Układy chłodzenia gazowych agregatów kogeneracyjnych (część 1/2)

Działanie układów kogeneracyjnych CHP

Układy kogeneracyjne CHP (combined heat and power) charakteryzują się wytwarzaniem energii elektrycznej i cieplnej w skojarzeniu. Agregaty kogeneracyjne o których mowa, wykorzystują tłokowe silniki spalinowe wewnętrznego spalania o zapłonie iskrowym do przemiany energii chemicznej paliwa gazowego na energię cieplną, a docelowo na energię mechaniczną. Energia mechaniczna wytworzona w silniku spalinowym przenoszona jest za pomocą sprzęgła, (najczęściej z elementem elastycznym sprzęgła zamocowanym na czopie prądnicy) i wykorzystywana jest do wytwarzania energii elektrycznej w prądnicy (najczęściej spotyka się prądnice synchroniczne). W zależności od specyfiki zakładów przemysłowych, w których zamontowany jest agregat kogeneracyjny i napięcia sieci z którą agregat ma współpracować, stosuje się różne napięcia znamionowe prądnicy. Na przykład agregat kogeneracyjny produkcji Caterpillar serii CG-170 może być wyposażony w prądnice o następujących napięciach znamionowych: 400V, 415V, 690V, 6000V, 6300V, 6600V, 10 000V, 10 500V, 11 000V, 15 000V. W przypadku przesyłania energii elektrycznej do sieci dystrybucyjnej, przy napięciu znamionowym prądnicy różnym od napięcia sieci przesyłowej, pomiędzy agregatem kogeneracyjnym, a siecią przesyłową montuje się transformator.

Chłodzenie bloku silnika układu kogeneracyjnego

Ciepło które wywiązuje się podczas spalania mieszanki gazowej i zjawisk fizycznych zachodzących podczas pracy danego układu kogeneracyjnego odbierane jest przez układy chłodzenia i odprowadzane z gazowego agregatu kogeneracyjnego na zewnątrz. Zdjęcie termowizyjne nr 1 obrazuje chłodnicę awaryjną bloku silnika podczas pracy, chłodnica ta pracuje podczas mniejszego zapotrzebowania na ciepło niż wynosi bieżąca produkcja agregatu kogeneracyjnego.

Oczywistymi dla wszystkich elementami z których należy odebrać i odprowadzić ciepło jest blok silnika i głowice cylindrowe. Ciepło w bloku silnika pochodzi w głównej mierze z chłodzenia tulei cylindrowych, a ciepło z głowic cylindrowych pochodzi zaś, z chłodzenia komór spalania oraz kanałów układu wydechowego. Oprócz wspomnianych wyżej miejsc wywiązywania się ciepła w silniku, należy też schłodzić np. olej silnikowy. Olej silnikowy ma kilka funkcji, a jedną z nich jest właśnie chłodzenie elementów silnika.

Chłodzenie oleju silnikowego układu kogeneracyjnego

Oprócz chłodzenia czyli odprowadzania ciepła z elementów które współpracują ze sobą ciernie, takich jak:

– czopy wału korbowego i rozrządu,

– tłoki i tuleje cylindrowe,

– łożyska wałka turbosprężarki,

– koła zębate układu rozrządu i inne,

olej silnikowy odbierać również ciepło z najgorętszych elementów silnika. Najbardziej znanym przykładem, jest odbieranie ciepła z denek tłoków. W tym celu stosuje się specjalne dysze natryskowe, które natryskują olejem silnikowym tłoki od spodu, z komory korbowej silnika. Wiadomą rzeczą jest, iż z gorącego oleju silnikowego należy obierać ciepło i zapewnić olejowi silnikowemu odpowiednią temperaturę (a co za tym idzie lepkość) przed ponownym wykorzystaniem go do smarowania silnika i chłodzenia silnika. W tym celu stosuje się chłodnice oleju silnikowego. Są one najczęściej montowane w najkorzystniejszym miejscu, to jest umożliwiającym najlepsze oddawanie ciepła. W silnikach marki Caterpillar serii CG-132 i CG-170 oraz w silnikach: MWM TCG 2016, MWM TCG 3016, MWM TCG 2020 chłodnica oleju silnikowego montowana jest przy wlocie cieczy chłodzącej (najczęściej roztworu glikolu) do bloku silnika. Ilustruje to zdjęcie termowizyjne nr 2.

mail: promanski@eneria.pl

Autor: Piotr ROMAŃSKI

Ekspert ds. Usług Serwisowych Silników Przemysłowych CAT