Меню Рубрики

Когенерационные установки двигателя внутреннего сгорания

Когенерационные установки на основе двигателей внутреннего сгорания

Рубрика:

Экономия топлива При производстве тепловой энергии, Экономия топлива При производстве электрической энергии.

Классификация технологии:

Технологический.

Статус рассмотрения проекта Координационным Советом:

Не рассматривался.

Объекты внедрения:

Промышленность, Котельные, РТС, КТС, ТЭЦ.

Эффект от внедрения:

для объекта: экономия топлива, возможность получения дополнительной прибыли;
для муниципального образования: экономия топлива, получение дополнительных источников энергии.

При использовании двигателей внутреннего сгорания (поршневых двигателей) возможна утилизация тепла смазочного масла, охлаждающей воды, а также выхлопных газов, как показано на рис.

В двигателях внутреннего сгорания (ДВС) энергия химических связей топлива преобразуется в тепловую энергию в результате сжигания. Образующиеся при сгорании газы расширяются в цилиндре, приводя в движение поршень. Механическая энергия движения поршня передается маховику посредством коленчатого вала, а затем преобразуется в электроэнергию при помощи генератора переменного тока. Благодаря непосредственному преобразованию энергии высокотемпературного теплового расширения в механическую, а затем электрическую энергию двигатели внутреннего сгорания характеризуются наибольшим тепловым КПД (производством электроэнергии на единицу использованного топлива) среди одноступенчатых (первичных) двигателей. Как следствие, они отличаются и наименьшими удельными выбросами CO2 на единицу произведенной энергии.

Мощность существующих установок на основе двухтактных двигателей с низкими оборотами ( 1500 об./мин.) имеют мощность 3 МВтэ и обычно используются в качестве пиковых источников.

Наиболее распространенными типами двигателей внутреннего сгорания являются дизель, двигатель с искровым зажиганием и двухтопливный двигатель. Установки внутреннего сгорания могут использовать широкий диапазон видов газообразного и жидкого топлива, включая природный, попутный, и шахтный газы, газ, образующийся на полигонах ТБО, биогаз, продукты пиролиза, жидкое биотопливо, дизельное топливо, сырую нефть, тяжелый мазут, топливные эмульсии и отходы нефтепереработки.

Рисунок. Когенерационная установка на основе двигателя внутреннего сгорания

Как правило, стационарная ДВС-электростанция (т.е., станция, не являющаяся передвижным генератором) состоит из нескольких энергоблоков, работающих параллельно. Ряд независимо работающих установок в сочетании с высоким КПД в условиях неполной нагрузки обеспечивают надежность и гибкость энергоснабжения, позволяя наилучшим образом удовлетворять быстро меняющиеся потребности. Время запуска подобных систем из холодного состояния невелико по сравнению с аналогичной характеристикой парогазовых или паровых электростанций на угольном, нефтяном или газовом топливе. Запущенная система на основе ДВС способна оперативно реагировать на изменения нагрузки, при необходимости обеспечивая быструю стабилизацию параметров сети.

С двигателями внутреннего сгорания могут использоваться замкнутые системы водяного охлаждения, что делает водопотребление соответствующих электростанций крайне низким.

Компактная конструкция ДВС-систем делает их пригодными для организации распределенного производства тепла и электроэнергии в непосредственной близости от конечных потребителей в городских и промышленных районах. Это позволяет снизить связанные с распределением потери в трансформаторах, линиях электропередач и трубопроводах. Типичные потери в распределительных и передающих сетях при централизованном производстве электроэнергии составляют 5-8% произведенной энергии; потери тепла в муниципальных сетях централизованного теплоснабжения составляют менее 10%. Следует иметь в виду, что наибольшие потери имеют место в сетях низкого напряжения, а также в соединениях на уровне

конечного потребителя. С другой стороны, производство электроэнергии на крупных централизованных электростанциях, как правило, является более эффективным.

