способ теплоснабжения городских потребителей от загородной тэц и система теплоснабжения

Формула изобретения

1. Способ теплоснабжения городских потребителей от загородной ТЭЦ, включающий подогрев сетевой воды первого замкнутого контура паром из отборов турбины ТЭЦ, подачу горячей воды по подающему магистральному теплопроводу в теплообменную подстанцию и возвращение охлажденной воды по обратному магистральному теплопроводу, подогрев сетевой воды обратной магистрали второго открытого контура водой первого контура в теплообменной подстанции, подогрев, деаэрацию, аккумулирование забираемой из водопровода и используемой на нужды горячего водоснабжения подпиточной воды водой первого контура в теплообменной подстанции, а также подпитку этой водой второго открытого контура, смешение на тепловой подстанции подпиточной и подогретой возвратившейся из второго контура воды с последующей подачей в пиковые котлы, а затем - потребителям, отличающийся тем, что подпиточную воду предварительно подогревают в последовательно расположенных теплообменниках второго контура до минимальной температуры деаэрирующей воды и затем разделяют на два потока, один из которых подогревают до температуры деаэрирующей воды, а второй поток направляют в деаэратор, где происходит смешивание потоков, далее деаэрированную подпиточную воду направляют на аккумулирование и далее догревают до температуры воды в подающей магистрали второго контура после чего направляют в подающую магистраль второго контура.

2. Система теплоснабжения для осуществления способа теплоснабжения городских потребителей от загородной ТЭЦ по п.1, состоящая из первого замкнутого конутра, включающего сетевые подогреватели ТЭЦ, сетевые насосы, подающий и обратный магистральные теплопроводы, теплообменники, системы подпитки, включающей повысительные насосы, теплообменники, вакуумные деаэраторы, баки-аккумуляторы и подпиточные насосы, а также второго открытого контура, включающего теплообменники, сетевые насосы, пиковые котлы, подающий и обратный магистральные теплопроводы, отличающаяся тем, что перед вакуумным деаэратором установлен теплообменник деаэрирующей воды, а теплообменник подогрева аккумулированной воды установлен после бака аккумулятора, при этом указанные теплообменники включены параллельно по первому контуру, а последовательно к ним подсоединен теплообменник нагрева подпиточной воды до температуры деаэрируемого потока, указанная группа теплообменников подключена параллельно к теплообменнику сетевой воды второго контура, а теплообменник предварительного подогрева подпиточной воды установлен на обратной магистрали первого контура последовательно ко всей группе теплообменников, при этом трубопровод подогретой подпиточной воды подсоединен к подающему магистральному теплопроводу второго контура.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности централизованному теплоснабжению городских потребителей от удаленной загородной ТЭЦ.

Известна система теплоснабжения, включающая нагрев теплоносителя на основной ТЭЦ, догрев его до заданной температуры на пиковой ТЭЦ в периоды увеличения тепловой нагрузки, подпитку тепловых сетей от источника водоснабжения, при этом воду для подпитки тепловых сетей предварительно направляют в конденсаторы пиковой ТЭЦ, а затем в конденсаторы основной ТЭЦ. (А.С. СССР N 1562610, F 24 D 3/00, 1990 г).

Известен способ теплоснабжения потребителей и система теплоснабжения (Патент N 2005265, F 24 D 3/08, 1993 г.).

Сущность указанного способа теплоснабжения заключается в том, что подают пар из отборов турбины для нагрева сетевой воды в подогревателях станционной теплоприготовительной установки. Подают сетевую воду по теплопроводам к абонентским установкам с сезонной тепловой нагрузкой и нагрузкой горячего водоснабжения. Возвращают на станцию от установок отработанную сетевую воду по обратным теплопроводам. Приготавливают горячую воду в тепловых пунктах, присоединенных к теплопроводам. Подают холодную воду из городского водопровода через встроенный трубный пучок конденсатора в качестве охлаждающей среды, затем направляют в теплопроводы на подпитку и горячее водоснабжение потребителе.

Рассмотренная система теплоснабжения относится к открытым системам и является недостаточно надежной при эксплуатации. Трудно сохранять высокое качество сетевой воды, поддерживать необходимый потребителям гидравлический режим и управлять отпуском тепла.

Известен способ теплоснабжения и трехконтурная система теплоснабжения городского района с открытыми сетями от загородной ТЭЦ. (Информационный бюллетень "Теплоэнергоэффективные технологии" N 3, 1998 г, стр. 15, С.А. Чистович и др. Трехуровнения система теплоснабжения городского района с открытыми сетями от загородной ТЭЦ.)

