Мехтиев
А.Д., Бекбаева Б. Т., Белтаев
А. Б., Жуматаева А. Ж., Рымханов
Е. С., Кенжебаев А. Ж., Маханов
И. Ж., Салимов Р. К., Ким П.М., Алькина
А.Д.
Карагандинский
государственный технический университет
Система
утилизации тепла на основе теплового двигателя Стирлинга
Сокращение потерь энергии на теплоэнергитических установках и повышение их энергоэффективности является актуальной задачей, решение
которой позволит существенно сократить экономические затраты при производстве
электрической и тепловой энергии. Одним
из вариантов сокращения потерь является система рекуперации тепловых потерь, ее
основанной является принцип сбора теплоты отработанных газов в газоходных трактах котельной установки или тепловой
электростанции. На выходе из котельного агрегата газы имеют еще достаточный
потенциал для совершения работы, так как имеют высокую температуры и способны приводить
в действие тепловые двигатели, которые в свою очередь могут вращать
электрические синхронные генераторы.
Основой нашей системы является теплообменный
аппарат и тепловой двигатель работающий по циклу Стирлинга. Простота
конструкции теплового двигателя позволяет эксплуатировать его длительное время
без значительных затрат. Пример системы утилизации тепла на основе двигателя работающему
по циклу Стирлинга приведен на рисунке 1.
Рисунок
1 - Системы утилизации тепла на основе двигателя работающему по циклу Стирлинга
Система работает следующим образом, дымовые
газы из котельного агрегата с достаточно высоким потенциалом для получения
дополнительной энергии и рекуперации тепла проходят через теплообменный
аппарат, который установлен перед дымасосом. Установленный
трубчатый теплообменник способен нагревать рабочего тела теплового двигателя, которым
может являться воздух, инертный газ или жидкость. Рабочее тело перемещается по
контуру при помощи нагнетателя. При его движении осуществляется перенос теплоты
от теплообменников к стенкам рабочего цилиндра теплового двигателя. Цикл
Стирлинга подразумевает расширение рабочего тела, при котором поршень
двигается, условно, вперед и его охлаждение, когда поршень двигается назад. Для
его работы необходим внешний источник тепла и охладитель. Причем чем больше
разница в температуре нагревателя и охладителя теп выше его КПД, есть еще ряд
особенностей. Подробное описание можно найти на сайте [1], где приведено много
информации о данном типе двигателя. Разработанный нами агрегат имеет рабочее
давление в цилиндрах до 20 Мпа, что
позволяет ему развивать значительную мощность, при незначительных диаметрах
поршня и вытеснителя, при этом двигатель имеет четырех цилиндровую компоновку. Тепловой
двигатель по типу Стирлинга (ДС), прошедший серьезную модернизацию и имеющий
ряд усовершенствований, которые отличают его от своего прототипа. ДС имеет ряд
преимуществ по отношению к двигателям внутреннего сгорания: способность
работать на любом виде топлива (газ, дрова, уголь), меньшая токсичность
отработанных газов, так как сгорание топлива происходит при атмосферном
давлении, большой ресурс. Сжигание топлива осуществляется вне рабочих
цилиндров. Еще одними из преимуществ двигателя является простота конструкции,
увеличенный ресурс, экономичность и экологичность.
При его работе осуществляется вращающей
синхронного генератора, присоединённого к шинам 6 кВ,
собственных нужд электрической станции или котельной. Возбуждение ротора
регулируется автоматически в зависимости от награждения и частоты вращения, при
помощи электронного стабилизатора.
Источник