Высокий КПД одноступенчатой генерации на основе ДВС в сочетании с относительно высокой температурой выхлопных газов и охлаждающей воды делает эту технологию идеальным решением для когенерации. Как правило, в выхлопных газах содержится около 30% энергии, выделяющейся при сжигании топлива, а в потоках охлаждающей воды — около 20%. Энергия выхлопных газов может быть утилизирована при помощи котла-утилизатора или теплобоменника, используемых для производства пара, горячей воды или горячего масла. Кроме того, горячие выхлопные газы могут быть непосредственно или косвенно (при помощи теплообменника) использованы в различных технологических процессах, например, для сушки. Потоки охлаждающей воды могут быть разделены на высокотемпературный и низкотемпературный контуры. Потенциал утилизации энергии воды зависит от минимальной температуры, отвечающей потребностям потребителя тепла. Потенциал охлаждающей воды может быть использован практически полностью в централизованной системе теплоснабжения с низкими температурами возврата. Утилизация тепла, отводимого при охлаждении двигателя, в сочетании с котлом-утилизатором энергии выхлопных газов и экономайзером, способна обеспечить использование (в форме электроэнергии и тепла) до 85% энергии жидкого топлива и до 90% энергии газообразного топлива.

Тепловая энергия может поставляться конечному потребителю, в зависимости от его потребностей, в форме пара (вплоть до перегретого пара с давлением до 20 бар), горячей воды или горячего масла. Тепло может также использоваться в абсорбционном процессе охлаждения для производства охлажденной воды.

Возможно также использование абсорбционных тепловых насосов для повышения температуры охлаждающей воды низкотемпературного контура до более высокого уровня, позволяющего использовать эту воду в системах централизованного теплоснабжения с высокой температурой возврата.

Для компенсации краткосрочных рассогласований между графиком потребностей в электроэнергии и тепле/холоде могут использоваться аккумуляторы горячей и холодной воды.

Типичный КПД (по отношению к энергии топлива) при использовании двигателей внутреннего сгорания для производства электроэнергии находится в диапазоне 40-48%; в схемах когенерации с эффективной утилизацией тепла КПД может достигать 85 — 90%. В схемах тригенерации необходимая гибкость может быть достигнута за счет поддержания запасов горячей и охлажденной воды, а также резервных (пиковых) мощностей — компрессорных холодильных установок и работающих за счет непосредственного сжигания топлива резервных водогрейных котлов.

Принципиальное решение об использовании когенерации и выбор конкретного метода определяются рядом факторов; даже предприятия с аналогичными потребностями в энергии не могут считаться абсолютно одинаковыми в этом отношении. Во многих случаях принципиальное решение о внедрении когенерации определяется следующими факторами:

  • принципиальным является наличие достаточных потребностей в тепле, отвечающих возможностям когенерации с точки зрения количества, температуры и т.п.;
  • наличие у предприятия базисной нагрузки, т.е. уровня, ниже которого потребление электроэнергии опускается редко;
  • сходный характер графиков потребностей в тепловой и электрической энергии;
  • соотношение цен на топливо и тарифов на электроэнергию, обеспечивающее экономическую эффективность когенерации;
  • высокий ожидаемый уровень загрузки (желательно более 4-5 тыс. час. работы при полной нагрузке в год).

В целом, применение когенерации оправдано на тех предприятиях, где имеются значительные потребности в тепле при температурах, соответствующих низкому или среднему давлению пара. При оценке потенциала производства с точки зрения когенерации важно убедиться в том, что нет оснований ожидать существенного сокращения потребностей в тепле. В противном случае эксплуатация системы, рассчитанной на производство избыточного тепла, окажется неэффективной.

Использование когенерационных систем на основе двигателей внутреннего сгорания может быть целесообразно на предприятиях, где выполняются следующие условия:

  • потребность в энергии носит циклический характер или не является постоянной;
  • существует потребность в паре низкого давления или горячей воде средней/низкой температуры;
  • требуется высокое значение соотношения электрической и тепловой энергии;
  • если доступен природный газ, предпочтительным является использование двигателей внутреннего сгорания на этом виде топлива;
  • если природный газ недоступен, могут использоваться дизельные двигатели на мазуте или сжиженном нефтяном газе;
  • при электрической нагрузке менее 1 МВтэ — искровое зажигание (доступны системы мощностью от 0,003 до 10 МВтэ);
  • при электрической нагрузке более 1 МВтэ — воспламенение от сжатия (доступны системы мощностью от 3 до 20 МВтэ).

