Паровой генератор электричества: предназначение, разновидности и основные достоинства каждого из них

Паровой генератор электричества: предназначение, разновидности и основные достоинства каждого из них

Все чаще уставшие жители больших и маленьких городов перебираются загород в маленькие и уютные домики.

Дабы обеспечить себе здесь комфортное существование необходимо электричество и довольно в больших количествах. Оно нужно для того чтобы в доме было светло и тепло, для работы бытовых приборов и телефонов.

Поэтому многие люди, еще в процессе планирования и строительства загородного дома предусматривают этот вопрос, посредством монтажа парового генератора электричества.

КУПИТЬ ЭЛЕКТРОДНЫЙ ПАРОГЕНЕРАТОР

Для покупки электрического электродного парогенератора свяжитесь с нами удобным для Вас способом:

Способы применения электродных парогенераторов ПЭЭ

Парогенераторы электродные ПЭЭ широко используются для производства насыщенного технологического пара в пищевой промышленности, нефтедобыче, на стройплощадках, в муниципальном хозяйстве, сельском хозяйстве, для отпаривания, очистки, дезинфекции. Вот лишь некоторые варианты их применения:

• Гидротермическая обработка продуктов с целью улучшения их технических и пищевых качеств;
• Санитарно-гигиеническая обработка тары и оборудования линий производства различных продуктов;
• Пропаривание и сушка древесины, фанеры, картона;
• Пропаривание железобетонных изделий;
• Пропаривание почвы в теплицах и парниках, для запаривания кормов в животноводстве;
• Отопление и разогрев застывших вязких жидкостей и сыпучих материалов;
• Нагрев и барбатирование жидкостей;
• Подогрев гальванических ванн;
• Очистка поверхностей перед покраской;
• Банно-прачечные предприятия и т.д.

Устройство и принцип работы электрического парогенератора ПЭЭ

1. Каркас
2. Котел в кожухе
3. Кассета с датчиками
4. Кран выхода пара
5. Кран сброса воды
6. Кран подачи воды
7. Поддон
8. Датчик-реле давлен
9. Электронасос

10. Электромагнитный клапан
11. Фильтр сетчатый
12. Предохранительный клапан

Парогенератор включает в себя следующие основные составные части: остов, котел, электрооборудование, электронасос. Остов выполнен из прокатного профиля, на нем закреплены основные сборочные единицы парогенератора. Котел предназначен для выработки пара и представляет собой сварную конструкцию, на фланце которой закреплены три электрода.

Антиэлектрод 4, состоящий из стальной обечайки и дна, прикреплен к фланцу 2 шпильками. Котел установлен на опоре 6. Стенки котла покрыты минеральной ватой 8 и снаружи кожухом 7. Фланец, с размещенными на нем электрическими соединениями, защищен крышкой 1. Котел имеет кассету 5 с датчиками уровня воды, показывающими нижний, средний и верхний уровни воды.

Зависимость производительности парогенератора ПЭЭ от силы тока

1 — 15, 30 кг пара/час
2 — 50 кг пара/час
3 — 100 кг пара/час
4 — 150 кг пара/час
5 — 200, 250 кг пара/час

Паровая схема парогенератора электродного ПЭЭ. Описание паровой части

ВН1. ВН3 — вентили

ВЭ — электромагнитный клапан

ДРД — датчик реле давления

КО — клапан обратный

КП — клапан предохранительный

ДУВ 1. 4 — датчики уровня воды

Вода из магистрали через вентиль ВН1, фильтр Ф электронасосом НД подается в котел К через электроуправляемый КЭ и обратный КО клапана. После того, как уровень воды достигает электродов и антиэлектродов, начинается прохождение тока через воду. Вода нагревается и испаряется. Повышение уровня воды вызывает увеличение тока, проходящего через нее. При достижении водой верхнего уровня датчик ДУВ4 отключает электроуправляемый клапан КЭ и электронасос НД. Наполнение котла водой прекращается. При испарении воды и падении ее уровня в котле нижний датчик ДУВ1 включает электроуправляемый клапан КЭ и электронасос НД. Котел вновь наполняется водой. Пар из котла отводится через вентиль ВН3.

