Система теплоснабжения удаленных военных объектов и населенных пунктов Российский патент 2023 года по МПК F22B31/00 F24D10/00 

Изобретение относится к области энергетики, в частности, к системам теплоснабжения удаленных военных объектов и населенных пунктов с использованием природного газа и биогаза в качестве источников для производства тепловой энергии.

Известна закрытая водяная система централизованного теплоснабжения, включающая двухтрубные магистральные тепловые сети, к которым подключены потребители тепла - системы отопления и системы горячего водоснабжения зданий и сооружений. Последние подключены к тепловым сетям через тепловые пункты с подогревателями, которые могут быть одно- и двухступенчатыми и подключаются к тепловым сетям по параллельной, последовательной или смешанной схеме (Патент РФ №2117876, опубл. от 20.08.1998).

Известна система теплоснабжения и/или горячего водоснабжения комплексного потребителя тепловой энергии, включающего локальные потребители в виде отдельных зданий или сооружений, объединенных, например, в архитектурно-строительные группы, микрорайоны, кварталы или населенные пункты, характеризующаяся тем, что она представляет собой гидравлическую систему, включающую распределительную сеть трубопроводов, сообщенных по теплоносителю с источником теплоснабжения, например котельной с локальными потребителями тепловой энергии, запорную и/или запорно-регулировочную арматуру с запирающим элементом, насосное и другое оборудование (Патент РФ №2364798, опубл. от 20.08.2009, Бюл. №23).

Известно устройство системы централизованного теплоснабжения жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений, имеющих тепловые пункты, соединенные с прямым и обратным магистральными трубопроводами централизованной системы циркуляции теплоносителя от центральной котельной (Патент РФ №2168113, опубл. от 27.05.2001, Бюл. №15).

Известна автономная система теплоснабжения обособленных населенных пунктов, содержащая котельную установку с водогрейным котлом и горелкой, к которой подключен газопровод природного газа, подключенные к котлу трубопроводы нагретой и обратной воды, местные системы отопления и горячего водоснабжения конечных потребителей, подключенные к трубопроводам нагретой и обратной воды через тепловые пункты (Хаванова П.А. Источники теплоты автономных систем теплоснабжения. Журнал АВОК. 2002, №1, с. 14-21).

Недостатком данного технического решения является необходимость использования сетевого трубопроводного природного газа, имеющего значительную протяженность трубопроводов от магистрального газопровода до обособленных населенных пунктов.

Известна биогазовая установка для переработки фекально-бытовых сточных вод жилых зданий населенных пунктов и жилых массивов в биогаз, содержащая песколовку, корпус с технологическими патрубками, разделенный перегородкой на камеры кислого и метанового брожения с размещенными под ними сборниками бражки, и микрофильтры, при этом камера метанизации сообщена со сборником бражки камеры метанового брожения и емкостью для товарного биогаза (Патент РФ №2 092 458, опубл. от 10.10.1997).

Известно устройство газгольдера для сбора и хранения биогаза, содержащее наружную и внутреннюю секции, колокол, концентрическую перегородку, жестко соединенную с колоколом, трубы для подвода и отвода биогаза и диоксида углерода и греющего газгольдер теплоносителя, при этом полость газгольдера разделена концентрической перегородкой на две секции: наружную для сбора биогаза и внутреннюю для сбора двуокиси углерода (Патент РФ №2306478, опубл. от 20.09.2007, Бюл. №26).

Известно устройство блочно-модульной котельной, включающий в себя тепломеханическое оборудование, оборудование автоматики безопасности, регулирования и КИП, оборудование электрики и освещения, оборудование газоснабжения котельной, оборудование вентиляции и отопления, оборудование водопровода и канализации, узлы учета, которое собирается укрупненными блоками в заводских условиях, а в качестве корпусов блоков котельной используются каркасные конструкции различных типов (Патент на полезную модель РФ №120484, опубл. от 20.09.2012, Бюл. №26).

Известна система теплоснабжения удаленных военных объектов и населенных пунктов, включающая в себя источник природного газа в виде емкости с сжиженным природным газом, подключенную к источнику природного газа котельную, работающей на природный газ, тепловую сеть, связывающую котельную с потребителями тепловой энергии, в качестве которых являются здания и сооружения удаленных военных объектов и населенных пунктов (Патент РФ №2726963, опубл. от 17.07.2020, Бюл. №20).

