Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Обзор методов утилизации вторичных энергоресурсов тепловых двигателей






КУ Лекция 6 ДВС

Когенерационные установки на базе поршневых двигателей

Когенерационные схемы на базе дизеля

Дизельный двигатель является двигателем внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Поскольку такие двигатели втягивают воздух, то он сжимается в двигателе до уровня, который существенно выше, чем в двигателях с воспламенением от искры, в которых используется топливовоздушная смесь. Вдобавок ко всему, двигатели с воспламенением от искры очень чувствительны к детонации. С точки зрения КПД дизельный двигатель является наиболее эффективным двигателем внутреннего сгорания. Низкооборотные двигатели большего рабочего объема могут иметь КПД в 50% и выше.

Обычно принимается следующее распределение энергии сгорания газа:

33-45% преобразуется в механическую работу (электроэнергию);

до 39% отводится системой охлаждения двигателя.

Основные источники тепла в дизельном двигателе [17]:

тепло уходящих газов; тепло, отводимое в контуре охлаждения цилиндров двигателя; тепло, отводимое при охлаждении масла; тепло, отводимое от корпуса двигателя. При этом 30% тепла уходит с выхлопными газами, 10-5% теряется в виде теплового излучения.

Рассмотрим ряд когенерационных схем на базе дизельного двигателя и их тепловые балансы.Для типовой комплектации когенерационных схем на базе дизеля было выбрано оборудование, его характеристики приведены в табл. 1.5 [14].

ТАБЛИЦА 1.5.

Дизельный двигатель-электрогенератор Perkins 4016E61TRS
Электрическая мощность, кВт  
Тепловая мощность, кВт  
Температура уходящих газов, °С  
Расход топлива при 100% нагрузке, нм³ /ч  
Котел водогрейный КВ-ГМ-30
Тепловая мощность, кВт  
Температура уходящих газов, °С  
Расход топлива при 100% нагрузке, нм3/ч  
КПД котла, % 91, 2

 

Рассмотрим на рис. 1.5 простейшую схему когенерационной установки на базе ДВС FG Wilson с двумя теплообменниками для утилизации выхлопных газов и охлаждения масла.

Рис. 1.5. Тепловая схема работы когенерационной установки на базе ГПД и двух утилизаторов: 1 – потребитель тепловой нагрузки; 2 – циркуляционный насос; 3 – двигатель внутреннего сгорания, 4 – воздушный охладитель (аварийный), 5 – утилизационный теплообменник, 6 – утилизатор контура охлаждения двигателя, Т - подача топлива.[14]

Тепловой баланс схемы представлен на рис. 1.6.

 

Рис. 1.6. Тепловой баланс когенерационной схемы на базе ДВС и утилизаторов теплоты [14]

Как видно из баланса, основные тепловые потери в схеме приходятся на теплообменники утилизации теплоты уходящих газов и контура охлаждения двигателя, а также с уходящими газами. Коэффициент использования теплоты топлива составляет 86, 2 %.

Упрощенная когенерационная схема, в состав которой входит также водогрейный котел, представлена на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Тепловая схема когенерационной установки на базе ДВС и ВК [14]:

1 - тепловой потребитель; 2 - циркуляционный насос; 3 - двигатель внутреннего сгорания; 4 – воздушный охладитель; 5 - утилизационный теплообменник; ВК - водогрейный котел; Т - подача топлива; П - подпитка.

 

В схеме уходящие газы после ДВС поступают в водогрейный котел непосредственно или (как один из вариантов) происходит предварительный подогрев питательной воды за счет ТН. Для расчета теплового баланса был выбран водогрейный котел типа КВ-ГМ-30, из условий, что доля уходящих газов ДВС составит 10 % от массового расхода уходящих газов котла. Таким образом, водогрейный котел служит утилизатором выхлопа ДВС, Двигатель служит надстройкой водогрейной котельной. Тепловой баланс схемы представлен на рис. 1.8.

Основные потери теплоты топлива связаны с химической и механической неполнотой сгорания топлива в котле, а также от наружного охлаждения котельного агрегата и потерей теплоты с уходящими газами. КИТ этой схемы составляет 93%, это обусловлено достаточно высоким КПД водогрейного котла - 91, 2 %, При установке теплообменника глубокой утилизации КИТ схемы возрастет до 95, 1 %, потери с уходящими газами составят 840 кВт. Температура уходящих газов снизится до 60°С.

Рис. 1.8. Тепловой баланс когенерационной схемы на базе ДВС и ВК [14]

 

Основные потери теплоты топлива связаны с химической и механической неполнотой сгорания топлива в котле, а также от наружного охлаждения котельного агрегата и потерей теплоты с уходящими газами. КИТ этой схемы составляет 93%, это обусловлено достаточно высоким КПД водогрейного котла - 91, 2 %, При установке теплообменника глубокой утилизации КИТ схемы возрастет до 95, 1 %, потери с уходящими газами составят 840 кВт. Температура уходящих газов снизится до 60°С.

Также существуют другие схемы использования ДВС: например надстройка парового конденсационного блока дизелем, когда выхлопными газами вначале подогревается питательная вода, а затем они поступают в паровой котел. Существует и ряд других схем использования дизелей. Таким образом, использование дизелей в когенерационных установках является эффективным решением для повышения КПД установок.

Обзор методов утилизации вторичных энергоресурсов тепловых двигателей

Общая структура вторичных энергоресурсов тепловых двигателей выглядит следующим образом:

§ Высокотемпературные – уходящие газы тепловых двигателей (от 400 до 630 0С)

§ Среднетемпературные – отвод теплоты при охлаждении узлов и механизмов тепловых двигателей (температура от 70 до 150 0С).

§ Низкотемпературные – отвод теплоты с циркуляционной водой (для ПТУ и ПГУ, от 20 до 45 0С).

Использование ВЭР высокого и среднего потенциала возможно без значительных технических сложностей и реализуется для:

§ подогрева воды, используемой для горячего водоснабжения и отопления;

§ подогрева питательной воды для различных агрегатов;

§ подогрева воздуха в зимний период для вентиляционных установок, совмещенных с воздушным отоплением.

Рассмотренные выше способы утилизации ВЭР охватывают области ВЭР среднего и высокого потенциала. В то же время количество ВЭР низкого потенциала весьма значительно и по своему объему (с учётом преимущественного использования ПТУ для производства электрической энергии в России) сравнимо с объёмом ВЭР среднего и высокого потенциала; например, только в Москве с циркуляционной водой на ТЭЦ ОАО «Мосэнерго» безвозвратно теряется около 26 млн. Гкал (30 млн. МВт), из них 40% в отопительный и 60% - в летний период [105].

До недавнего времени использование ВЭР низкого потенциала считалось неэффективным. Однако рост цен на энергоресурсы требует более полного использования теплоты сгорания топлива. Также в свете продолжающегося глобального потепления важно ограничить тепловые выбросы в окружающую среду [51, 54]. Одним из эффективных способов утилизации низкопотенциальных ВЭР является применение тепловых насосов.


Поделиться с друзьями:

mylektsii.su - Мои Лекции - 2015-2024 год. (0.009 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал