СИСТЕМА ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F01K17/02 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах теплоснабжения, использующих тепло, генерируемое на теплоэлектроцентрали.

Известна принципиальная схема теплоснабжения от теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) с теплонасосной установкой для частичного использования теплоты обратной сетевой воды. /1/ В этой схеме обратная сетевая вода от потребителя разделяется перед теплонасосной установкой на два потока. Первый поток охлаждается в испарителях теплонасосной установки и направляется на ТЭЦ при пониженной температуре обратной сетевой воды. Второй поток обратной сетевой воды нагревается в конденсаторах установки и подается в прямую сеть теплоснабжения потребителей. Поступившая на ТЭЦ охлажденная обратная сетевая вода, как имеющая низкую температуру, может нагреваться в конденсаторе турбины (во встроенном пучке), а затем уже последовательно в дополнительном и двух основных сетевых подогревателях. Нагретая сетевая вода по прямой транзитной магистрали поступает к пиковому водогрейному котлу, где смешивается с горячей водой от теплонасосной установки, догревается до нужной по графику температуры и подается к тепловым потребителям.

Снижение температуры обратной сетевой воды позволяет на ТЭЦ расширить диапазон ступенчатого подогрева сетевой воды за счет установки дополнительного сетевого подогревателя, питаемого паром нерегулируемых отборов низкого давления, и достигнуть значительного увеличения выработки электроэнергии на тепловом потреблении. При этом намного сокращаются расход циркуляционной воды и затраты электроэнергии на циркуляционные насосы, снижается стоимость системы технического водоснабжения ТЭЦ. Увеличение выработки электроэнергии на тепловом потреблении и снижение расхода энергии на собственне нужды ТЭЦ значительно превышают ее затраты на привод компрессоров теплонасосной установки. При большом радиусе присоединения тепловых потребителей дополнительный расход капиталовложений в теплонасосные станции перекрывается экономией капитальных вложений в магистральные тепловые сети.

Приведенная схема теплоснабжения от ТЭЦ и теплонасосной установки имеет ограниченное применение и оправдана при удалении теплопотребителей на большие расстояния от источника теплоты. При малых дальностях теплоснабжения от ТЭЦ введение теплонасосной установки по описанной схеме не оправдывается.

Предложенная схема включения теплонасосной установки в первичный контур сетевой воды с разделением потоков обратной сетевой воды ограничивает возможность теплосъема низкопотенциального тепла в конденсаторе турбин и тем самым полезного вовлечения низкопотенциального тепла в систему отопления и горючего водоснабжения.

Однако главный недостаток схемы теплоснабжения аналога состоит в том, что в этой схеме механизм переноса тепла от источника низкопотенциального тепла к теплопотребителям происходит с наибольшим расходом электроэнергии (обеспечивающего реализацию закона термодинамики). Это видно из того, чтобы сохранить расход обратной сетевой воды, идущей через испаритель теплонасосной установки и далее конденсатор и сетевые теплонагреватели на уровне его расхода через эти сетевые теплонагреватели при отсутствии теплонасосной установки, необходимо увеличить расход обратной сетевой воды в первичном контуре на величину потока обратной сетевой воды, поступающего в конденсатор теплонасосной установки. Следовательно, примененная схема в работе с включением теплонасосной установки в первичный контур сетевой воды и размещением на ТЭЦ предопределяет увеличение циркуляции сетевой воды на величину расхода обратной сетевой воды, проходящей через конденсатор. Отсюда очевиден дополнительный расход электроэнергии на прокачку сетевой воды в первичном контуре, который будет соизмерным с сокращением расхода электроэнергии на циркуляционно охлаждаемые воды, что сводит до минимума отмеченный эффект в схеме теплоснабжения от ТЭЦ с теплонасосной установкой в работе.