По материалам «Справочного документа по наилучшим доступным технологиям обеспечения энергоэффективности»

Статьи на данную тему:

Здесь мы можем разместить контактную информацию о Вашей компании и ссылку на Ваш сайт
Как разместить контактную информацию

Для того чтобы добавить описание энергосберегающей технологии в Каталог, заполните опросник и вышлите его на c пометкой «в Каталог».
Скачать опросник

источник

Принцип когенерации. Схема когенерационной установки

Когенерационные установки представляют собой технологическое оборудование, используемое для совместного производства электро- и тепловой энергии. Процесс когенерации осуществляется посредством агрегата, включающего в себя электрогенераторную установку с поршневым двигателем (газопоршневая электростанция) и систему утилизации вырабатываемого тепла. Применение электростанций с технологией когенерации позволяет с используемого топлива получать две формы энергии — электрическую и тепловую. В качестве топлива для когенерационных установок на базе газопоршневых электростанций может использоваться газ — природный, коксовый, биогаз, попутный нефтяной газ (ПНГ) и т.д. Когенерационные установки являются альтернативой существующему энергоснабжению в промышленной и социально значимой сфере, что обуславливается очевидными преимуществами используемого агрегата.

Принцип действия когенерации позволяет использовать тепловую энергию, которая, как правило, уходит в атмосферу вместе с дымовым газом, либо через градирни.
В когенерационной установке имеются 4 основных узла:

  • газопоршневой двигатель внутреннего сгорания
  • электрогенератор
  • система утилизации тепла
  • система управления

Ниже представлена схема когенерационной установки на базе газопоршневой электростанции серии АГП производства ЗАО «ПФК «Рыбинсккомплекс», описан принцип действия когенерации:

Весь принцип работы системы утилизации тепла основан на использовании тепловой энергии выхлопных газов газопоршневой установки.

Жидкостный теплоноситель потребителя (вода) направляется в котёл-утилизатор выхлопных газов. Отходящие газы двигателя внутреннего сгорания проходят через кожухотрубный теплообменник, где производится перенос тепловой энергии жидкостному теплоносителю когенерационной установки, нагревая его до температуры в 90 °С. Далее теплоноситель (вода) отправляется в тепловую сеть потребителя.

Данный контур является основным тепловым контуром оборудования, так как именно здесь осуществляется передача тепловой мощности на теплообменник потребителя.

Тепловой баланс когенерационной установки, (если потребление тепловой энергии клиентом становится меньше, чем вырабатывается когенерационной установкой), обеспечивается байпасным клапаном, который отводит часть выхлопных газов, минуя котёл-утилизатор, в атмосферу через глушитель двигателя.

Отрасль применения когенерационных установок

Тепловая система когенерационной установки имеет значительный потенциал применения в следующих отраслях:

  • пищевой
  • текстильной
  • оборонно-промышленной
  • химической
  • нефтеперерабатывающей (для утилизации ПНГ)
  • в сфере ЖКХ
  • в системах теплоснабжения общественно-социальных объектов и т.д.

Газопоршневые электростанции серии АГП и когенерационные установки производства ЗАО «ПФК «Рыбинсккомплекс» используются в качестве основного или резервного источника электро- и теплоэнергии для промышленных предприятий и жилого сектора. Модельный ряд газопоршневых электростанций, на которые возможна установка системы утилизации тепла нашего производства: АГП-60, АГП-100, АГП-150, АГП-200, АГП-250, АГП-315, АГП-350.

Организации, использующие когенерационную установку, обеспечивают собственные потребности в электро- и теплоэнергии, что в значительной степени снижает себестоимость выпускаемой продукции и возрастает энергетическая безопасность.

источник

Паропоршневые технологии в малых когенерационных установках/А. Кропачев

Малая когенерация в частном жилом секторе имеет большие перспективы по энергосбережению и экономии энергоресурсов в масштабах всего общества. Применение паропоршневых технологий в домашних когенерационных установках имеет свои преимущества и может стать основным направлением в развитии малой когенерации. В статье анализируется опыт разработок и внедрения в производство микро-КГУ на паровых двигателях в России и в мире на примерах.

