Способ совместной работы двух источников тепловой энергии на общую зону централизованного теплоснабжения (варианты) Российский патент 2025 года по МПК F24D3/08 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах централизованного теплоснабжения для повышения их экономической эффективности и надежности.

Уровень техники.

Известны аналоги. Способ теплоснабжения, где основную тепловую нагрузку централизованной системы теплоснабжения покрывают базовым источником теплоты, в качестве которого используют сетевые подогреватели теплофикационных турбин ТЭЦ, подключенные к подающей и обратной сетевым магистралям централизованной системы теплоснабжения, а пиковую тепловую нагрузку покрывают автономным источником теплоты, включенным в подающий и обратный трубопроводы местной системы теплоснабжения потребителя, подключенной подающим и обратным трубопроводами к подающей и обратной сетевым магистралям централизованной системы теплоснабжения (патент RU 2467255 C1, Кл. F24D 3/08, 20.11.2012). Этот аналог принят в качестве прототипа.

Способ теплоснабжения, где предлагается провести реконструкцию системы теплоснабжения, перенося пиковые источники тепла с ТЭЦ в районы теплопотребления. При этом требующие реконструкции пиковые котлы на ТЭЦ демонтируются, а новые пиковые источники тепла оборудуются на тепловых сетях всех крупных выводов ТЭЦ и подключаются к существующим магистралям в промежуточных точках (Байбаков С.А. «Структура современных систем теплоснабжения и предложения по ее изменению», журнал «Новости теплоснабжения», №1, 2010 г.).

Недостатком приведенных аналогов является то, что они предполагают строительство новых пиковых автономных источников тепловой энергии, которые зачастую невозможно или чрезвычайно дорого разместить в зонах теплоснабжения со сложившейся структурой тепловых сетей и потребителей тепловой энергии в условиях плотной городской застройки. По этой причине рассмотренные аналоги не нашли широкого применения.

Раскрытие сущности изобретения

Проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является оптимизация загрузки источников тепловой энергии, распложенных в пределах одного муниципального образования, где в течение года тепловая нагрузка потребителей подвержена значительным колебаниям, в связи с чем, особенно в межотопительный период, отдельные ТЭЦ и котельные вынуждены работать с низкими технико-экономическими показателями (низкий КПД при выработке тепловой энергии, выработка электрической энергии ТЭЦ с большой долей выработки в конденсационном цикле, работа в режиме частых пусков и остановов котлоагрегатов и т.п.).

Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является улучшение технико-экономических показателей работы источников тепловой энергии за счет оптимального распределения теплофикационной нагрузки между существующими источниками тепловой энергии в результате объединения систем теплоснабжения этих источников, а также повышение надежности теплоснабжения потребителей за счет резервирования части мощности одного источника мощностью другого источника.

Для достижения указанного технического результата предложен способ совместной работы двух источников тепловой энергии на общую зону централизованного теплоснабжения, при котором:

- в первом варианте между произвольным участком тепловой сети от первого источника и произвольным участком тепловой сети от второго источника создается связь, где первая перемычка соединяет подающий трубопровод первого источника с обратным трубопроводом второго источника, а вторая перемычка соединяет обратный трубопровод второго источника с обратным трубопроводом первого источника, при этом место врезки первой перемычки в обратный трубопровод второго источника располагается после места врезки второй перемычки в обратный трубопровод второго источника по ходу теплоносителя в обратном трубопроводе второго источника, между местами врезки перемычек в обратный трубопровод второго источника установлена запорная и регулирующая арматура, в результате чего по первой перемычке часть теплоносителя из подающего трубопровода первого источника передается в обратный трубопровод второго источника, смешиваясь с сетевой водой в обратном трубопроводе второго источника, что приводит к повышению температуры обратной сетевой воды на входе во второй источник тепловой энергии, снижая тем самым тепловую нагрузку на втором источнике, вплоть до полного отключения теплогенерирующего оборудования второго источника, в данном случае учитывается, что источники тепловой энергии работают с одинаковыми температурными графиками или температурный график первого источника тепловой энергии ниже чем на втором источнике тепловой энергии, поэтому температура обратной сетевой воды на входе во второй источник не сможет превысить температуру прямой сетевой воды второго источника, в свою очередь по второй перемычке весь или часть теплоносителя из обратного трубопровод второго источника передается в обратный трубопровод первого источника и далее на первый источник с последующим нагревом этого теплоносителя до температуры в подающем трубопроводе первого источника, увеличивая тем самым тепловую нагрузку первого источника, часть теплоносителя в обратном трубопроводе второго источника, которая не передается по второй перемычке в обратный трубопровод первого источника, передается дальше по обратному трубопроводу второго источника через регулирующую арматуру, установленную между врезками в обратный трубопровод второго источника, в сторону второго источника;

