Результат интеллектуальной деятельности: ТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для выработки электрической и тепловой энергии при совместном использовании традиционного ископаемого топлива и возобновляемой энергии ветра.

Известны теплоэлектростанции, содержащие паровой котел с топкой и газовыми горелками, дымовую трубу, соединенную с дымогарной трубой, пароперегреватель, паровую турбину и электрический генератор [Пат. РФ 2262790, МПК H02J 7/34, H02J 3/38, F03D 9/00, 2005].

Известные теплоэлектростанции при сложной технической реализации имеют ограниченный КПД и, следовательно, высокие затраты на производство тепловой и электрической энергии.

Недостатком известных технических решений также является низкая энергетическая эффективность и высокий уровень вредных выбросов продуктов горения в атмосферу.

Прототипом является теплоэлектростанция, содержащая паровой котел с топкой и газовыми горелками, дымовую трубу, соединенную с дымогарной трубой, пароперегреватель, паровую турбину и электрический генератор [Шляхин П.Н., Бершадский М.Л. Краткий справочник по паротурбинным установкам. - М.-Л., Госэнергоиздат, 1961, с. 7, рис. 1-1].

Недостатки прототипа те же.

Задачей изобретения является снижение затрат на производство тепловой и электрической энергии и уменьшение вредных выбросов продуктов горения в атмосферу.

Задача решается тем, что в теплоэлектростанцию, содержащую дымогарную трубу, паровой котел с топкой, соединенной с дымогарной трубой, и последовательно связанные с котлом пароперегреватель, паровую турбину, электрический генератор, дополнительно введены нагреватель, платформа и ветрогенератор, который электрически соединен с нагревателем, размещенным в паровом котле, и установлен с возможностью поворота на платформе, закрепленной на дымогарной трубе.

Нагреватель выполнен из углеродных волокон. Нагреватели выполнены на различные номинальные мощности. Нагреватели выполнены на различные номинальные напряжения. Телогенератор размещен в зоне движения продуктов горения топлива. Часть платформы размещена внутри дымогарной трубы.

Указанные отличительные признаки позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.

Ведение в теплоэлектростанцию нагревателя, платформы и ветрогенератора, который электрически соединен с нагревателем, размещенным в паровом котле, и установлен с возможностью поворота на платформе, закрепленной на дымогарной трубе, дает возможность уменьшить количество сжигаемого ископаемого топлива, например газа. Очевидно, что кинетическая энергия воздушного потока с помощью ветрогенератора преобразуется в электрическую энергию, которая далее преобразуется в тепловую энергию с помощью нагревателей, размещенных в паровом котле. Таким образом, выработка электрической и тепловой энергии производится одновременно с использованием двух энергетических источников: кинетической энергии воздушного потока и сжигаемого топлива. Энергия источников преобразуется в паровом котле во внутреннюю энергию воды и пара, которая обеспечивает выработку тепловой и электрической энергии. Использование энергии ветра для нагрева воды и преобразования ее в пар обеспечивает снижение потребления сжигаемого топлива и, следовательно, снижение затрат на производство электрической и тепловой энергии, а также вредных выбросов в атмосферу.

Выполнение нагревателя из углеродных волокон увеличивает площадь соприкосновения его с нагреваемым телом, например паром, благодаря большой пористости волокна и возможности получения на поверхности множества мелких игл (углеродный войлок), что снижает себестоимость получаемой энергии. Выполнение нагревателей на различные номинальные мощности и напряжения позволяет в зависимости от параметров вырабатываемой ветровой установкой энергии поддерживать температуру нагревателя в определенных пределах, обеспечивая наилучшую теплопередачу (теплоотдачу) рабочему телу, а также расширить диапазон использования указанной установки. Например, при слабом ветре целесообразнее производить нагрев воды в котле нагревателями с малой мощностью, в противном случае ветровая установка из-за большой нагрузки может остановиться и приток энергии от нее полностью прекратится. Все это удешевляет выработку тепло- и электроэнергии.

Размещение телогенератора в зоне движения продуктов горения топлива позволяет использовать тепло продуктов горения. Использование тепла продуктов горения топлива в процессе преобразования кинетической энергии воздушного потока дает возможность расширить диапазон работы ветровой установки при плохих погодных условиях. При низкой температуре окружающего воздуха благодаря теплу продуктов сгорания смазка в узлах вращения (опорах) оси ветряной установки не становится очень густой и не оказывает большого сопротивления вращению. При сильном снегопаде или обледенении может сформироваться большая неуравновешенность пропеллера ветровой установки из-за налипания на его лопасти снега или намораживания льда. Периодически помещая лопасти в процессе вращения в струю (полосу) продуктов горения (дымовых газов), можно избежать возникновения дисбаланса и сохранить тем самым работоспособность ветровой установки, а также повысить ее КПД. Кроме того, в этом случае не требуется времени и средств на очистку (размораживание) лопастей, что снижает эксплуатационные затраты и увеличивает продолжительность работы ветровой установки, т.е. экономит топливо и, в конечном счете, делает выработку энергии более дешевой.