К огенерация — совместное производство тепловой и электрической энергии — является наиболее экономичным способом использования всей энергии, содержащейся в топливе. Как есть «большая» когенерация в виде ТЭЦ в крупных городах, так существует и «малая» когенерация в виде микро-КГУ (когенерационные установки), обеспечивающих частные дома электричеством и тепловой энергией для отопления и горячего водоснабжения. Известны несколько основных типов микро-КГУ, различающихся по способу преобразования газового топлива в электрическую энергию (КГУ для дома на других видах топлива — пеллетах, угле, дровах и так далее – пока не созданы). Это небольшие газопоршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС), топливные ячейки, двигатели Стирлинга и паровые двигатели (последние два вида можно объединить как двигатели внешнего сгорания). Несмотря на то, что на сегодня микро-КГУ с паровым двигателем остаются в статусе экспериментальных разработок, потенциально они обладают несомненными преимуществами:

— возможность работы практически на любом сгораемом топливе, в том числе на отходах и биотопливе;

— наиболее полное сгорание топлива (по сравнению с ДВС) и, как следствие, крайне низкие выбросы;

— низкий шум (по сравнению с ДВС);

— высокий общий КПД в режиме когенерации (тепло + электричество);

— низкая стоимость при массовом серийном производстве.

Учитывая эти весомые достоинства, доведенная до серийного производства паропоршневая микро-КГУ может составить достойную конкуренцию другим типам КГУ и внести свой вклад в энергосбережение и экономию ресурсов не только для отдельного домохозяйства, но и всего общества.

Паровые поршневые двигатели в когенерации

Применение паровых двигателей в когенерационных установках имеет давние традиции. Например, в нашей стране в первой половине 20-го века массово производились так называемые локомобили для использования в районах с недостаточным обеспечением электроэнергией. Это были компактные энергоагрегаты на стационарном или колесном шасси, имеющие в составе объединенные в один блок паровой котел и паровой двигатель, часто с электрогенератором. Как правило, они работали на угле, дровах или сельскохозяйственных отходах и применялись для привода механизмов или выработки электроэнергии. Кроме того, остаточное тепло отработанного пара использовалось для отопления, горячего водоснабжения, сушки сельхозпродукции и т. д. В СССР такое совмещенное производство и использование тепла и электричества называлось теплофикацией, что по сути аналогично современному понятию когенерации.

Для примера приведем технические данные типового малого локомобиля П-25 (рис. 1), серийно выпускавшегося Людиновским локомобильным заводом: мощность — 25 л.с., число оборотов — 300 об/мин., давление пара — 12 атм., температура пара 300 °С, шасси — колесный прицеп, вес — 4100 кг.

Но со второй половины 20-го века началось масштабное освоение новых месторождений нефти и стоимость дизельного топлива и бензина значительно снизилась. Кроме того, было освоено массовое производство дизельных и бензиновых двигателей для приводов электрогенераторов и различных агрегатов, налажена доставка топлива в самые отдаленные районы страны. Оказалось, что по сравнению с паровыми двигателями ДВС менее материалоемки и имеют больший КПД, топливо из нефти более энергоемко и для него проще организовать логистику, ДВС легче автоматизировать и встроить в различную технику. В результате локомобили экономически проиграли ДВС и их производство было свернуто.

С наступлением 21 века ситуация изменилась: появились новые материалы и технологии обработки, автоматизация оборудования с применением компьютерных технологий вышла на новый уровень. Теперь появились возможности разработать паровой двигатель нового поколения, который сохранил бы свои принципиальные преимущества, а по основным техническим характеристикам вышел бы на уровень или приблизился к ДВС. Доказательным примером такого подхода стал проект немецкой компании Spilling, которая разработала и производит паровые поршневые машины, работающие в режиме когенерации и выдающие от 100 до 1200 кВт электрической мощности.