Недостатком данного технического решения является высокий расход дорогостоящего природного газа в летний период и невозможность увеличения расчетной тепловой мощности котельной при возрастании количества потребителей тепловой энергии.

Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения заключается в снижении расхода природного газа для производства тепловой энергии в летний период и увеличении мощности системы теплоснабжения при возрастании количества потребителей тепловой энергии.

Для достижения данного технического результата предлагаемая система теплоснабжения удаленных военных объектов и населенных пунктов, включающая в себя источник природного газа, подключенную к источнику природного газа котельную, работающей на природном газе, тепловую сеть, состоящую из подающего и обратного трубопроводов, связывающую котельную с потребителями тепловой энергии, которыми являются здания и сооружения удаленных военных объектов и населенных пунктов, снабжена блочно-модульной котельной установкой, работающей на биогазе, биогазовой установкой, производящей биогаз из канализационных сточных вод потребителей тепловой энергии, газгольдером для хранения биогаза, газовыми магистралями биогаза, связывающими котельную установку с биогазовой установкой через газгольдер, тепловой сетью блочно-модульной котельной установки, тепловой сетью потребителей тепловой энергии, состоящей из подающего и обратного трубопроводов, и тепловым пунктом с теплообменниками, один из которых расположен на тепловой сети котельной, работающей на природном газе, а второй теплообменник расположен на тепловой сети блочно-модульной котельной установки, при этом через теплообменники проходит тепловая сеть потребителей тепловой энергии, а потребители тепловой энергии связаны с биогазовой установкой подземными трубопроводами канализационных сточных вод.

Введение в предлагаемую систему теплоснабжения удаленных военных объектов и населенных пунктов блочно-модульной котельной установки, работающей на биогазе, биогазовой установки, производящей биогаз из канализационных сточных вод потребителей тепловой энергии, газгольдера для хранения биогаза, газовых магистралей биогаза, связывающих котельную установку с биогазовой установкой через газгольдер, тепловой сети блочно-модульной котельной установки, состоящей из подающего и обратного трубопроводов, тепловой сети потребителей тепловой энергии, состоящей из подающего и обратного трубопроводов, теплового пункта с теплообменниками, один из которых расположен на тепловой сети котельной, работающей на природном газе, а второй теплообменник на тепловой сети блочно-модульной котельной установки, при этом через теплообменники проходит тепловая сеть потребителей тепловой энергии, а также подземных трубопроводов канализационных сточных вод, связывающих потребителей тепловой энергии с биогазовой установкой, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности производства дополнительной тепловой энергии без увеличения расхода природного газа за счет использования быстровозводимой блочно-модульной котельной установки, работающей на биогазе, который производится путем сбраживания сточных вод, отводимых от зданий и сооружений удаленных военных объектов и населенных пунктов, то есть за счет альтернативного, местного ресурса, который ранее не использовался, что позволяет снизить расход природного газа для производства тепловой энергии в летний период, когда работает только система горячего водоснабжения, а система отопления отключена и можно оставить в работе только блочно-модульную котельную установку, работающей на биогазе, а также увеличить мощность системы теплоснабжения (количества вырабатываемого тепла) при возрастании количества потребителей тепловой энергии без увеличения расхода природного газа.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема системы теплоснабжения удаленных военных объектов и населенных пунктов.

Система теплоснабжения удаленных военных объектов и населенных пунктов включает в себя источник природного газа 1. В качестве источника природного газа 1 может быть использована линия газопровода, идущая от магистрального газопровода, от емкости со сжатым газом или от емкости с сжиженным природным газом (на рис. не показаны). К источнику природного газа 1 подключена стационарная котельная 2, работающая на природном газе. От котельной 2 проведена тепловая сеть 3, состоящая из подающего и обратного трубопроводов.

Потребителями тепловой энергии 4 являются здания и сооружения удаленных военных объектов и населенных пунктов.