Размещение части платформы внутри дымогарной трубы позволяет использовать теплоту продуктов сгорания топлива для улучшения условий работы теплогенератера при низких температурах окружающего воздуха, в частности, уменьшит вязкость смазки в узлах трения, что, в конечном счете, повысит КПД ветрогенератора.

Изобретение поясняется чертежом.

На чертеже показана схема теплоэлектростанции.

На дымогарной трубе 1 закреплена платформа 2, на которой с возможностью поворота вокруг оси трубы установлен ветрогенератор, имеющий основание 3 с размещенными на нем ветротурбиной 4 и генератором 5, кинематически связанными между собой. Генератор электрически связан с нагревателями 6, размещенными вместе с дымовыми трубами 7 в воде 8 парового котла 9, паровое пространство 10 которого через паропровод 11 и пароперегреватель 12 сообщено с паровой турбиной 13, которая кинематически связана с генератором 14, вырабатывающим электроэнергию для потребителя. В топке 15 котла размещены горелки 16 для сжигания, например, газового топлива, продукты 17 горения которого через дымовые трубы котла и дымогарную трубу поступают в атмосферу.

Теплоэлектростанция работает следующим образом.

При отсутствии ветра производят сжигание газа посредством горелок 16 в топке 15. В результате горения продукты 17, проходя через дымовые трубы 7, отдают свое тепло воде 8 котла 9, превращая ее в пар, который поступает в паровое пространство 10 и далее по паропроводу 11 - в пароперегреватель 12. Перегретый пар посредством паровой турбины 13 вращает генератор 14, вырабатывающий электрическую энергию для потребителя. Отработавший в турбине пар для работы по замкнутому циклу поступает на конденсацию в градирню (на чертеже не показана) и может являться источником тепловой энергии для потребителя.

При возникновении ветра пропеллер 4 и генератор 5 начинают вращаться. Производимую генератором 5 электроэнергию подают на нагреватели 6 и преобразуют тем самым в паровом котле 9 исходную кинетическую энергию ветра во внутреннюю энергию воды и пара. Для экономии топлива уменьшают количество сжигаемого в топке газа на величину, обеспечивающую выделение в котле тепловой энергии, которая равна теплоте, передаваемой воде нагревателями. При этом количество вырабатываемой энергии для потребителя остается прежним. В случае уменьшения потребляемой энергии, например ночью, расход газа еще снижают, увеличивая экономию топлива. Напряжение питания нагревателей и их мощность выбирают прямо пропорционально силе ветра, чтобы обеспечить максимально возможную передачу тепла котловой воде при сложившихся в данный момент параметрах воздушного потока.

Следует заметить, что платформу 2 можно выполнить таким образом, что часть ее будет представлять собой тепловоспринимающий экран, размещенный внутри дымогарной трубы 1. Тогда помимо теплового излучения, испускаемого этой трубой, можно использовать тепло, передаваемое продуктами горения указанному экрану конвекцией. В результате приобретенного основанием тепла элементы оборудования, находящегося на платформе 3, будут эксплуатироваться в холодную погоду в более благоприятных условиях. В дождливую погоду указанные элементы оборудования будут быстрее высыхать и меньше подвергаться действию коррозии, что, в конечном счете, уменьшит эксплуатационные затраты.

Размещение ветровой турбины непосредственно на дымогарной трубе, во-первых, позволяет при плохой погоде не допускать отложения на лопастях осадков, нарушающих нормальную работу турбины. Для этого ее разворачивают так, чтобы лопасти периодически попадали в струю продуктов горения (на чертеже это положение показано пунктиром) и обогревались при этом дымовыми газами. Во-вторых, отпадает необходимость в сооружении мачты (вышки) для установки ветротурбины, что уменьшает затраты на строительство. В-третьих, дымовая струя производит подсос окружающего воздуха, увеличивая его скорость, благодаря чему повышается КПД ветротурбины.

Внедрение изобретения при вложении незначительных капитальных затрат позволит экономить топливо при производстве тепловой и электрической энергии, а также снизить вредные выбросы в атмосферу вследствие уменьшения выброса продуктов горения.