Но наиболее актуальной сферой применения подобного двигателя может стать микро-КГУ для индивидуальных домохозяйств. Многие научные коллективы и промышленные компании по всему миру ведут разработки в области паропоршневых технологий и их приложений к малой когенерации.

КГУ Lion Powerblock

Наиболее известным примером использования парового двигателя в малой когенерации стала микро-КГУ немецкой фирмы OTAG Vertribes под названием Lion Powerblock (рис. 2). Установка была разработана в 2000-х годах и выпущена небольшой пилотной партией. К сожалению, потом производство было прекращено, но до сих пор в Европе можно найти в продаже бывшие в употреблении Lion Powerblock.

Конструктивно эта КГУ сильно отличается от традиционных подходов: в основе лежит двухцилиндровый свободнопоршневой паровой двигатель. Цилиндры сориентированы оппозитно в одну линию и развернуты крышками наружу, через которые поступает рабочий пар. Внутри цилиндров возвратно-поступательно движется единый поршень. Поршень представляет собой блочную конструкцию вместе с ротором линейного электрогенератора. На корпусе цилиндров расположены обмотки статора электрогенератора. В остальном установка более традиционна: в качестве источника тепла используется наддувная газовая горелка, в котле применяется стальной змеевик, в котором вода нагревается до пара с давлением 25–30 и температурой до 350 °С.

КГУ Lion Powerblock работает следующим образом (рис. 3): в цилиндры поочередно подается свежий пар, поршень движется вместе с ротором, который, проходя мимо обмоток статора, возбуждает в них электрический ток. Двигатель — прямоточного типа, и поршень, доходя до выпускных окон в цилиндре, открывает выход отработавшему пару в конденсационный теплообменник. В теплообменнике циркулирует теплоноситель из отопительной системы дома, нагреваясь от конденсирующегося пара. Пар в виде конденсатной воды снова подается в змеевик котла при помощи водяного насоса.

Рис. 3. Схема КГУ lion-Powerblok: 1 – паровой двигатель; 2 – паропровод; 3 – правый цилиндр; 4 – испарительная трубка; 5 – горелка; 6 – электропитание дома;
7 – сдвоенный поршень; 8 – теплообменник; 9 – электрогенератор; 10 – левый цилиндр

Технические данные КГУ Lion Powerblock: корпус – моноблок с габаритными размерами 126×62×83 см. Топливо — природный газ, диапазоны мощностей: электрическая — от 0,2 до 3 кВт, тепловая — от 2 до 16 кВт. Рабочая частота: 40–75 Гц, или 2400–4500 движений поршня в минуту. Общий вес — 160 кг. Рабочий шум — 44 дБ. Выходной ток преобразуется через инвертор и выдается с напряжением 230В частотой 50 Гц.

Некоторое время назад сообщалось, что готовится к производству версия Lion Powerblock, работающая на пеллетах, но на сегодня дополнительной информации нет.

Паровой двигатель Cyclone

Американская компания Cyclone Power Technologies разрабатывает многообещающий проект — целую линейку паровых двигателей под общим названием Cyclone, мощностью от единиц до сотен киловатт. Компания-разработчик заявляет о многих областях применения своих двигателей: электрогенерация на сжигаемом топливе, транспорт, военная техника и даже солнечные электростанции, но когенерационных установок среди них нет. Тем не менее этот проект находится на стадии испытаний прототипов и даже, как заявляет Cyclone Power Technologies, изготовления малых партий опытных образцов для тестирования заказчиками. Если проект окажется успешным, то при необходимости готовый небольшой двигатель серии Cyclone (как и любой другой паровой двигатель) можно будет адаптировать под микро-КГУ без особых технических проблем.

