.
При ограниченной потребности в тепловой энергии утилизируется только теплота отработанных газов двигателя. В этом случае система утилизации существенно упрощается и ограничивается вторичным замкнутым контуром, включающим в себя только два теплообменника ГВТ и СТО. Схема такой установки представлена на рис.7.11 г.
Рис.7.11. Схемы утилизации тепловой энергии двигателей внутрен-
него сгорания:
ОГ - отработанные газы; ОЖ - охлаждающая жидкость двигателя; 1 - генератор; 2 - двигатель; 3 - газоводяной теплообменник; 4 - водо-водяной теплообменник; 5 - насос в системе охлаждения двигателя (штатный); 6 - сетевой теплообменник; 7 - циркуляционный насос
На рис 7.12 представлена схема когенераторной установки с паровым котлом-утилизатором и водоподогревательной установкой системы отопления. Такие установки находят применение на промышленных предприятиях [27]. Примером такого решения может явиться мини-ТЭЦ одного из промышленных предприятий, в состав которой входят три газопоршневых двигателя, суммарной номинальной электрической мощностью 18 МВт. Мощность паровой части установки - 9 МВт (отпускается насыщенный пар при давлении 0,9 МПа). Мощность водяной части установки - 8 МВт (отпускается вода при температурном графике 95/50 оС). Горячая вода, используе-
мая в системе отопления, подогревается в газоводяном подогревателе, установленном за котлом-утилизатором.
Рис.7.12. Схема когенерационной установки для выработки пара и горячей воды:
1 – газопоршневой двигатель; 2 – теплообменник охлаждения двигателя; 3 – охладитель смазочного масла; 4 – паровой котел - утилизатор; 5 – газоводяной охладитель; 6 – система отопления; 7 – система ГВС; 8 – теплообменник системы ГВС; 9 - паропотребитель
Далее рассмотрим когенераторную схему источника энергоснабжения средней мощности (электрическая мощность до 500 кВт), вырабатывающего тепловую энергию в виде горячей воды, идущей на отопление и ГВС.
На рис.7.13 приведена тепловая схема автономного источника энергоснабжения на базе газопоршневых двигателей.
В состав тепловой схемы входят два газопоршневых двигателя 1, которые покрывают базовые электрические и тепловые нагрузки. Один из двигателей может выполнять роль резервного агрегата.
Отводимая из системы охлаждения двигателей теплота утилизируется в пластинчатых теплообменниках 2. Антифриз с помощью насоса 5 циркулирует в системе охлаждения двигателей и передает свою теплоту воде, циркулирующей с помощью насоса 6 в замкнутом контуре системы отопления. Вода из теплообменников 2 по трубопроводу прямой воды проходит пластинчатый газоводяной теплообменник 3, в котором догревается до температуры 90 – 95 ºС газообразными продуктами сгорания топлива, отводимыми от двигателей в атмосферу. Вода, пройдя газоводяные теплообменники, поступает в коллектор прямой воды 11, из которого насосом 13 подается на отопительные приборы системы отопления.
Водопроводная вода системы ГВС подогревается в емкостном теплообменнике (бойлере) 15 до температуры 65 ºС, поддерживаемой с помощью термостата, и затем подается потребителям. Циркуляция воды в системе ГВС обеспечивается насосом рециркуляции 17.
В летний период при отсутствии отопительных и вентиляционных нагрузок вырабатываемая в газопоршневых двигателях тепловая энергия идет только на нужды ГВС. В этот период возможна работа только одного двигателя. При сохранении выработки электрической энергии от двух генераторов образуются излишки полезно используемой тепловой энергии. Указанная теплота отводится в атмосферу в охладителях 4, в которых охлаждающей средой является воздух, подающийся в них с помощью вентиляторов. Данные охладители устанавливаются на крыше здания источника энергоснабжения.
В зимний период во время максимальных отопительных, вентиляционных нагрузок, а также максимальных нагрузок ГВС тепловой энергии, вырабатываемой газопоршневыми двигателями, может не хватать для их покрытия. В этом случае недостающая тепловая энергия вырабатывается пиковым водогрейным котлом 7, подключенным к системе теплоснабжения по параллельной схеме и подающим теплоноситель с помощью насоса 8.