Первый контур представляет собой закрытую двухтрубную сеть, по которой теплоноситель, полученный на теплообменных установках в результате охлаждения отработанного пара турбин ТЭЦ, подается на теплообменную подстанцию с пиковыми котлами (в дальнейшем - ТППК), на которой производится нагрев сетевой воды и подпитка теплоносителя на нужды горячего водоснабжения (далее ГВС). Второй контур представляет собой открытые тепловые сети, по которым вода транспортируется до центральных тепловых пунктов. Третий контур представляет собой четырехтрубную тепловую сеть между центральными тепловыми пунктами и конечными потребителями с двумя трубопроводами - прямым и обратным - на отопительно-вентиляционную нагрузку и еще двумя трубопроводами - подающим и циркуляционным - на нужды ГВС.

В указанной системе теплообменник догрева воды до температуры, подаваемой в бак-аккумулятор по первому контуру, включен параллельно с теплообменником подогрева сетевой воды второго контура. Последовательно к этой группе теплообменников на обратной магистрали подключен теплообменник предварительного подогрева подпиточной воды. Трубопровод подпиточной воды после бака-аккумулятора подсоединен к обратной магистрали второго контура.

К особенностям указанной системы теплоснабжения следует отнести то, что подпитку открытой системы осуществляют на ТППК, в которых имеются три группы подогревателей: для нагрева сетевой воды второго контура, для нагрева подпиточной воды до температуры, с которой она подается в баки аккумуляторы, и теплообменник предварительно нагрева подпиточной воды с одновременной охлаждением сетевой воды первого контура.

К недостаткам указанной системы, взятой в качестве ближайшего аналога, следует отнести:

повышенный расход и температуру возвращаемого на ТЭЦ теплоносителя, так как подача подпиточной воды после баков-аккумуляторов с круглогодичной температурой около 70^oC в обратный трубопровод второго контура повышает температуру теплоносителя на входе в теплообменник второго контура и, соответственно, температуру на выходе первого контура;

невозможность стабильного поддержания необходимых значений температуры обоих потоков теплоносителя, поступающего в деаэратор, так как схемой не предусмотрено разделение потоков на деаэрирующий, с температурой обычно не ниже 90^oC, и деаэрируемый, с температурой обычно не ниже 50^oC для вакуумного деаэратора.

Задачей изобретения является создание способа более экономичного и надежного теплоснабжения. Технический результат, получаемый при использовании изобретения, связан с возможностью сократить расходы теплоносителя, уменьшить поверхность нагрева водоводяных теплообменников и удешевить таким образом применяемое технологическое оборудование, одновременно повысив энергоэффективность работы ТЭЦ в результате снижения температуры возвращаемого на ТЭЦ теплоносителя; кроме того, разработанная схема обеспечивает стабильную работу деаэратора ТППК во всем диапазоне наружных температур.

Способ теплоснабжения городских потребителей от загородной ТЭЦ в соответствии с изобретением включает подогрев сетевой воды первого замкнутого контура паром из отборов турбины ТЭЦ, подачу горячей воды по подающему магистральному трубопроводу в теплообменную подстанцию и возвращение охлажденной воды по обратному магистральному трубопроводу; подогрев сетевой воды обратной магистрали второго открытого контура водой первого контура в теплообменной подстанции; подогрев, деаэрацию, аккумулирование забираемой из водопровода и используемой на нужды городского водоснабжения воды водой первого контура в теплообменной подстанции, а также подпитку этой водой второго открытого контура, смешение на тепловой подстанции подпиточной и подогретой возвратившейся из второго контура воды с последующей подачей в пиковые котлы, а затем - потребителям.

Подпиточную воду предварительно подогревают в последовательно расположенных теплообменниках второго контура до минимальной температуры деаэрирующей воды и затем разделяют на два потока, один из которых подвергают до температуры деаэрирующей воды, а второй поток направляют в деаэратор, где происходит смешивание потоков; далее деаэрированную подпиточную воду направляют в бак-аккумулятор, где аккумулируют и далее догревают до температуры воды в подающей магистрали второго контура, после чего направляют в подающую магистраль второго контура.

Значение температуры теплоносителя (сетевой воды) в подающей магистрали первого контура целесообразно выбирать в пределах 100^oC - 130^oC, где нижний предел ограничен минимальной температурой деаэрирующего потока вакуумного деаэратора.

В разработанном способе подпиточную воду разделяют на два потока, нагревают в различных группах теплообменников до соответствующих фиксированных значений температуры и подают в вакуумные деаэраторы, обеспечивая стабильный режим их работы.

