Теплоэлектрогенератор на твердом топливе

Изобретение относится к энергетике, а именно к системам отопления и генерации электроэнергии.

Известны различные типы теплогенераторов для нагнетания теплого воздуха с целью отопления домов, коттеджей, помещений, с. х. объектов и других объектов.

Серийно выпускаются пеллетные камины и котлы, дизельные и газовые тепловые пушки с теплообменником и вентилятором для подачи тепла в дома и большие помещения. Пеллетные котлы оснащаются электрическими дымососами и высокими вытяжными трубами для создания разрежения в пеллетной горелке. Указанные устройства генерируют только тепло, но не электроэнергию [http.//www.proclimatgroup.ru/kalorifery/vozduhonagrevateli-elektricheskie/.

Известны когенерационные микротурбины, которые помимо тепла, также генерируют электроэнергию, но имеют невысокий электрический КПД преобразования тепла (менее 30%) [www.bpcenergy.ru/equipment/capstone/, www.manbw.ru/analitycs/capstone.html].

Такой КПД микротурбин достигается за счет использования рекуператора тепла отходящих газов и без рекуператора не сможет иметь приемлемое значение, поэтому микротурбинные установки без рекуператора не применяются.

Наиболее близким, по технической сущности к предлагаемому изобретению, является теплоэлектрогенератор, состоящий из воздушного компрессора, горелки топлива, электрического генератора и двух расширительных машин, одна из которых служит для привода компрессора, а вторая служит для привода электрического генератора. Подвод тепловой энергии от сгораемого топлива к воздуху происходит через теплообменник с последующим нагнетанием теплого воздуха в отапливаемое помещение турбокомпрессором [патент РФ на полезную модель №162043, МПК F02B 41/10, 2015].

Недостатками известных устройств являются высокие затраты на энергоносители, загрязнение окружающей среды продуктами сгорания.

Технической задачей предлагаемого изобретения является экономия жидкого топлива (дизельного, керосина) или газа и уменьшение загрязнения окружающей среды продуктами сгорания, за счет замены жидкого топлива и газа в теплоэлектрогенераторе твердым топливом - древесными гранулами (пеллетами) как наиболее экологически чистым и дешевым твердым биотопливом, сырьем для которого служит древесина и отходы сельскохозяйственного производства. Технический результат достигается тем, что теплоэлектрогенератор на твердом топливе, состоящий из воздушного компрессора, горелки топлива, электрического генератора и расширительной машины в виде турбины для привода компрессора, согласно изобретению, снабжен эжектором, выполненным с камерой смешения воздуха и продуктов сгорания топлива, при этом горелка выполнена в пеллетном исполнении с бункером твердого топлива и использована для получения рабочей смеси из воздуха и продуктов сгорания пеллет, которая подается в турбину для обеспечения привода компрессора и электрического генератора.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена общая схема теплоэлектрогенератора.

Теплоэлектрогенератор содержит бункер твердого топлива 1, пеллетную горелку 2 с вентилятором, эжектор 3 с камерой смешения, турбину 4, воздушный компрессор 5 и электрический генератор 6. Воздушный компрессор 5 расположен на общем валу с электрическим генератором 6 и турбиной 4.

Работает теплоэлектрогенератор следующим образом. Перед розжигом пеллетной горелки 2 запускается ее вентилятор, воздух проходит через горелку 2 и поступает на турбину 4, которая раскручивается вместе с компрессором 5. Воздух от компрессора 5 пропускается через сопло эжектора 3, которое создает разрежение в камере смешения и самой горелке, увеличивая поток воздуха через горелку 2.

Затем поджигается топливо (пеллеты) и начинается процесс горения с подачей воздуха на горение топлива вентилятором. Продукты сгорания топлива с высокой температурой поступают в камеру смешения эжектора 3, в которой произходит смешивание продуктов сгорания с воздухом. Рабочая смесь из воздуха и продуктов сгорания с высоким теплосодержанием от тепла сгораемого топлива подается на турбину 4, мощность турбины 4, частота вращения турбины 4 с компрессором 5 и расход воздуха через сопло эжектора 3 увеличиваются. Разрежение в горелке 2 возрастает и поступающего воздуха становится достаточно для полного сгорания и обеспечения автономного горения топлива в горелке 2. Электрический вентилятор отключается. Теплоэлектрогенератор выходят на рабочий режим.

Горячая смесь с большим содержанием чистого воздуха, совершает работу в турбине 4, расширяется и ее температура понижается.

В результате работы предлагаемого теплоэлектрогенератора происходит более эффективное использование тепловой энергии отходящих продуктов сгорания пеллет при одновременном получении тепла и электроэнергии. Это достигается за счет смешивания продуктов сгорания пеллет с воздухом в камере смешения эжектора 3 под воздействием эжектирующего потока воздуха, создаваемого компрессором 5, и работы турбины 4 на горячей смеси продуктов сгорания топлива и воздуха. Турбина 4 обеспечивает привод компрессора 5 и электрического генератора 6. Отходящая от турбины 4 рабочая смесь газов с большим содержанием воздуха и незначительным содержанием СО₂ под остаточным давлением поступает в теплицы, сушильные и других отапливаемые помещения без использования вентилятора. Учитывая небольшое содержание СО₂ в продуктах сгорания пеллет и повышенное содержание воздуха в отходящей смеси газов, смесь может также нагнетаться в проветриваемые жилые помещения.

В результате применения изобретения происходит прямое использованием энергии продуктов сгорания твердого топлива для получения тепла и электроэнергии.

Область применения теплоэлектрогенераторов: системы воздушного отопления и электроснабжение сельскохозяйственных объектов (фермы, мастерские, зернохранилища, овощехранилища, сушилки фруктов, грибов) и жилых домов, ангаров, складских помещений, бытовок в арктических условиях эксплуатации и как автономное энергетическое средство для тепличных хозяйств.