Рис. 4. Паровой двигатель Cyclone

Все двигатели Cyclone (рис. 4) имеют общую конструкцию — это многоцилиндровый прямоточный паровой двигатель со звездообразным расположением цилиндров на общем валу. Все составляющие элементы — сам двигатель, горелки с наддувом, камеры сгорания с водяными трубками, конденсационные камеры и водяной насос – собраны в единый интегрированный блок. В отличие от обычного парового котла, в Cyclone вода в трубках нагревается до суперкритического состояния, впрыскивается в цилиндры и уже в них вскипает, превращаясь в пар. Впрыскивание происходит при помощи клапанов, управляемых регулируемым кулачковым механизмом, приводимым от коленчатого вала. Еще одно отличие Cyclone от прочих паровых двигателей — в конденсационных камерах. В них нет теплообменников, а отработавший пар, вышедший из цилиндров, циркулирует внутри камер и конденсируется на их стенках сложной формы. Эти стенки для охлаждения обдуваются наружным воздухом при помощи вентилятора. Далее конденсатная вода подается питающим насосом для повторного использования в двигателе. Еще одна инновация Cyclone – развитая термическая регенерация: это нагрев как внешнего воздуха, забираемого для горения топлива, так и воды, подаваемой питательным насосом в водяные трубки камеры сгорания — все за счет тепла, вырабатываемого двигателем в процессе работы. Воздух нагревается, проходя через конденсационные камеры и мимо выхлопных труб специальной формы. Вода подогревается, циркулируя по змеевикам, обернутым вокруг каждого цилиндра.

Информации о технических данных Cyclone мало и она сильно отличается в зависимости от версии двигателя. Приведем наиболее полные данные, опубликованные на электронном ресурсе (Cyclone Waste Heat Engine Specification / Cyclone Power Technologies, Inc. // URL: https://web.archive.org/web/ https://web.archive.org/web//http://www.cyclonepower.com/PDF/WHE_Spec_Sheet.pdf) для одной из версий под названием Cyclone Waste Heat Engine (WHE-25): количество цилиндров — 6; рабочий объем (общий) — 0,406 л; количество оборотов — от 50 до 3000 об/мин.; рабочее давление — от 1,7 до 14 бар; мощность — 11,8 кВт при 3000 об/мин., давлении 14 бар и температуре 315 ºС.

В настоящий момент подтвержденных известий о серийном производстве двигателей Cyclone пока нет.

Разработки «Промтеплоэнергетики»

В России также проводятся разработки по применению паровых поршневых машин в малой когенерации. В Москве научной группой (далее НГ) «Промтеплоэнергетика» ведутся как теоретические, так и экспериментальные исследования в этой области, разрабатываются и тестируются опытные образцы паровых двигателей. Базовая идея, лежащая в основе этих разработок, — паровой двигатель для микро-КГУ необходимо делать на основе существующих серийных двигателей внутреннего сгорания. Так, например, еще в 2004 г. группой был создан и испытан паровой двигатель на базе ДВС УД-2М. Исходно это был одноцилиндровый бензиновый 4-тактный двигатель с рабочим объемом 600 см3. После конверсии в паровую машину к двигателю был подсоединен асинхронный электрогенератор. На испытаниях была получена электрическая мощность 2.18 Квт при давлении насыщенного пара 8,2 кг/см2 на оборотах 1400 об/мин. («Совершенствование систем энергоснабжения в газифицированных регионах России на базе поршневых технологий»: Дис. канд. техн. наук: 05.14.01/ Дубинин Владимир Сергеевич, НИУ «МЭИ». — М., 2013. — 242 с.). Также велись работы по конверсии в паровые машины автомобильных двигателей ВАЗ-2103 и ЗМЗ-402.

Рис. 5. Паровой мотор с газодинамическим устройством: 1 – сопло; 2 –выпускное окно; 3 – двигатель

Одно из отличительных новшеств, применяемых НГ в своих паровых двигателях — газодинамическое устройство для впуска пара в цилиндр (рис. 5), запатентованное как изобретение. Устройство представляет собой сужающееся сопло в крышке цилиндра, через которое поступает свежий пар в двигатель. Выпуск отработавшего пара происходит через выпускные окна в стенках цилиндра, образуя прямоточную схему работы двигателя. Давление свежего пара всегда больше давления внутри цилиндра, что обеспечивает постоянную подачу пара к поршню и непрерывное движение поршня вместе с шатуном и коленвалом. Предложенное устройство позволяет отказаться от сложных органов парораспределения, таких как золотники и клапаны, а значит, упростить и удешевить сам двигатель и снизить потери мощности на работу органов парораспределения.