Давление в котле регулируется с помощью датчика реле давления РД. При достижении давления пара значения настройки датчика реле давления 5,5 кг/см2 электроды котла отключаются от электрической сети. Нагрев прекращается. При снижении давления пара до величины 3,5 кг/см2 датчик реле давления РД возобновляет нагрев. Давление пара в котле показывает манометр М.

Схемой парогенератора предусмотрена установка предохранительного клапана КП, который открывается в том случае, если выйдет из строя реле давления. Через этот клапан происходит выброс пара в поддон парогенератора. Предохранительный клапан открывается если давление пара достигнет 6,5 кг/см2. Вентиль ВН2 предназначен для слива воды из котла и для его продувки.

Электрическая схема электродного парогенератора ПЭЭ. Описание электрической части

управление тока нагрева пускателем

управление тока нагрева тиристорными модулями

Электрооборудование парогенератора состоит из электронасоса, автоматического выключателя, сигнальных ламп, амперметра, датчика-реле давления, электроуправляемого клапана и панели, с расположенной на ней электроаппаратурой.
При включении выключателя QF1 напряжение подается на цепи управления и силовые цепи, о чем сигнализирует лампочка HL1. Включается пускатель KM2, осуществляя контактами подачу напряжения на электроды. При отсутствии воды в котле или недостаточном ее уровне реле KV1 выключено, включен пускатель КМ1, осуществляя подачу напряжения на электроуправляемый клапан YA и двигатель M электронасоса подачи воды в котел.

При повышении уровня воды в котле ток через электроды увеличивается, последовательно замыкаются на корпус через воду электроды датчиков нижнего 9 и верхнего 8 уровня. Реле KV1 включается на самопитание контактом KV1:3, отключаются пускатель КМ1 и клапан YA контактами KV1:1 и KV1:4. Подача воды прекращается. Нагрев воды продолжается до достижения максимального давления пара в котле, согласно установке датчика-реле давления SP 5,5 кг/см2 (0,55 МПа), после чего контактом SP1 отключается пускатель KM2, электроды обесточиваются.

При снижении давления пара до величины 3,5 кг/см2 (0,35 МПа), определяемой установкой дифференциа-ла реле давления в 2 кг/см2 (0,2 МПа), его контакт SP1 замыкается, вновь включается пускатель KM2 возобновляется нагрев. Снижение уровня воды вызывает последовательный разрыв цепи электродов верхнего и нижнего датчиков уровня. Реле KV1 отключается, вновь включаются пускатель KM1, клапан YA, двигатель M, тем самым осуществляя регулирование уровня воды. Защита от коротких замыканий и перегрузок осуществляется автоматическими выключателями QF1, QF2 и тепловым реле РТ.

Паровые установки для выработки электро- и тепловой энергии

Исторически под паровой машиной понимали работающий на водяном паре тепловой двигатель поршневого типа, а когда были изобретены паровые турбины, подобные двигатели часто стали называть турбомашинами.

Дешевые виды местного твердого топлива из биомассы (дрова, древесные пеллеты, брикеты, щепа, опилки) используются для генерации электроэнергии или когенерации, для чего разработаны несколько технологий. Основные:

• газификация — получение низкокалорийного горючего (генераторного) газа с его последующим использованием в газопоршневом двигателе, приводящем в действие электрогенератор;
• сжигание твердого топлива в паровом котле и использование полученного пара для работы паровой турбины;
• сжигание твердого топлива в паровом котле и использование пара для работы поршневого парового двигателя (классической паровой машины или парового поршневого двигателя).

Паровой двигатель Spilling

Газовый детандер Spilling

Главным достоинством современных паровых поршневых двигателей (машин) по сравнению с маломощными (особенно одноступенчатыми) паровыми турбинами является меньший удельный расход пара при равных параметрах давления и температуры пара на входе и выходе и при одинаковой мощности паровой машины и паровой турбины. К плюсам классических паровых машин также надо отнести, по сути, постоянный удельный расход пара при изменении нагрузки в широких пределах (в отличие от двигателей внутреннего сгорания — ДВС) при постоянной частоте вращения (работе на синхронный электрогенератор).

