ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС Российский патент 2002 года по МПК F01K17/02 F24D12/02 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к централизованному теплоснабжению на основе совместного производства электроэнергии и теплоты на паротурбинных ТЭЦ общегородского назначения (теплофикация).

Одним из направлений совершенствования теплофикации является снижение температуры обратной сетевой воды за счет дополнительного охлаждения в испарителях теплонасосных установок (ТНУ) [1], что позволяет увеличить теплопроизводительность системы теплоснабжения и снизить удельную стоимость и потери энергии магистральных теплопроводов.

Известна система теплоснабжения, включающая ТЭЦ и ТНУ [2], которая служит прототипом изобретения. В ней обратная сетевая вода разделяется перед ТНУ на два потока. Первый после охлаждения в испарителях ТНУ направляется на ТЭЦ, где сначала догревается в специально выделенном трубном пучке конденсатора и в дополнительно создаваемом сетевом подогревателе, где в качестве греющей среды используется пар нерегулируемого отбора, расположенного между нижним теплофикационным отбором и конденсатором, и затем нагревается до расчетной температуры в основных сетевых подогревателях турбины. Второй поток сетевой воды направляется в конденсаторы ТНУ и после нагрева в них смешивается с основным потоком горячей воды от ТЭЦ и используется для теплоснабжения потребителей.

Техническое решение [2] имеет следующие недостатки.

1. Для обеспечения энергетической эффективности системы "ТЭЦ-ТНУ" необходимо производить компенсационный подогрев переохлажденной сетевой воды до исходной температуры (на входе в испарители ТНУ) за счет отработавшей низкопотенциальной теплоты турбин, что и выполняется в [2]. Однако при использовании современных конструкций теплофикационных турбин, работающих в расчетном отопительном режиме, это приведет к ограниченному повышению теплопроизводительности системы теплоснабжения, поскольку теплопроизводительность конденсатора в данном режиме минимальна, а нерегулируемый отбор пара в дополнительный сетевой подогреватель в конструкции турбины отсутствует (турбина Т-100-130) либо расход пара в нем равен нулю (Т-250/300-240). В результате ограничиваются возможности получения дополнительной мощности системы с помощью ТНУ и соответственно снижения температуры обратной сетевой воды за счет ее охлаждения в испарителях ТНУ.

2. Режим работы конденсаторов турбин становится зависимым от изменяющихся в течение года расхода и температуры обратной сетевой воды и поэтому необходимы новые конструктивные решения, что ограничивает возможности использования существующих конструкций конденсаторов.

3. Температура нагретой в ТНУ сетевой воды должна равняться температуре основного потока, т. е. в расчетном режиме (без включения пиковых котлов) 100-110^oС, что существенно выше принимаемых для ТНУ значений и накладывает дополнительные ограничения на выбор рабочего тела и снижает величину коэффициента преобразования энергии ТНУ.

Целью изобретения является повышение показателей конкурентоспособности теплофикации за счет максимального снижения температуры обратной сетевой воды до 5-10^oС и максимального увеличения теплопроизводительности системы теплоснабжения при одновременном использовании выпускаемого промышленностью и ныне действующего энергооборудования электростанций, что позволит с минимальными затратами средств и времени обеспечить преемственность перехода к усовершенствованным системам централизованного теплоснабжения городов.

Указанная цель достигается тем, что система теплоснабжения выполнена в виде единого энергетического комплекса, использующего органическое или/и ядерное топливо и включающего источники энергии трех видов: электрогенерирующие конденсационные энергоблоки, обеспечивающие электроснабжение, электро- и теплогенерирующие теплофикационные энергоблоки и теплонасосные станции (ТНС), обеспечивающие теплоснабжение потребителей, которые объединяются общим контуром теплоносителя так, что обратная сетевая вода ТЭЦ направляется в последовательно-параллельно включенные по потоку испарители ТНУ и после охлаждения в них поступает в виде единого потока в систему отвода теплоты отработавшего пара одной или нескольких последовательно включенных по ходу потока конденсационных паровых турбин, и затем единый поток распределяется по параллельно включенным по ходу потока теплофикационным турбинам, где нагревается отработавшим паром теплофикационных турбин так, чтобы общий нагрев обратной сетевой воды в системе отвода теплоты отработавшего пара конденсационных и теплофикационных турбин осуществлялся до проектной температуры на входе в сетевые подогреватели последних, причем для обеспечения возможности использования существующих конструкций конденсаторов турбин и оптимальных эксплуатационных режимов их работы отвод теплоты отработавшего пара осуществляется с помощью циркуляционного контура с промежуточным теплообменником "циркуляционная - сетевая вода" так, что в расчетном отопительном режиме вся отработавшая теплота турбины отводится обратной сетевой водой, а в нерасчетном - при пониженных нагрузках системы теплоснабжения - циркуляционный контур дополнительно подключается к обычной системе технического водоснабжения электростанций, при этом потребители теплоты от ТНУ обеспечиваются теплонасосными станциями, каждая из которых имеет пиковый нагреватель и подключена к потребителям с помощью собственного контура теплоносителя.

Схема энергетического комплекса приведена на фиг.1. Он работает следующим образом. Нагретая в сетевых подогревателях теплофикационных турбин 1 (а при необходимости и в пиковых котлах 2) вода по подающим магистралям 3 поступает к потребителям 4. Обратная сетевая вода по магистралям 5 поступает на ТНС 6, обеспечивающих с использованием пиковых нагревателей 7 тепловых потребителей 8. Охлажденная в испарителях ТНC сетевая вода, например с 35-40^oС до 5-10^oС, единым потоком поступает в систему охлаждения отработавшего пара конденсационных турбин 9 и распределяется на параллельные потоки по числу теплофикационных турбин 1, в системе охлаждения отработавшего пара которых нагревается до проектной температуры воды на входе в сетевые подогреватели турбин и затем - в сетевых подогревателях.