Наконец, организация разделения потока обратной сетевой воды перед теплонасосной установкой с последующим сбросом этого потока, прошедшего через конденсатор теплонасосной установки, в подающую магистраль сетевой воды приводит к необходимости дополнительной затраты тепловой энергии в пиковом водогрейном котле, чтобы достигнуть температуры сетевой воды, предусмотренной графиком отпуска теплоты. Все это также указывает на ограниченные возможности использования теплонасосной установки в составе ТЭЦ, в том числе и из-за снижения позитивного эффекта включения теплонасосной установки в первичный тракт сетевой воды, а именно между потоками сетевой воды в обратной и прямой магистралях.

Также известна система теплоснабжения, состоящая из теплофикационной энергоустановки, включающей основной паросиловой контур, контур охлаждающей воды, контура первичной сетевой воды с водоподогревателями горячей воды и отопления и контур системы отопления с элеватором /2/. Эта система менее эффективна предлагаемой.

Целью изобретения является повышение тепловой экономичности и увеличение теплопроизводительности системы теплоснабжения.

Указанная цель достигается тем, что известная система теплоснабжения, состоящая из теплофикационной энергоустановки, включающей основной паросиловой контур, контур охлаждающей воды, контур первичной сетевой воды с водоподогревателями горячей воды и отопления и контур системы отопления с элеватором, снабжена теплонасосной установкой, размещенной на тепловых пунктах, причем она подключена по тракту обратной сетевой воды первичного контура ко входу-выходу испарителя, а по тракту обратной воды системы отопления ко входу-выходу конденсатора с установкой регулирующих задвижек на соответствующих трактах. Выход теплонасосной установки по тракту испарителя подключен к трубопроводу обратной сетевой воды, по которому захоложенная сетевая вода транспортируется и поступает на вход конденсатора турбины, а вход теплонасосной установки по тракту испарителя подключен к трубопроводу обратной сетевой воды за циркуляционным насосом сетевой воды первичного контура. Обратная сетевая вода после конденсатора турбины поступает на сетевой подогреватель и далее в магистральный трубопровод прямой сетевой воды.

Вход теплонасосной установки по тракту ее конденсатора подключен к тракту воды горячего водоснабжения после первой ступени водоподогревателя горячей воды, а выход теплонасосной установки по тракту ее конденсатора подключен к входу рециркуляционного насоса горячей воды.

Теплонасосная установка оснащена устройствами и приборами, позволяющими автоматически поддерживать необходимую температуру воды на выходе из конденсатора или испарителя. Она также снабжена дополнительным теплообменником-конденсатором, вход которого по тракту отработавшего пара подключен к выходу турбины и входу конденсатора турбины, а выход его к выходу конденсатора турбины и к воду конденсатного насоса паросилового цикла, а по тракту сетевой воды вход дополнительного теплообменника подключен к выходу испарителя теплонасосной установки, а его выход к выходу основного сетевого подогревателя.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что предлагаемая система теплоснабжения отличается включенной теплонасосной установкой в систему отопления и горячего водоснабжения с размещением ее на тепловом пункте, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

На фиг.1 показана принципиальная схема теплоснабжения от ТЭЦ с размещением теплового насоса на тепловых пунктах; на фиг.2 схема теплоснабжения от ТЭЦ с размещением теплонасосной установки на тепловых пунктах с включением дополнительного теплообменника-конденсатора 17, применение которого обязательно в тех случаях, когда вода контура охлаждения и сетевая вода транспортной магистрали не могут быть взаимозаменяемы.

Теплофикационная энергетическая установка содержит паросиловой контур, включающий теплофикационную турбину 1, подогреватель сетевой воды 2, конденсатор охлаждающей воды 3, конденсатный насос 6, регенеративные водоподореватели 7, а также состав другого типового оборудования паросилового контура, не указанного на фиг.1 из-за отсутствия надобности, но которое необходимо для работы теплофикационной энергетической установки. Кроме того, установка содержит контур охлаждающей воды, включающий градирню 4 и циркуляционные насосы охлаждающей воды 5.