А теперь сравним паропоршневые установки (ППУ) с газопоршневыми (ГПУ). Для работы ГПУ в качестве топлива используется не только природный газ, но и с недавнего времени биогаз и генераторный газ, полученный в результате газификации биомассы. При работе классического поршневого двигателя на генераторном газе мощность двигателя падает до 60%. Но если сравнивать с классической паровой машиной, для работы которой используется водяной пар, то, согласно термодинамическому циклу Карно, его экономичность выше за счет того, что температура продуктов сгорания в ГПУ выше температуры пара, ограниченной теплостойкостью материалов парового котла. Однако при работе ГПУ горючий газ высокой температуры необходимо охлаждать перед подачей в цилиндр газопоршневого двигателя, а это приводит к сбросу во внешнюю среду около 20% теплоты сгорания твердого топлива и делает ГПУ неконкурентоспособным классической паровой машине. Принципиальным отличием паропоршневых двигателей от газопоршневых является наличие у первых накопителя энергии — парогенератора (парового котла), который играет роль пароводяного аккумулятора. Большое значение имеет и стабильность рабочего тела (пара). Отсюда следует, что кратковременные остановки котла не приведут к немедленной остановке самой паровой машины. Чего не скажешь о газопоршневом двигателе, в котором при загрузке газогенератора топливом возможно изменение состава газа, а это может привести к остановке двигателя. Существенное преимущество паровых двигателей заключается также в том, что для работы специализированных паровых котлов можно использовать биомассу (щепу или дрова) естественной влажности, а для газогенераторных установок влажность сырья, как правило, не должна превышать 20%. К тому же ГПУ требует более тщательного ухода, в отличие от паропоршневого двигателя. Преимуществами ППУ перед ГПУ и ДВС являются высокая выносливость и долговечность, простота обслуживания и ремонта и возможность работы, по сути, на любом виде дешевого местного твердого топлива. Последнее условие важно, потому что обеспечивает возможность широкого использования топливных ресурсов на местах и независимость от привозного топлива (к примеру, от топлива так называемого северного завоза в России).

Выше мы сравнивали паровые машины с газопоршневыми двигателями, которые работают на газифицированной биомассе. Понятно, что при работе ГПУ на природном газе при генерации только электроэнергии их преимущество неоспоримо. Однако при когенерации расклад не в пользу ГПУ; утилизировать тепловую энергию выхлопных газов значительно сложнее, чем тепловую энергию выхлопа паровой машины, т. к. коэффициент теплоотдачи конденсирующегося пара в теплообменнике в десятки раз выше коэффициента выхлопного газа ГПУ. Паровая машина экологичнее за счет меньшего объема выбросов NO и CO. Работающие паровые двигатели замкнутого цикла менее шумные, чем ГПУ и ДВС. Паровая машина вполне может конкурировать и с паровой турбиной мощностью 1000-2500 л. с. Конечно, по размерам и весу паровые машины больше в сравнении и превосходят паровые турбины, но за счет меньшей частоты вращения вала ППУ нет необходимости устанавливать редуктор. Ведутся и разработки компактных поршневых паровых двигателей. Например, компания из США Cyclone Power Technologies Inc. разработала паропоршневой двигатель со звездообразным расположением цилиндров мощностью 75 кВт, КПД 31,5% — по аналогии с бензиновыми авиационными моторами, которые используются до сих пор на труженике советской и российской авиации — знаменитом биплане Ан-2.

Использование паровых машин

За рубежом в малой энергетике (мини-ТЭС) вместо малых паровых турбин успешно используются паровые машины, или, как сегодня принято говорить, паропоршневые (паровые) моторы или двигатели. Основной отличительный признак паропоршневых моторов от паровых машин — иной тип парораспределения. Паропоршневые моторы предназначены для работы с однократным расширением пара: пар из котла поступает параллельно во все цилиндры, подобно тому как поступает топливно-воздушная смесь в цилиндры ДВС. А в классических паровых машинах пар проходит через все цилиндры последовательно и расширяется многократно.