Система теплоснабжения зданий и сооружений удаленных военных объектов и населенных снабжена быстровозводимой блочно-модульной котельной установкой 5, работающей на биогазе. Биогаз производится биогазовой установкой 6, из канализационных сточных вод, сбрасываемых из зданий и сооружений удаленных военных объектов и населенных пунктов, после чего биогаз собирается и храниться в газгольдере хранения биогаза 7. Блочно-модульная котельная установка 5 и биогазовая установка 6 связаны между собой газовыми магистралями биогаза 8 через газгольдер 7.

Быстровозводимая блочно-модульная котельная установка 5 имеет свою тепловой сеть 9, состоящая из подающего и обратного трубопроводов.

В систему теплоснабжения также входит и тепловой пункт 10 с теплообменниками, один из которых, теплообменник 11, расположен на тепловой сети 9 блочно-модульной котельной установки 5. Второй теплообменник, теплообменник 12, расположен на тепловой сети 3 котельной 2, работающей на природном газе.

Через теплообменники 11 и 12, соответственно, проходит тепловая сеть 13 потребителей тепловой энергии 4, а потребители тепловой энергии 4 связаны с биогазовой установкой 6 подземными трубопроводами 14 канализационных сточных вод.

Работа предлагаемой системы теплоснабжения удаленных военных объектов и населенных пунктов осуществляют следующим образом.

Первоначально, все потребители тепловой энергии 4, снабжались теплом от газовой котельной 2. Котельная 2 для удаленных военных объектов и населенных пунктов является объектом капитального строительства и возводиться параллельно строительству самих удаленных военных объектов и населенных пунктов. Тепловая мощность котельной 2 выбирается исходя из количества потенциальных потребителей тепловой энергии. Для работы котельной 2 из источника природного газа 1 подается природный газ, сжигание которого обеспечивает производство тепловой энергии в виде горячей воды.

В процессе функционирования удаленного военного объекта или населенного пункта появляются новые потребители тепловой энергии 4. Это вновь построенные здания и сооружения, для которых необходима дополнительная тепловая мощность (количество вырабатываемой тепловой энергии) котельной 2. Это требует проведение капитального строительства по расширению котельной 2 и увеличения расхода природного газа, что часто является трудновыполнимым.

Для решения указанной проблемы на территории удаленного военного объекта или населенного пункта монтируют быстровозводимую блочно-модульную котельную установку 5, работающей на биогазе. Блочно-модульная котельная установка 5 собирается в заводских условиях, а затем транспортируется на место монтажа автотранспортом. Она не требует капитальных затрат и монтируется на подготовленной площадке.

Биогаз производится биогазовой установкой 6, из сточных вод, сбрасываемых от потребителей тепловой энергии 4 (зданий и сооружений удаленных военных объектов и населенных пунктов), после чего биогаз собирается и храниться в газгольдере для хранения биогаза 7.

Для производства биогаза все потребители тепловой энергии 4 соединены с биогазовой установкой 6 подземными канализационными трубопроводами 14 сточных вод. Блочно-модульная котельная установка 5 и биогазовая установка 6 связаны между собой газовыми магистралями биогаза 8, через газгольдер 7.

За счет метанового сбраживания сточных вод выделяется биогаз, который очищается и направляется в газгольдер для хранения биогаза 7. Из газгольдера 7 биогаз подается в блочно-модульную котельную установку 5 для сжигания и производства тепловой энергии виде горячей воды.

В систему теплоснабжения также входит тепловой пункт 10 с теплообменниками, один из которых, теплообменник 11, расположен на тепловой сети 9 блочно-модульной котельной установки 5. Второй теплообменник, теплообменник 12, расположен на тепловой сети 3 котельной 2, работающей на природном газе.

Через теплообменники 11 и 12, соответственно, проходит тепловая сеть 13 потребителей тепловой энергии 4, при этом теплоноситель тепловой сети 13 потребителей тепловой энергии 4 нагревается в теплообменнике 11, входящего в тепловую сеть 9 блочно-модульной котельной установки 5, а затем нагревается в теплообменнике 12, входящим в тепловую сеть 3 котельной 2, работающей на природном газе. В результате происходит нагрев теплоносителя тепловой сети 13 потребителей тепловой энергии 4, как от сжигания биогаза, так и от сжигания природного газа.

