Двухкаскадная ORC-установка с разными рабочими телами каскадов

Полезная модель относится к энергетике и предназначена для производства электрической энергии. Известны система и способ регенерации энергии отходящего тепла. Система содержит первый тепловой двигатель, имеющий первое рабочее тело, в частности, диоксид углерода (CO2), и определяющий первый контур для циркуляции первого рабочего тела. Первый тепловой двигатель сконфигурирован и расположен для передачи тепла от источника отходящего тепла к первому рабочему телу. Система также содержит второй тепловой двигатель, в частности тепловой двигатель органического цикла Ренкина (ORC), имеющий второе рабочее тело и определяющий второй контур для циркуляции второго рабочего тела. [Патент РФ № 2673959, МПК F01K 23/04, опубл. 10.10.2018 Николин И. В., Щучкин В. В. «Система и способ регенерации энергии отходящего тепла»]. Недостатками этой системы является использование ORC-установки только для второго теплового двигателя. Наиболее близкой по конструкции является теплоэлектростанция с контуром orc -модуля и с тепловым насосом, содержащая термомасляный котел, ORC -модуль, включающий парогенератор в виде кожухотрубного теплообменника, состоящего из корпуса и трубной системы, турбину на паре НКЭ с электрогенератором, конденсатор ORC -модуля, конденсатный бак и насосы, абсорбционный бромисто-литиевый тепловой насос. [Патент РФ № 2662259, МПК F01K 13/00, опубл. 11.11.2015 Шадек Е. Г. «Теплоэлектростанция с контуром ORC -модуля и с тепловым насосом и способ её работы»]. Недостатками этой установки является ограниченность температурного диапазона работы в связи с наличием только одного ORC-модуля. Технический результат заключается в повышении коэффициента полезного действия ORC-установки (Organic Rankine cycle) по производству электрической энергии за счет расширения температурного диапазона путем добавления дополнительного низкотемпературного контура. Технический результат достигается тем, что заявленная двухкаскадной ORC-установки с разными рабочими телами каскадов содержит котел, соединенный трубопроводом с турбиной первого ORC-контура, электрический генератор первого ORC-контура, соединенный с валом турбины, воздушный конденсатор, насос первого ORC-контура, соединенный трубопроводом с котлом, причем новизна заключается в том, что установка имеет рекуперативный теплообменник, греющая сторона которого соединена трубопроводами с турбиной и насосом первого ORC-контура, нагреваемая сторона которого соединена трубопроводом с турбиной второго ORC-контура, имеет электрический генератор второго ORC-контура, соединенный с валом турбины, воздушный конденсатор соединяется трубопроводами с турбиной и насосом второго ORC-контура, который соединяется трубопроводом с предварительным подогревателем, предварительный подогреватель соединен трубопроводом с рекуперативным теплообменником, воздушный конденсатор соединен воздуховодом с котлом, котел соединен дымовым каналом с предварительным подогревателем, предварительный подогреватель соединен с дымовой трубой. Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является использование теплоты конденсации рабочего тела первого ORC-контура для производства электрической энергии во втором ORC-контуре. В патентной и научно-технической литературе подобной конструкции двухкаскадной ORC-установки с разными рабочими телами каскадов нами не обнаружено. Сущность полезной модели поясняется на чертеже, на котором изображен внешний вид двухкаскадной ORC-установки с разными рабочими телами каскадов. Двухкаскадной ORC-установки с разными рабочими телами каскадов содержит котел 1, соединенный трубопроводом с турбиной первого ORC-контура 2, электрический генератор первого ORC-контура 3, соединенный с валом турбины 2, воздушный конденсатор 8, насос первого ORC-контура 5, соединенный трубопроводом с котлом 1, установка имеет рекуперативный теплообменник 4, греющая сторона которого соединена трубопроводами с турбиной 2 и насосом 5, нагреваемая сторона которого соединена трубопроводом с турбиной второго ORC-контура 6, имеет электрический генератор второго ORC-контура 7, соединенный с валом турбины 6, воздушный конденсатор 8 соединяется трубопроводами с турбиной 6 и насосом второго ORC-контура 9, который соединяется трубопроводом с предварительным подогревателем 10, предварительный подогреватель 10 соединен трубопроводом с рекуперативным теплообменником 4, воздушный конденсатор 8 соединен воздуховодом с котлом 1, котел 1 соединен дымовым каналом с предварительным подогревателем 10, предварительный подогреватель 10 соединен с дымовой трубой 12. Работает двухкаскадная ORC-установка с разными рабочими телами каскадов следующим образом. Котел 1 нагревает рабочее тело первого контура до состояния кипения и вырабатывает пара, пар по трубопроводу поступает в турбину первого ORC-контура 2 и приводит во вращение ротор турбины, соединенный с электрическим генератором первого ORC-контура 3. Затем отработанный пар после турбины первого ORC-контура по трубопроводу поступает в рекуперативный теплообменник 4, где конденсируется и отдает свою теплоту рабочему телу второго ORC-контура. Затем насос первого ORC-контура 5 по трубопроводу перекачивает жидкое рабочее тело первого ORC-контура обратно в котел 1. После нагревания в рекуперативном теплообменнике 4 рабочее тело второго ORC-контура испаряется и в виде пара по трубопроводу подается в турбину второго ORC-контура 6 и приводит во вращение ротор, соединенный с электрическим генератором второго ORC-контура 7. После турбины 6 отработанный пар по трубопроводу поступает в воздушный конденсатор 8, где он конденсируется и нагревает воздух, поступающий в котел для горения. Затем жидкое рабочее тело второго ORC-контура перекачивается насосом второго ORC-контура 9 по трубопроводу в предварительный подогреватель 10, в котором рабочее тело нагревается за счет теплоты уходящих из котла дымовых газов. После предварительного подогревателя 10 рабочее тело второго ORC-контура по трубопроводу подается в рекуперативном теплообменнике 4. Воздушный конденсатор 8 соединен с котлом 1 воздуховодом, по которому подается необходимый для горения воздух. В котел 1 через патрубок 11 подается жидкое или газообразное топливо. После сгорания топлива в котле 1 дымовые газы через дымовой канал подаются в предварительный подогреватель 10, а затем удаляются через дымовую трубу 12. Таким образом, представленная конструкция двухкаскадная ORC-установка с разными рабочими телами каскадов позволяет повысить коэффициент полезного действия ORC-установки (Organic Rankine cycle) по производству электрической энергии за счет расширения температурного диапазона путем добавления дополнительного низкотемпературного контура.