Мировую известность получили немецкие паровые моторы фирмы Spilling. Это одноступенчатые поршневые паровые машины противодавленческого типа с системой золотникового расширения пара, отличающиеся от других современных паровых машин, которые работают по многоступенчатому принципу. К сожалению, у модельного ряда паровых машин Spilling очень узкий диапазон мощности: от 100 кВт до 1,2 мВт. Но ресурс у них довольно большой, и в последние годы компания-производитель предлагает их на российском рынке для установки на мини-ТЭС, работающих на биотопливе, на производствах, где есть возможность и необходимость редуцирования пара с расходом от 2,5 т/ч и на установках для утилизации отходов (ТБО, ТКО и др.). Компания Spilling поставляет паропоршневой двигатель в сборе с электрогенератором как готовый к работе агрегат с системой управления, автоматизации и программным обеспечением. Такой двигатель может также работать на природном газе либо биогазе в качестве детандера. Стоимость 1 кВт установочной электрической мощности при расчетах можно принять от 1500 евро FCA. Основные технические данные паропоршневых двигателей Spilling: электрическая мощность 100-1200 кВт; частота вращения — 750, 900 и 1000 об/мин; давление пара на входе — 4-60 бар, на выхлопе — 0,2-15 бар; температура насыщения пара — до 480°С. Для многих двигателей Spilling в качестве топлива используют биомассу, в первую очередь древесную. Например, на одном из деревообрабатывающих предприятий в Африке установлен трехцилиндровый одноступенчатый паропоршневой двигатель Spilling электрической мощностью 437 кВт с давлением пара на входе 9 бар и на выхлопе 0,5 бар. Отходящий пар используется для обеспечения работы сушильной камеры. После ввода в эксплуатацию этого двигателя предприятие обеспечило себя дешевой электро- и тепловой энергией и, что особенно важно, обрело независимость от поставок электроэнергии из общей сети.

В числе других европейских производителей паропоршневых двигателей можно назвать чешскую компанию Tenza s. a., которая предлагает паровые двигатели мощностью от 10 до 120 кВт, и шведскую компанию Energiprojekt i Sverige AB, которая производит паровые двигатели мощностью от 500 до 1000 кВт с давлением пара на входе 30-60 бар и с заявленным КПД 25-30% (машины работают по термодинамическому циклу Ренкина с регенерацией и полезным использованием теплоты конденсации пара). Австрийская компания Foerdertechnik GmbH производит когенерационные паровые машины электрической мощностью 150 и 300 кВт и тепловой — 110 и 220 кВт соответственно, в топках паровых котлов которых можно сжигать биомассу, в частности щепу. Максимальная температура пара — 350°С, давление — 32 бар, паропроизводительность 200 кг/ч. Но стоимость этих машин, конечно, очень высокая — 280 тыс. и 480 тыс. евро. При такой стоимости эти «золотые» машины можно использовать только в некоторых европейских странах (Австрии, ФРГ и др.), где реализуются масштабные программы поддержки и субсидий ВИЭ и гарантируется оплата генерируемой электроэнергии по «зеленому» тарифу в течение продолжительного времени (до 20 лет). Поскольку в России о таких тепличных условиях можно только мечтать, то ориентироваться нужно в первую очередь на отечественных и азиатских (КНР, Тайвань, Вьетнам и др.) производителей и разработчиков оборудования. В мире производят сегодня и так называемые паровинтовые машины, которые в большей степени можно отнести к категории турбин, только ротор у этих машин не с лопатками, как у классических турбин, а в виде винта Архимеда — в основном цилиндрической или конусно-винтовой формы.

Первый отечественный паропоршневой мотор был спроектирован в Московском авиационном институте (МАИ) в 1936 году и предназначался для силовой установки экспериментального самолета. Двигатель работал на перегретом паре с давлением 6 МПа и температурой 380°С и на оборотах до 1800 об/мин.

В современной России нужно выделить научную группу «Промтеплоэнергетика» МАИ, которая предлагает довольно оригинальное решение вопроса экономически целесообразного применения паропоршневых машин в малой и децентрализованной энергетике России. Разработчики предлагают создавать паропоршневые двигатели на базе серийно выпускаемых дизельных поршневых двигателей. В конструкции ДВС сохраняется почти весь механизм газораспределения, который в ППУ становится механизмом парораспределения, также сохраняется кривошипно-шатунный механизм. Подобный подход обеспечивает низкую стоимость парового двигателя, в отличие от зарубежных аналогов, благодаря тому, что в производстве используются серийные автомобильные двигатели и запчасти к ним. Кстати, понятие «паропоршневые двигатели» впервые было введено в 2003 году именно научной группой «Промтеплоэнергетика» МАИ.