Предложенное техническое решение, реализованное в изобретении, обеспечивает производство дополнительной тепловой энергии без увеличения расхода природного газа за счет использования быстровозводимой блочно-модульной котельной установки 5, работающей на биогазе, который производится путем сбраживания сточных вод, отводимых от потребителей тепловой энергии 4 (зданий и сооружений удаленных военных объектов и населенных пунктов), то есть за счет альтернативного, местного ресурса, который ранее не использовался, что позволяет увеличить мощность системы теплоснабжения (количества вырабатываемого тепла) при возрастании количества потребителей тепловой энергии без увеличения расхода природного газа.

Также это позволяет снизить расход природного газа для производства тепловой энергии в летний период, когда работает только система горячего водоснабжения потребителей тепловой энергии 4, а система отопления отключена. В результате этого можно оставить в работе только блочно-модульную котельную установку 5, работающей на биогазе.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:

1. Патент РФ №2117876, опубл. от 20.08.1998.

2. Патент РФ №2364798, опубл. от 20.08.2009, Бюл. №23.

3. Патент РФ №2168113, опубл. от 27.05.2001, Бюл. №15.

4. Хаванова П.А. Источники теплоты автономных систем теплоснабжения. Журнал АВОК. 2002, №1, с. 14-21.

5. Патент РФ №2 092 458, опубл. от 10.10.1997.

6. Патент РФ №2306478, опубл. от 20.09.2007, Бюл. №26.

7. Патент на полезную модель РФ №120484, опубл. от 20.09.2012, Бюл. №26.

8. Патент РФ №2726963, опубл. от 17.07.2020, Бюл. №20 - прототип.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к системам теплоснабжения удаленных населенных пунктов с использованием природного газа и биогаза в качестве источников для производства тепловой энергии. Достигаемый технический результат - снижение расхода природного газа для производства тепловой энергии в летний период и увеличение мощности системы теплоснабжения при возрастании количества потребителей тепловой энергии. Система теплоснабжения удаленных населенных пунктов включает в себя источник природного газа, стационарную котельную, работающую на природном газе, и блочно-модульную котельную установку, работающую на биогазе. Биогаз производится биогазовой установкой, из канализационных сточных вод от потребителей тепловой энергии, после чего биогаз собирается и хранится в газгольдере биогаза. Блочно-модульная котельная установка и биогазовая установка связаны между собой газовыми магистралями биогаза через газгольдер. В систему теплоснабжения также входит и тепловой пункт с теплообменниками, один из которых расположен на тепловой сети блочно-модульной котельной установки. Второй теплообменник расположен на тепловой сети котельной, работающей на природном газе. Через теплообменники, соответственно, проходит тепловая сеть потребителей тепловой энергии, а потребители тепловой энергии связаны с биогазовой установкой подземными трубопроводами канализационных сточных вод. 1 ил.

Система теплоснабжения удаленных населенных пунктов, включающая в себя источник природного газа, подключенную к источнику природного газа котельную, работающую на природном газе, тепловую сеть, состоящую из подающего и обратного трубопроводов, связывающую котельную с потребителями тепловой энергии, которыми являются здания и сооружения удаленных военных объектов и населенных пунктов, отличающаяся тем, что снабжена блочно-модульной котельной установкой, работающей на биогазе, биогазовой установкой, производящей биогаз из канализационных сточных вод потребителей тепловой энергии, газгольдером для хранения биогаза, газовыми магистралями биогаза, связывающими котельную установку с биогазовой установкой через газгольдер, тепловой сетью блочно-модульной котельной установки, состоящей из подающего и обратного трубопроводов, тепловой сетью потребителей тепловой энергии, состоящей из подающего и обратного трубопроводов, и тепловым пунктом с теплообменниками, один из которых расположен на тепловой сети котельной, работающей на природном газе, а второй теплообменник расположен на тепловой сети блочно-модульной котельной установки, при этом через теплообменники проходит тепловая сеть потребителей тепловой энергии, а потребители тепловой энергии связаны с биогазовой установкой подземными трубопроводами канализационных сточных вод.