Для стабилизации температурного режима с целью защиты пикового котла предусматривается установка рециркуляционного насоса 9.
Технические характеристики газопоршневых двигателей приведены в табл. 7.1.
Таблица 7.1
Технические характеристики газопоршневых двигателей с двигателями Ford и GM.
Модель и показатели | FG27P1 FG30E1 | FG34P1 FG40E1 | FG40P1 FG46.5E1 | FG51P1 FG60E1 | FG65P1 FG75E1 | FG85P1 FG100E1 | GMG110P1 GMG125E1 |
Мощность кВА/кВт | 21,6/24 27/30 | 27,2/32 34/40 | 32/38 40/46,5 | 40,8/48 51/60 | 52/60 65/75 | 68/80 85/100 | 88/100 110/125 |
Модель двигателя | Ford ESG642 | Ford ESG642 | Ford ESG642 | Ford WSG 1068 | Ford WSG 1068 | Ford WSG 1068T | GM Vortec 8.1L |
Модель генератора | LL1014S | LL2014C | LL2014C | LL2014H | LL2014J | LL3014B | LL3014F |
Количество цилиндров | 6V | 6V | 6V | 8V | 8V | 8V | 8V |
Объем цилиндра, л | 4,2 | 4,2 | 4,2 | 6,8 | 6,8 | 6,8 | 8,1 |
Диаметр/ход поршня, мм | 96,8/95,0 | 96,8/95,0 | 96,8/95,0 | 90,2/105,8 | 90,2/106 | 90,2/106 | 108/111 |
Степень сжатия | 9,3:1 | 9,3:1 | 9,3:1 | 9,0:1 | 9,0:1 | 9,0:1 | 9,1:1 |
Частота вращения двигателя, об/мин | |||||||
Максималь-ная мощность на валу, кВт | 41,2/46 | 41,2/46 | 41,2/46 | 64,2/72,1 | 59,8/67,2 | 87,7/98,5 | 105/118 |
Расход топ- лива, м3/ч | 9,8/10,8 | 13,0/14,5 | 15,1/16,4 | 15,1/16,7 | 18,0/21,3 | 24,8/28,9 | 34,2/38,0 |
Тепло, отводимое через выхлоп, кВт | 17,3 | 22,8 | 28,4 | 41,2 | - | - | - |
Тепло, отводимое системой охлаждения, кВт | 15,2/13,7 | 20,8/23,4 | 22,5/25,3 | 33,4/37,5 | 41,0/46,0 | 57,5/64,6 | 106/113 |
Излучаемая теплота, кВт | 13,2/15,0 | 16,4/18,4 | 18,2/20,4 | 18,9/21,3 | 24,0/27,0 | 33,4/37,5 | 36,7/41,0 |
Температура выхлопных газов, °С | 528/550 | 575/595 | 615/631 | 560/580 | 580/610 | 660/685 | 780/810 |
Поток воздуха через радиатор, м3/мин | |||||||
Окончание табл.7.1 | |||||||
Расход воздуха на горение, м3/мин | 1,8/2,0 | 1,9/2,2 | 2,1/2,4 | 2,5/2,8 | 3,1/3,5 | 5,6/6,3 | 5,7/6,4 |
Поток отработав- ших газов, м3/мин | 2,9/3,3 | 3,8/4,3 | 4,5/5,0 | 10,2/11,5 | 11,7/13,2 | 14,1/15,8 | 16,3/18,4 |
Размеры: Д*Ш*В, мм | 2165*890*1239 | 2165*890*1239 | 2165*890*1239 | 2400*918*1364 | 2400*918*1364 | 2400*918*1339 | 2600*1100*1450 |
Масса (с ох- лаждающей жидкостью и маслом), кг |
Примечание. Все технические данные приведены для стандартных условий: температура окружающего воздуха +27 oС, высота над уровнем моря 152,4 м. Данные потребления топлива представлены в предположении полного сжигания газа с низшей теплотворной способностью 46,89 МДж/м3 (сжиженный газ) или 34,71 МДж/м3 (природный газ).
Дата добавления: 2017-04-05; просмотров: 4356;