- во втором варианте между произвольным участком тепловой сети первого источника и произвольным участком тепловой сети второго источника создается связь, где первая перемычка соединяет подающий трубопровод первого источника с обратным трубопроводом второго источника, а вторая перемычка соединяет обратный трубопровод второго источника с обратным трубопроводом первого источника, при этом из второй перемычки в первую перемычку за счет установки насоса организован подмес теплоносителя, место врезки первой перемычки в обратный трубопровод второго источника располагается после места врезки второй перемычки в обратный трубопровод второго источника по ходу теплоносителя в обратном трубопроводе второго источника, между местами врезки перемычек в обратный трубопровод второго источника установлена запорная и регулирующая арматура, в результате чего по первой перемычке часть теплоносителя из подающего трубопровода первого источника, предварительно смешиваясь за счет организованного подмеса с частью теплоносителя из второй перемычки, что производится с целью доведения температуры в первой перемычке после подмеса до температуры, не превышающей предельную температуру в подающем трубопроводе второго источника, в данном случае учитывается, что температурный график первого источника тепловой энергии выше температурного графика на втором источнике тепловой энергии, передается в обратный трубопровод второго источника, смешиваясь с сетевой водой в обратном трубопроводе второго источника, что приводит к повышению температуры обратной сетевой воды на входе во второй источник тепловой энергии, снижая тем самым тепловую нагрузку на втором источнике, вплоть до полного отключения теплогенерирующего оборудования второго источника, в свою очередь по второй перемычке весь или часть теплоносителя из обратного трубопровод второго источника поступает в обратный трубопровод первого источника и далее на первый источник с последующим нагревом этого теплоносителя до температуры в подающем трубопроводе первого источника, увеличивая тем самым тепловую нагрузку первого источника, часть теплоносителя в обратном трубопроводе второго источника, которая не передается по второй перемычке в обратный трубопровод первого источника, передается дальше по обратному трубопроводу второго источника через регулирующую арматуру, установленную между врезками в обратный трубопровод второго источника, в сторону второго источника;

- в третьем варианте между произвольным участком тепловой сети первого источника и произвольным участком тепловой сети второго источника создается связь, где из подающего трубопровода первого источника отбирается часть теплоносителя, который через рекуперативный теплообменный аппарат нагревает теплоноситель, отобранный из обратного трубопровода второго источника, при этом соблюдается условие, что температура сетевой воды отобранной из обратного трубопровода второго источника тепловой энергии после подогрева не должна превышать предельную температуру в подающем трубопроводе второго источника, что обеспечивается регулировкой расхода теплоносителя в отборе из прямого трубопровода первого источника, нагретый теплоноситель, отобранный из обратного трубопровода второго источника, возвращается в обратный трубопровод второго источника, место возврата нагретого теплоносителя в обратный трубопровод второго источника располагается после места отбора теплоносителя из обратного трубопровода второго источника по ходу теплоносителя в обратном трубопроводе второго источника в сторону второго источника, между местом отбора теплоносителя из обратного трубопровода второго источника и местом возврата теплоносителя в обратный трубопровода второго источника устанавливается запорная и регулирующая арматура, смешиваясь далее с сетевой водой в обратном трубопроводе второго источника, повышая тем самым температуру обратной сетевой воды на входе во второй источник тепловой энергии, что приводит к снижению тепловой нагрузки на втором источнике, вплоть до полного отключения теплогенерирующего оборудования, в свою очередь отобранный из подающего трубопровода первого источника теплоноситель, охлажденный после прохождения теплообменного аппарат, передается в обратный трубопровод первого источника и далее нагревается на первом источнике, увеличивая тем самым тепловую нагрузку первого источника, часть теплоносителя в обратном трубопроводе второго источника, которая не отбирается для нагрева через рекуперативный теплообменный аппарат, передается через регулирующую арматуру в сторону второго источника.

Особенностью заявленного способа теплоснабжения является отсутствие необходимости в строительстве новых источников тепловой энергии, что позволяет с наименьшими капитальными затратами из известных аналогов получить заявленный технический результат.

Краткое описание чертежей

Схема первого варианта приведена на фигуре 1, где между произвольным участком тепловой сети от первого источника 1, который обеспечивает тепловой энергией потребителей 3 и 4, и произвольным участком тепловой сети от второго источника 2, который обеспечивает тепловой энергией потребителей 5 и 6, создается связь, где первая перемычка АВ соединяет подающий трубопровод 1.1 первого источника 1 с обратным трубопроводом 2.2 второго источника 2, а вторая перемычка CD соединяет обратный трубопровод 2.2 второго источника 2 с обратным трубопроводом 1.2 первого источника 1, при этом место врезки В первой перемычки АВ в обратный трубопровод 2.2 второго источника 2 располагается после места врезки С второй перемычки CD в обратный трубопровод 2.2 второго источника 2 по ходу теплоносителя в обратном трубопроводе 2.2 второго источника 2, между местами врезки перемычек АВ и CD в обратный трубопровод 2.2 второго источника 2 на участке СВ установлена запорная и регулирующая арматура 7, в результате чего по первой перемычке АВ часть теплоносителя из подающего трубопровода 1.1 первого источника 1 передается в обратный трубопровод 2.2 второго источника 2, смешиваясь с сетевой водой в обратном трубопроводе 2.2 второго источника 2, что приводит к повышению температуры обратной сетевой воды на входе во второй источник 2, снижая тем самым тепловую нагрузку на втором источнике 2, вплоть до полного отключения теплогенерирующего оборудования второго источника 2, в данном случае учитывается, что источники тепловой энергии 1 и 2 работают с одинаковыми температурными графиками или температурный график первого источника тепловой энергии 1 ниже чем на втором источнике тепловой энергии 2, поэтому температура обратной сетевой воды на входе во второй источник 2 не сможет превысить температуру прямой сетевой воды второго источника 2, в свою очередь по второй перемычке CD весь или часть теплоносителя из обратного трубопровод 2.2 второго источника 2 передается в обратный трубопровод 1.2 первого источника 1 и далее на первый источник 1 с последующим нагревом этого теплоносителя до температуры в подающем трубопроводе 1.1 первого источника 1, увеличивая тем самым тепловую нагрузку первого источника 1, часть теплоносителя в обратном трубопроводе 2.2 второго источника 2, которая не передается по второй перемычке CD в обратный трубопровод 1.2 первого источника 1, передается дальше по обратному трубопроводу 2.2 второго источника 2 через регулирующую арматуру 7, установленную между врезками перемычек АВ и CD в обратный трубопровод 2.2 второго источника 2, в сторону второго источника 2;

Схема второго варианта приведена на фигуре 2, где между произвольным участком тепловой сети первого источника 1 и произвольным участком тепловой сети второго источника 2 создается связь, где первая перемычка АВ соединяет подающий трубопровод 1.1 первого источника 1 с обратным трубопроводом 2.2 второго источника 2, а вторая перемычка CD соединяет обратный трубопровод 2.2 второго источника 2 с обратным трубопроводом 1.2 первого источника 1, при этом из второй перемычки CD в первую перемычку АВ за счет установки насоса 8 на участке EF организован подмес теплоносителя, место врезки В первой перемычки АВ в обратный трубопровод 2.2 второго источника 2 располагается после места врезки С второй перемычки CD в обратный трубопровод 2.2 второго источника 2 по ходу теплоносителя в обратном трубопроводе 2.2 второго источника 2, между местами врезки перемычек АВ и CD в обратный трубопровод 2.2 второго источника 2 на участке СВ установлена запорная и регулирующая арматура 7, в результате чего по первой перемычке АВ часть теплоносителя из подающего трубопровода 1.1 первого источника 1, предварительно смешиваясь за счет организованного подмеса на участке EF с частью теплоносителя из второй перемычки CD, что производится с целью доведения температуры в первой перемычке АВ после подмеса на участке FB до температуры, не превышающей предельную температуру в подающем трубопроводе 2.1 второго источника 2, в данном случае учитывается, что температурный график первого источника тепловой энергии 1 выше температурного графика на втором источнике тепловой энергии 2, передается в обратный трубопровод 2.2 второго источника 2, смешиваясь с сетевой водой в обратном трубопроводе 2.2 второго источника 2, что приводит к повышению температуры обратной сетевой воды на входе во второй источник тепловой энергии 2, снижая тем самым тепловую нагрузку на втором источнике 2, вплоть до полного отключения теплогенерирующего оборудования второго источника 2, в свою очередь по второй перемычке CD весь или часть теплоносителя из обратного трубопровод 2.2 второго источника 2 поступает в обратный трубопровод 1.2 первого источника 1 и далее на первый источник 1 с последующим нагревом этого теплоносителя до температуры в подающем трубопроводе 1.1 первого источника 1, увеличивая тем самым тепловую нагрузку первого источника 1, часть теплоносителя в обратном трубопроводе 2.2 второго источника 2, которая не передается по второй перемычке CD в обратный трубопровод 1.2 первого источника 1, передается дальше по обратному трубопроводу 2.2 второго источника 2 через регулирующую арматуру 7, установленную между врезками перемычек АВ и CD в обратный трубопровод 2.2 второго источника 2, в сторону второго источника 2;

Схема третьего варианта приведена на фигуре 3, где между произвольным участком тепловой сети первого источника 1 и произвольным участком тепловой сети второго источника 2 создается связь, где из подающего трубопровода 1.1 первого источника 1 из точки А отбирается часть теплоносителя, который через рекуперативный теплообменный аппарат 9 нагревает теплоноситель, отобранный из обратного трубопровода 2.2 второго источника 2 из точки С, при этом соблюдается условие, что температура сетевой воды отобранной из обратного трубопровода 2.2 второго источника тепловой энергии 2 после подогрева не должна превышать предельную температуру в подающем трубопроводе 2.1 второго источника 2, что обеспечивается регулировкой расхода теплоносителя в отборе из прямого трубопровода 1.1 первого источника 1 при помощи регулирующей арматуры 10, нагретый теплоноситель, отобранный в точке С из обратного трубопровода 2.2 второго источника 2, возвращается в обратный трубопровод 2.2 второго источника 2 в точку D, место возврата нагретого теплоносителя в точке D в обратный трубопровод 2.2 второго источника 2 располагается после места отбора теплоносителя в точке С из обратного трубопровода 2.2 второго источника 2 по ходу теплоносителя в обратном трубопроводе 2.2 второго источника 2 в сторону второго источника 2, между местом отбора теплоносителя в точке С из обратного трубопровода 2.2 второго источника 2 и местом возврата теплоносителя в точке D в обратный трубопровода 2.2 второго источника 2 на участке CD устанавливается запорная и регулирующая арматура 7, смешиваясь далее с сетевой водой в обратном трубопроводе 2.2 второго источника 2, повышая тем самым температуру обратной сетевой воды на входе во второй источник тепловой энергии 2, что приводит к снижению тепловой нагрузки на втором источнике 2, вплоть до полного отключения теплогенерирующего оборудования, в свою очередь отобранный в точке А из подающего трубопровода 1.1 первого источника 1 теплоноситель, охлажденный после прохождения теплообменного аппарат 9, передается в обратный трубопровод 2.2 первого источника 1 и далее нагревается на первом источнике 1, увеличивая тем самым тепловую нагрузку первого источника 1, часть теплоносителя в обратном трубопроводе 2.2 второго источника 2, которая не отбирается из точки С для нагрева через рекуперативный теплообменный аппарат 9, передается через регулирующую арматуру 7 в сторону второго источника 2.

Осуществление изобретения

Изобретение может быть осуществлено в случае, если путем технико-экономического анализа и расчета финансово-экономических моделей доказана техническая возможность и экономическая эффективности создания указанным способом связи (перемычки) между системами теплоснабжения двух и более источников тепловой энергии, тепловые сети которых расположены в относительной близости. Данная связь может быть создана на нескольких участках тепловых сетей одной системы теплоснабжения как с одним, так и с несколькими источниками тепловой энергии.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в системах централизованного теплоснабжения для их экономической эффективности, а точнее оптимального распределения теплофикационной нагрузки между существующими источниками тепловой энергии в результате объединения систем теплоснабжения этих источников, а также повышения надежности теплоснабжения потребителей за счет резервирования части мощности одного источника мощностью другого источника. Технический результат достигается за счет оптимального распределения теплофикационной нагрузки между существующими источниками тепловой энергии. Для этого предложен способ совместной работы двух источников тепловой энергии на общую зону централизованного теплоснабжения, при котором между произвольным участком тепловой сети от первого источника и произвольным участком тепловой сети от второго источника создается связь, где теплоноситель из подающего трубопровода первого источника нагревает теплоноситель в обратном трубопроводе второго источника, что приводит к снижению тепловой нагрузки второго источника и увеличению тепловой нагрузки первого источника. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ совместной работы двух источников тепловой энергии на общую зону централизованного теплоснабжения, при котором между произвольным участком тепловой сети от первого источника и произвольным участком тепловой сети от второго источника создается связь, где первая перемычка соединяет подающий трубопровод первого источника с обратным трубопроводом второго источника, а вторая перемычка соединяет обратный трубопровод второго источника с обратным трубопроводом первого источника, при этом место врезки первой перемычки в обратный трубопровод второго источника располагается после места врезки второй перемычки в обратный трубопровод второго источника по ходу теплоносителя в обратном трубопроводе второго источника, между местами врезки перемычек в обратный трубопровод второго источника установлена запорная и регулирующая арматура, в результате чего по первой перемычке часть теплоносителя из подающего трубопровода первого источника передается в обратный трубопровод второго источника, смешиваясь с сетевой водой в обратном трубопроводе второго источника, что приводит к повышению температуры обратной сетевой воды на входе во второй источник тепловой энергии, снижая тем самым тепловую нагрузку на втором источнике, вплоть до полного отключения теплогенерирующего оборудования второго источника, в данном случае учитывается, что источники тепловой энергии работают с одинаковыми температурными графиками или температурный график первого источника тепловой энергии ниже, чем на втором источнике тепловой энергии, поэтому температура обратной сетевой воды на входе во второй источник не сможет превысить температуру прямой сетевой воды второго источника, в свою очередь, по второй перемычке весь или часть теплоносителя из обратного трубопровода второго источника передается в обратный трубопровод первого источника и далее на первый источник с последующим нагревом этого теплоносителя до температуры в подающем трубопроводе первого источника, увеличивая тем самым тепловую нагрузку первого источника, часть теплоносителя в обратном трубопроводе второго источника, которая не передается по второй перемычке в обратный трубопровод первого источника, передается дальше по обратному трубопроводу второго источника через регулирующую арматуру, установленную между врезками в обратный трубопровод второго источника, в сторону второго источника.

2. Способ совместной работы двух источников тепловой энергии на общую зону централизованного теплоснабжения, при котором между произвольным участком тепловой сети первого источника и произвольным участком тепловой сети второго источника создается связь, где первая перемычка соединяет подающий трубопровод первого источника с обратным трубопроводом второго источника, а вторая перемычка соединяет обратный трубопровод второго источника с обратным трубопроводом первого источника, при этом из второй перемычки в первую перемычку за счет установки насоса организован подмес теплоносителя, место врезки первой перемычки в обратный трубопровод второго источника располагается после места врезки второй перемычки в обратный трубопровод второго источника по ходу теплоносителя в обратном трубопроводе второго источника, между местами врезки перемычек в обратный трубопровод второго источника установлена запорная и регулирующая арматура, в результате чего по первой перемычке часть теплоносителя из подающего трубопровода первого источника, предварительно смешиваясь за счет организованного подмеса с частью теплоносителя из второй перемычки, что производится с целью доведения температуры в первой перемычке после подмеса до температуры, не превышающей предельную температуру в подающем трубопроводе второго источника, в данном случае учитывается, что температурный график первого источника тепловой энергии выше температурного графика на втором источнике тепловой энергии, передается в обратный трубопровод второго источника, смешиваясь с сетевой водой в обратном трубопроводе второго источника, что приводит к повышению температуры обратной сетевой воды на входе во второй источник тепловой энергии, снижая тем самым тепловую нагрузку на втором источнике, вплоть до полного отключения теплогенерирующего оборудования второго источника, в свою очередь, по второй перемычке весь или часть теплоносителя из обратного трубопровод второго источника поступает в обратный трубопровод первого источника и далее на первый источник с последующим нагревом этого теплоносителя до температуры в подающем трубопроводе первого источника, увеличивая тем самым тепловую нагрузку первого источника, часть теплоносителя в обратном трубопроводе второго источника, которая не передается по второй перемычке в обратный трубопровод первого источника, передается дальше по обратному трубопроводу второго источника через регулирующую арматуру, установленную между врезками в обратный трубопровод второго источника, в сторону второго источника.