Подпиточную воду после баков-аккумуляторов нагревают до температуры, соответствующей температурному графику в подающей магистрали второго контура при средних расходах подпиточной воды, и смешивают с циркулирующей во втором контуре водой после ее прохождения через группу циркуляционных теплообменников, увеличивая тем самым используемый температурный потенциал теплоносителя первого контура.

Преимуществом способа является то, что подпиточную воду деаэрируют, используя только тепло ТЭЦ, забираемое из первого контура, что дает возможность включать котлы только в холодное время года, а также то, что подпиточную воду после баков-аккумуляторов догревают до максимальной температуры, соответствующей повышенному температурному графику теплоносителя во втором контуре, максимизируя тем самым количество тепла, забираемого с коллекторов ТЭЦ.

В соответствии с изобретением система теплоснабжения городских потребителей от загородной ТЭЦ состоит из первого замкнутого контура, включающего сетевые подогреватели ТЭЦ, сетевые насосы, подающий и обратный магистральные теплопроводы, теплообменники, системы подпитки, вакуумные деаэраторы, баки-аккумуляторы и подпиточные насосы, а также второго открытого контура, включающего теплообменники, сетевые насосы, пиковые котлы, подающий и обратный магистральные теплопроводы.

Отличительными особенностями системы является то, что перед вакуумным деаэратором установлен теплообменник деаэрирующей воды, а теплообменник подогрева аккумулированной воды установлен после бака аккумулятора, при этом указанные теплообменники включены параллельно по первому контуру, а последовательно к ним подсоединен теплообменник нагрева подпиточной воды до температуры деаэрируемого потока, указанная группа теплообменников подключена параллельно к теплообменнику сетевой воды второго контура, а теплообменник предварительного подогрева подпиточной воды установлен на обратной магистрали первого контура последовательно ко всей группе теплообменников, при этом трубопровод подогретой подпиточной воды подсоединен к подающему магистральному теплопроводу второго контура.

На чертеже представлено схематическое изображение разработанной системы теплоснабжения.

Система теплоснабжения на ТЭЦ (не показано) в своей существенной части содержит встроенный пучок конденсатора паровой турбины, теплообменник, охладитель конденсата основных подогревателей паровой турбины, сетевые подогреватели и сетевые насосы.

Схема содержит подающие (1) и обратные (2) магистральные теплопроводы, теплообменник сетевого теплоносителя второго контура (3) с регулятором расхода на тракте греющего теплоносителя (4), систему подпитки на ТППК, включающую повысительные насосы водопроводной воды (5), теплообменники (6, 8, 9) и (7 и байпасом 7") снабженные регуляторами расхода (10, 11, 12, 13), вакуумный деаэратор (14) и бак-аккумулятор (15) с подпиточными насосами (16), а также сетевые насосы второго контура (17) с регулируемым электроприводом, устанавливаемые на подающем теплопроводе за точкой подпитки, а также установленные на подающей магистрали второго контура 18 пиковые котлы (19) и обратные магистральные трубопроводы второго контура 20.

Теплообменник деаэрирующей воды 8 и теплообменник подогрева воды после бака аккумулятора 9 включены параллельно по первому контуру. Последовательно к ним подсоединен теплообменник 7 нагрева подпиточной воды до температуры деаэрируемого потока. Указанная группа теплообменников подключена параллельно к теплообменнику сетевой воды второго контура 3, а теплообменник предварительного подогрева подпиточной воды 6 установлен на обратной магистрали первого контура последовательно ко всей группе теплообменников, при этом трубопровод подогретой подпиточной воды подсоединен к подающей магистрали 18 второго контура.

Отбор тепловой энергии теплоносителя первого контура осуществляется в 5-ти теплообменниках, каждый из которых имеет свое функциональное назначение.

Теплообменник 3 предназначен для нагрева воды второго контура до температуры T_ц, соответствующей температурному графику отпуска тепла во втором контуре, с ограничением (срезкой), равным максимальной температуре в первом контуре (рекомендуется не более 130^oC) минус величина расчетного недогрева теплоносителя во втором контуре, которую целесообразно выбирать в зависимости от соотношения тепловой мощности ТЭЦ и тепловой нагрузки района теплопотребления, обычно в пределах 5^oC-10^oC.

Теплообменник 6 (или теплообменная группа) предназначен для предварительного нагрева поступающей из водопровода подпиточной воды второго контура и одновременного охлаждения теплоносителя, возвращаемого на ТЭЦ.