Где использовать паровые машины эффективно?

В качестве объектов, энергетическую эффективность которых можно повысить при использовании современных паровых машин, могут выступать:

• промышленные и муниципальные котельные с паровыми котлами (паровая машина для привода электрогенератора);
• паросиловые мини-теплоэлектроцентрали (мини-ТЭЦ), где паровую машину целесообразно устанавливать вместо маломощных паровых лопаточных и винтовых турбин, особенно если электрическая мощность последних до 1,2 МВт и они изготовлены в одноступенчатом варианте или же в многоступенчатом, но без промежуточного отбора пара;
• технологические производственные установки на предприятиях, где по условиям реализации основных процессов выпуска продукции есть возможность с помощью парового котла-утилизатора использовать сбросное тепло (например, в металлургии подобными установками могут выступать крупные сталеплавильные печи, а в стекольной промышленности — печи для варки стекла, на цементных, консервных и маслоэкстракционных, ликероводочных заводах и во многих других отраслях промышленности). Использование для этого технологии ORC (органического цикла Ренкина) — более дорогое решение, учитывая и то, что модули ORC в России не производятся.

Технологические решения для мини-ТЭС — конденсационных мини-электростанций (мини-КЭС) и мини-ТЭЦ — с использованием современных паровых машин принципиально схожи с известными, реализуемыми на паротурбинных мини-ТЭС. Это комбинированное производство электрической и тепловой энергии (когенерация на мини-ТЭЦ, в т. ч. создаваемых на базе котельных с паровыми котлами) либо так называемая тригенерация (см. рис. 1), т. е. выработка одновременно трех видов энергии (электрической, тепловой и холодильной). В качестве холодопроизводящего оборудования при тригенерации на паросиловых мини-ТЭС используются абсорбционные холодильные машины, для работы которых вполне достаточно отработавшего в паровом двигателе водяного пара. Такой вариант значительно экономичнее, чем выработка холода с помощью электрических кондиционеров.

В качестве заключения

Паропоршневые мини-ТЭЦ, работающие на биомассе, энергоэффективнее паротурбинных, газопоршневых (при работе на генераторном газе, полученном путем газификации биомассы) и дизельных. В паропоршневых мини-ТЭЦ удельный расход пара на выработку электроэнергии в 1,3-1,5 раза меньше, чем в паротурбинных мини-ТЭЦ, особенно при мощности 1200-1500 кВт. Современные паровые поршневые машины вполне могут использоваться в децентрализованной энергетике России. Применяя местные альтернативные виды топлива, в основном древесную биомассу, можно успешно заменить во многих регионах дизель-генераторы паровыми машинами (паропоршневыми установками) и дополнительно получать тепловую энергию, в результате отказаться от северных завозов угля и дизтоплива. Применение ППУ может способствовать энергосбережению при эксплуатации технологических и энергетических установок, в частности тех, у которых при работе выделяется сбросное тепло в виде выхлопных или дымовых газов.

Сергей ПЕРЕДЕРИЙ, Германия,
s.perederi@eko-pellethandel.de

В статье использованы некоторые материалы научной группы «Промтеплоэнергетика» МАИ и кафедры «Атомная и тепловая энергетика» Санкт-Петербургского политехнического университета им. Петра Великого

Где купить?

• BioLite CampStove – можно купить в интернет-магазине AvtoStudio. Тел.: +7 495 774-20-91
• На сайте ivenue.ru (9450 руб.) Доставка по Москве.
• ООО «Айковер ПРО» 8 800 333-32-79

Эти три поставщика предлагают миниатюрные горелки – щепочницы на 5 кВт, которые могут взять в поход туристы и, разогревая на огне еду, параллельно заряжать аккумуляторы цифровых устройств (шнур с USB выходом).

Энергогенерирующая печь Индигирка

Интернет магазин «Термофор» +7 800 555-27-19 – это более крупная печь «Индигирка». Мощность её 50-60 кВт, которая отапливает дом, имеет чугунный «кружок» для приготовления пищи и разъёмы: USB, прикуриватель и «крокодилы».