На фиг. 2 дана схема включения потока обратной сетевой воды 1 в систему охлаждения отработавшего пара турбин, состоящей из контуров циркуляционной воды 2 и промежуточных теплообменников 3.

При правильном выборе типа и количества теплофикационных и конденсационных турбин в расчетном отопительном режиме работы системы вся отработавшая теплота конденсационных и теплофикационных блоков может отводиться только обратной сетевой водой, обеспечивая ее полную утилизацию. В нерасчетном режиме работы при пониженной нагрузке системы теплоснабжения потребуется источник дополнительного охлаждения, что осуществляется подключением обычной системы технического водоснабжения с помощью трубопроводов 4. Нагретая в контуре 2 теплофикационной турбины сетевая вода 5 поступает в ее сетевые подогреватели.

При снижении температуры обратной сетевой воды до 5^oС тепловая мощность системы теплоснабжения может удвоиться по сравнению с мощностью входящей в нее ТЭЦ. При этом конденсационные и теплофикационные блоки энергокомплекса могут размещаться как на одной производственной площадке вне обслуживаемого города, так и раздельно - КЭС (или АЭС) вне города, а ТЭЦ в городе. Возможно и компромиссное решение: на первом этапе в систему с внешней конденсационной тепловой или атомной электростанцией подключается обратная линия тепловых сетей существующей внутригородской ТЭЦ с ТНС. После отработки ресурса и демонтажа ТЭЦ заменяется на внешнюю, например, парогазовую ТЭЦ, размещение которых в городах проблематично, так как количество вырабатываемой на них электроэнергии и количество сжигаемого топлива на единицу теплоты значительно возрастает, что ухудшает экологию.

Таким образом, изобретение может быть использовано как при новом строительстве, так и при модернизации существующих систем теплоснабжения городов.

Источники информации
1. Г.Хайнрик, X.Найорк, В.Нестлер. Теплонасосные установки для отопления и горячего водоснабжения. М.: Стройиздат, 1985, с. 306.

2. В.И.Андрющенко, Р.З.Аминов, Ю.М.Хлебалин. Теплофикационные установки и их использование. М.: Высшая школа, 1989, с. 234.

Изобретение предназначено для использования в теплоэнергетике. Энергетический комплекс включает теплофикационные паровые турбины, теплонасосные установки, пиковые нагреватели и тепловые сети и дополнительно содержит электрогенерирующие конденсационные турбины, которые объединяются с теплофикационными турбинами общим контуром теплоносителя так, что потоки обратной сетевой воды комплекса направляются в испарители теплонасосных установок и после охлаждения в них поступают в виде единого потока в систему отвода теплоты отработавшего пара одной или нескольких последовательно включенных по ходу потока конденсационных паровых турбин и затем единый поток распределяется по параллельно включенным по ходу потока теплофикационным турбинам, где он нагревается в системе отвода теплоты отработавшего пара теплофикационных турбин и затем в сетевых подогревателях, причем расчетная температура нагретой в конденсационной и теплофикационной частях комплекса сетевой воды отвечает проектной температуре воды на входе в сетевые подогреватели, при этом потребители теплоты теплонасосных теплоисточников обеспечиваются теплонасосными станциями, каждая из которых имеет пиковый нагреватель и подключена к потребителям с помощью собственного контура теплоносителя. Отвод теплоты отработавшего пара сетевой водой осуществляется с помощью контура охлаждающей воды конденсатора, включающего промежуточный теплообменник "циркуляционная - сетевая вода", так, что в расчетном отопительном режиме вся отработавшая теплота турбины отводится обратной сетевой водой и при нерасчетном контур дополнительно подключается к обычной системе технического водоснабжения электростанций. Изобретение позволяет повысить показатели конкурентоспособности теплофикации. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Энергетический комплекс, включающий теплофикационные паровые турбины, теплонасосные установки, пиковые нагреватели и тепловые сети, отличающийся тем, что он дополнительно содержит электрогенерирующие конденсационные турбины, которые объединяются с теплофикационными турбинами общим контуром теплоносителя так, что потоки обратной сетевой воды комплекса направляются в испарители теплонасосных установок и после охлаждения в них поступают в виде единого потока в систему отвода теплоты отработавшего пара одной или нескольких последовательно включенных по ходу потока конденсационных паровых турбин и затем единый поток распределяется по параллельно включенным по ходу потока теплофикационным турбинам, причем расчетная температура сетевой воды, нагретой за счет теплоты отработавшего пара в обеих частях комплекса - конденсационной и теплофикационной - отвечает проектной температуре воды на входе в сетевые подогреватели, при этом потребители теплоты теплонасосных теплоисточников обеспечиваются теплонасосными станциями, каждая из которых имеет пиковый нагреватель и подключена к потребителям с помощью собственного контура теплоносителя. 2. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что отвод теплоты конденсации отработавшего пара осуществляется с помощью циркуляционного контура с промежуточным теплообменником "циркуляционная - сетевая вода" так, что в расчетном отопительном режиме вся отработавшая теплота турбин отводится обратной сетевой водой, а в нерасчетном - при пониженной нагрузке системы теплоснабжения - циркуляционный контур дополнительно подключается к обычной системе технического водоснабжения электростанций.