Теплофикационная энергетическая установка соединена с тепловыми пунктами магистральными трубопроводами прямой и обратной сетевой воды, циркуляция которой обеспечивается насосами 12 с водоподогревателями первой ступени 9, подключенного к потоку прямой сетевой воды и водоподогревателем второй ступени 11, подключенного к потоку обратной сетевой воды, в которых происходит подогрев горячей воды, подаваемой хозяйственными насосами 8 и рециркуляционными насосами 13, и с водоподогревателями отопления 10, в котором обеспечивается подогрев внутриквартальной воды, подаваемой в систему отопления насосами 15, и элеваторы 14, обеспечивающие регулирование температуры воды, поступающей в систему отопления.

Схема теплоснабжения включает теплонасосную установку 16, размещенную на тепловых пунктах, которая по тракту испарителя через задвижки з-6, з-7 и з-16 подключена к потоку обратной сетевой воды, циркулирующей в первичном контуре, а по тракту конденсатора через задвижки з-13 ^oC з-15 подключена к потоку обратной внутриквартальной воды, поступающей из системы отопления.

Предлагаемая система включает набор задвижек з-1 з-19, показанных на фиг. 1, с помощью которых обеспечивается совместная работа теплофикационной энергоустановки и теплонасосных установок, размещаемых на теплопунктах.

На фиг. 2 задвижки 17 и 18 предназначены для подключения теплообменника 17 для съема низкопотенциального тепла отработавшего пара в турбине 1.

Совместная работа теплофикационной и теплонасосной установок в период отопления обеспечивается следующим образом.

Задвижки з-1, з-2, з-5, з-6, з-14 закрыты, а задвижки з-3, з-4, з-7, з-16, з-13 и з-15 открыты. В этом случае на теплопунктах обратная сетевая вода после циркуляционных насосов первичной сетевой воды 12 поступает в испаритель теплонасосной установки 16 и захолаживается до расчетной (заданной по графику) температуры. После этого захоложенная обратная сетевая вода поступает в магистральный трубопровод обратной сетевой воды и подается циркуляционными насосами охлаждающей воды в конденсатор 3, в котором происходит ее подогрев за счет теплоты конденсации отработавшего пара в турбине 1, т.е. происходит извлечение низкопотенциальной теплоты, ранее теряемой в градирне 4. Частично нагретая сетевая вода в конденсаторе 3 далее поступает в сетевой подогреватель 2, где происходит ее догрев паром из теплофикационного отбора до расчетной температуры. В зависимости от температуры наружного воздуха в случае необходимости может происходить ее догрев в пиковых водогрейных котлах, которые на фиг.1 не указаны. Далее прямая сетевая вода идет на тепловые пункты и через водоподогреватели 9, 10 и 11 отдает тепло.

Одновременно с процессом захолаживания обратной сетевой воды первичного контура в конденсаторе теплонасосной установки 16 происходит частичный подогрев обратной воды системы отопления, которая поступает с более высокой температурой на подогрев в водоподогреватель отопления 10 и уже затем через элеватор 14 в систему отопления, тем самым происходит полезное использование ранее теряемой низкопотенциальной теплоты в градирне 4.

Таким образом в теплонасосной установке 16 происходит подготовка обратной сетевой воды (за счет ее захолаживания в испарителе) и тем самым ее приведение к температурному уровню, позволяющему в дальнейшем обратную сетевую воду использовать для откачки теплоты (теплосъема) от отработавшего пара в конденсатор 3. Это позволяет свести до минимума потери низкопотенциального тепла отработавшего пара в турбине 1. В связи с тем, что низкопотенциальное тепло в конденсаторе 3 было воспринято захоложенной обратной сетевой водой, оно должно быть в конечном итоге передано тепловому потребителю. Эта передача происходит в теплонасосной установке 16 за счет частичного подогрева обратной воды системы отопления. Следовательно, существующая система доставки теплоты от теплофикационной энергоустановки до тепловых пунктов, включая и воспринятое низкопотенциальное тепло сетевой водой, используется в том виде, какой она сложилась на текущий момент без всякого ее нарушения. Включение же теплонасосной установки в систему отопления на теплопунктах позволяет повысить теплопроизводительность ТЭЦ, не увеличивая расход топлива. В случаях же снижения тепловой нагрузки отопления включение теплонасосной установки позволит либо снизить расход топлива на ТЭЦ, либо дополнительно обеспечивать частичный догрев воды, поступающей в систему горячего водоснабжения. На фиг.1 этот случай изображен пунктирными линиями, при этом задвижка 9 закрыта, а задвижки 11 и 12 открыты. В летний период теплонасосная установка 16 работает только на систему горячего водоснабжения.