НГ продолжает вести работы над созданием паропоршневой КГУ и планирует провести испытания одного из своих паровых двигателей, используя пар, вырабатываемый действующей местной котельной.

Когенерационная установка «КРОПАТ»

Автором статьи с 2013 г. ведется разработка газовой когенерационной установки с паровым двигателем, предназначенной для обеспечения индивидуальных домов электроэнергией и теплом для отопления и ГВС. Этот проект получил название «КРОПАТ», и к настоящему времени (сентябрь 2017 г.) собран прототип КГУ и испытан в тестовом режиме (Кропачев А. М. ТЭЦ на вашей кухне // Техника — молодежи. — 2017. — №10. — С. 14-15).

Рис. 6. Прототип КГУ «КРОПАТ»

По конструкции прототип КГУ «КРОПАТ» (рис. 6) представляет собой единый агрегат, собранный на алюминиевом каркасе размером 140×70×190 см (Ш×Г×В). В состав КГУ входят: прямоточный паровой котел, паровой двигатель, асинхронный электрогенератор, конденсационный блок, водяной бак, питаюший насос, паровая и водяная арматура и система управления. Паровой котел состоит из стального корпуса, газовой горелки и змеевика из медных трубок. Паровой двигатель является переделкой двухтактного одноцилиндрового бензинового двигателя объемом 250 куб. см. Подача пара осуществляется через золотник в крышке цилиндра, а выпуск — через выпускные окна в стенках цилиндра, образуя прямоточную схему работы двигателя. Электрогенератор сделан из трехфазного асинхронного электродвигателя путем подключения блоков конденсаторов параллельно выводам каждой фазы. Конденсационный блок состоит из трех теплообменников «пар-вода», каждый из которых заключен в отдельный корпус. Водяной питающий насос — электрический, обеспечивает высокое давление для подачи конденсатной воды из бака в котел. В систему управления входят: микрокомпьютер «Ардуино» с дисплеем, датчики давления и температуры пара, датчики уровня воды в баке, реле подключения электрической нагрузки.

Схема прототипа КГУ «КРОПАТ» приведена на (рис. 7). Съем тепла с теплообменников «пар-вода» происходит при помощи воды, циркулирующей через них и внешний воздушный теплообменник. Этот теплообменник рассеивает тепло в атмосферу при помощи вентилятора, прогоняющего через него наружный воздух.

Рис. 7. Принципиальная схема прототипа КГУ «КРОПАТ»

Демонстрация работы (официальный веб-сайт проекта «КРОПАТ». 2017 // URL: https://www.kropat.ru/video) и испытания прототипа проводились на сжиженном газе, поступавшем из бытового газового баллона. После запуска и выхода на рабочий режим, система управления подключила электрическую нагрузку в виде шести лампочек накаливания по 100 Вт. Испытания велись на насыщенном паре с давлением 12 атм и температурой 190 °С. Измеренные данные по электрическим параметрам показали мощность, достигающую 300 Вт при оборотах двигателя 450 об/мин. Прототип показал устойчивую бесперебойную работу в течение 2 ч до истечения из баллона оставшегося газа.

После успешно проведенных испытаний начат следующий этап — доработка прототипа до заданных проектом рабочих параметров КГУ: от 1,5 до 2,5 кВт по электрической мощности и от 10 до 25 кВт по тепловой мощности.

Можно сделать вывод, что паропоршневые технологии являются перспективным направлением в деле создания практичного и экономичного КГУ для частного использования. Примеры исследований и внедрения в производство демонстрируют, что специалисты и компании из разных стран видят большие возможности в этом направлении и вкладывают немало сил и средств в развитие современных технологий применения пара в малой когенерации. Практика показывает, что на пути к микро-КГУ на паровом двигателе остается немало трудностей как технического, так и экономического характера. Но остается несомненным, что при совместных усилиях всех заинтересованных сторон из научных, промышленных и государственных сфер все эти препятствия можно преодолеть и потребитель получит недорогой и эффективный домашний источник тепла и электричества.

источник

Читайте также:  Установка предпускового подогревателя двигателя 220в на газель