В Перми можно приобрести генератор термоэлектрический B25-12 (отдельное устройство, без печки, для монтажа на горячую поверхность) – 25 Вт. Телефон для заказов (342) 262-34-04. – 15000 руб.

В военное время, когда топлива не хватало, изготавливали автомобили на дровах. Сейчас такие генераторы тоже используются, но в основном для хозяйственных нужд. Газогенератор своими руками: пошаговое изготовление агрегата и монтаж оборудования.

Какой настенный газовый котел лучше выбрать, читайте тут. Цены и характеристики приборов.

В качестве топлива для бань и каминов, а также для приготовления шашлыка используют древесный уголь. К тому же он широко применяется в промышленной. В этой статье https://microklimat.pro/otopitelnoe-oborudovanie/pechi/drevesnyj-ugol-svoimi-rukami.html вы узнаете, как можно сделать уголь своими руками. Рассмотрим несколько способов: в бочке, в яме и в печи.

Производит BuildCraft-энергию (МДж/т).

Генерирует от 0.2 (МДж/т) до 2.0 (МДж/т).

Этот генератор использует в работе доски (426 МДж), древесный уголь (3176 МДж), уголь (4776 МДж), а также коксовый уголь (9576 МДж) из модификации Railcraft.

Останавливается при перегреве. Чтобы он работал дольше, нужно перезапустить его, нажав ПКМ с Серповидным молотком или BuildCraft-ключом в руке.

Что такое парогенератор

При слове «паровая станция» или парогенератор многие представляют нечто сложное и громоздкое. На самом деле это всего лишь утюг с отверстиями в подошве для выхода пара и присоединенная к нему емкость для воды или бойлер, в который встроен нагревательный элемент ТЭН. Эти два элемента связаны между собой электрическим шнуром и шлангом, по которому, собственно, и поступает пар.

Даже самые простенькие парогенераторы стоят дороже стандартного утюга, поэтому понимание, чем же эти два прибора отличаются, избавит вас от сожалений о переплате.

1. Гладильный парогенератор практически не производит влагу в виде капель, поэтому вещи после глажки остаются сухими. В некоторых источниках можно встретить термин «сухой пар», можно сказать, что данное устройство выдает что-то близкое к этому.

2. В отличие от утюгов, сюда подача пара осуществляется непрерывно через специальный шланг длинной от 1,4 до 1,9 м, а мощность подачи пара значительно больше. Если сравнивать на примере, то мощный парогенератор может привести в порядок полотенце или пододеяльник, свернутый в несколько раз. Именно такими устройствами пользуются в швейных цехах для отпаривания толстых пальто или шерстяных костюмов. Если к утюгу подключена емкость без ТЭНа, то по шлангу поступает не пар, а вода. Жидкость нагревается уже в утюге, попадая на его встроенный ТЭН. Эти модели устроены так, что начинают свою работу практически сразу после включения в сеть.

3. Можно отпаривать вещи и в привычном горизонтальном положении на гладильной доске, и в вертикальном, например шторы, гобелены или пальто.

4. Большая емкость для воды поможет не беспокоиться о «дозаправке» довольно долгое время.

Где устанавливать генератор

Генераторы с ДВС рекомендуется помещать в отдельном, хорошо проветриваемом помещении, так чтобы ни шум, ни запах выхлопных газов не помешали жильцам. В идеальном варианте это может быть отдельная постройка. Существуют также модели генераторов, которые и вовсе можно устанавливать на открытом воздухе. Так, например, модели серии Vanguard V-Twin (Briggs & Stratton) оборудованы защитным всепогодным кожухом, который защищает их от механических повреждений и непогоды, а также позволяет стабильно работать даже при низких температурах. Для такого генератора не понадобится дополнительных строений.

В первую очередь нужно точно определить мощность всех подключаемых приборов. Мощность генератора должна быть примерно на 30 % выше требуемой мощности. Для бытовых нужд стоит выбирать высокооборотные портативные дизельные генераторы. Эти модели компактны, просты в обслуживании, производят меньше шума при работе, а их мощности, как правило, вполне достаточно для обслуживания стандартного комплекта бытовых приборов в загородном доме.

Технический специалист компании «Каширский Двор»