Организация отбора низкопотенциального тепла по такой схеме и его доставка до потребителя обеспечивают наибольший коэффициент преобразования и, следовательно, наименьший расход электроэнергии на привод компрессора теплонасосной установки.

Изобретение позволяет существенно повысить теплопроизводительность ТЭЦ и за счет полезного вовлечения низкопотенциального тепла с помощью теплонасосной установки в систему отопления и горючего водоснабжения, ранее теряемого в градирне, а также экономичность производства электроэнергии благодаря снижению потерь в системе охлаждения (градирнях), главным образом, в отопительный период.

Использование: в теплоэнергетике, а также в системах теплоснабжения, использующих тепло, генерируемое на теплоэлектроцентрали. Сущность изобретения: система теплоснабжения, состоящая из теплофикационной энергоустановки, включающей основной паросиловой контур, контур охлаждающей воды, контур первичной сетевой воды с водоподогревателями горячей воды и отопления и контур системы отопления с элеватором, снабжена теплонасосной установкой, размещенной на тепловых пунктах, причем она подключена по тракту обратной сетевой воды первичного контура к входу-выходу испарителя, а по тракту обратной воды системы отопления - к входу-выходу конденсатора с установкой регулирующих задвижек на соответствующих трактах. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система теплоснабжения, состоящая из теплофикационной энергоустановки, включающей основной паросиловой контур, контур охлаждающей воды, контура первичной сетевой воды с водоподогревателями горячей воды и отопления и контура системы отопления с элеватором, отличающаяся тем, что она снабжена теплонасосной установкой, размещенной на тепловых центральных и местных пунктах, причем теплонасосная установка подключена по тракту обратной сетевой воды первичного контура к входу-выходу испарителя, а по тракту обратной воды системы отопления к входу-выходу конденсатора с установкой регулирующих задвижек на соответствующих трактах. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что выход теплонасосной установки по тракту испарителя подключен к трубопроводу обратной сетевой воды, по которому захоложенная сетевая вода транспортируется и поступает на вход конденсатора турбины, а вход теплонасосной установки по тракту испарителя подключен к трубопроводу обратной сетевой воды за циркуляционным насосом сетевой воды первичного конутра. 3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что обратная сетевая вода после конденсатора турбины поступает на сетевой подогреватель и далее в магистральный трубопровод прямой сетевой воды. 4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что вход теплонасосной установки по тракту ее конденсатора подключен к тракту воды горячего водоснабжения после первой ступени водоподогревателя горячей воды, а выход теплонасосной установки по тракту ее конденсатора подключен к входу рециркуляционного насоса горячей воды. 5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что теплонасосная установка оснащена устройствами и приборами, позволяющими автоматически поддерживать необходимую температуру воды на выходе из конденсатора или испарителя. 6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что теплонасосная установка подключена по тракту прямой воды системы отопления к входу-выходу конденсатора теплонасоса с установкой запорно-регулирующих задвижек по соответствующему тракту. 7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным теплообменником конденсатора, вход которого по тракту отработавшего пара подключен к выходу турбины и входу конденсатора турбины, а выход его к выходу конденсатора турбины и входу конденсатного насоса паросилового цикла, а по тракту сетевой воды вход дополнительного теплообменника подключен к выходу испарителя теплонасосной установки, а его выход к выходу основного сетевого подогревателя.