Теплообменник 7 (или теплообменная группа) вместе с байпасом (7") предназначена для догрева поступающей из теплообменника 6 подпиточной воды до температуры, необходимой для подачи в деаэратор в качестве деаэрируемого потока (в дальнейшем T_дх рекомендуется около 60^oC) при любых значениях температуры наружного воздуха.

Теплообменник 8 (или теплообменная группа) предназначена для догрева поступающей из теплообменника 7 подпиточной воды до температуры необходимой для подачи в деаэратор в качестве деаэрирующего потока (в дальнейшем T_дг рекомендуется около 100^oC).

Теплообменник 9 (или теплообменная группа) предназначен для догрева воды, поступающей из баков-аккумуляторов до необходимой по графику температуры воды в подающей магистрали второго контура T_ц. Температурный график отпуска тепла во втором контуре следует рассчитывать с учетом площади поверхности нагрева теплообменной группы 9 и того, что греющий расход через теплообменную группу не будет превышать необходимого для нагрева подпиточной воды при среднесуточном значении подпиточного расхода; соответственно, температура подпиточной воды будет меньше T_ц при больших подпиточных расходах, откуда расчетное значение T_ц должно быть повышенным, чтобы обеспечить среднесуточный баланс между отпуском тепла и тепловой потребностью.

Изобретенный способ теплоснабжения дает высокое использование температурного потенциала теплоносителя: при значениях температуры наружного воздуха, соответствующих окончанию отопительного периода и в летнем режиме, температура возвращаемого на ТЭЦ теплоносителя может превышать температуру холодной воды не более чем на 1^oC, при минимальной расчетной температуре наружного воздуха температура возвращаемого на ТЭЦ теплоносителя находится в окрестности 55^oC. Закрытость первого контура способствует обеспечению высокого качества циркулирующей воды, повышает возможности и одновременно облегчает регулирование гидравлического режима.

Вода первого контура, нагретая на ТЭЦ последовательно в конденсаторном пучке паровой турбины, теплообменнике-охладителе конденсатора основных подогревателей и сетевых подогревателях, по подающему магистральному трубопроводу (1) поступает в теплообменник ТППК, охлаждается и возвращается на ТЭЦ по обратному трубопроводу (2) замкнутого контура.

Сетевая вода второго контура нагревается в теплообменнике 3.

Подпиточная вода на нужды горячего водоснабжения проходит последовательно через теплообменники 6 и 7 с регулируемым байпасом 7¹, после чего разделяется на два потока, один из которых поступает непосредственно в блок вакуумных деаэраторов, а второй догревается в теплообменнике 8 и также поступает в блок вакуумных деаэраторов. После вакуумных деаэраторов деаэрирования подпиточная вода поступает в баки-аккумуляторы 15. Из баков-аккумуляторов подпиточная вода подается подпиточным насосом 16 в теплообменник 9, где догревается греющим теплоносителем с расходом, соответствующим догреву среднесуточного подпиточного расхода до температуры, соответствующей температурному графику сетевой воды в подающей магистрали второго контура.

После смешения с нагретой в теплообменнике 3 водой, вернувшейся из района теплоснабжения по обратной магистрали второго контура, при пиковых нагрузках вода подающей магистрали второго контура догревается в пиковом котле.

Теплообменники 8 и 9 расположены параллельно друг другу. Проходя через них, греющий теплоноситель смешивается и при высоких значениях температуры наружного воздуха почти полностью поступает в теплообменник 7. При более низких наружных температурах часть греющего теплоносителя перепускается мимо теплообменника 7 по регулируемому байпасу 7¹ и смешивается с греющим теплоносителем после теплообменника 3 перед входом в теплообменник 6. Блок теплообменников 8, 9 и 7 включен параллельно теплообменнику 3. Теплообменник 6 подключен последовательно всем перечисленным теплообменникам. В период отопительного сезона работают все группы теплообменников. В летнем режиме работают только теплообменники групп 8, 7 и 6.

При расчете площади поверхности теплообмена теплообменной группы 3 разность температуры греющего и нагреваемого теплоносителя на "холодных" концах теплообменников 3 целесообразно выбирать в пределах 2-5^oC. При развитии района теплопотребления и росте нагрузки системы теплоснабжения площадь поверхности теплообменников 3 необходимо определять исходя из максимальной за период проектирования расчетной площади поверхности теплообмена. Безразмерный параметр подогревателей теплообменной группы 3 ориентировочно выбирается в пределах 10,0-18,0. Расчетное падение напора в предполагаемых случаях применения целесообразно выбирать в районе 3 кг/см³.

Поверхность нагрева водоводяных подогревателей теплообменной группы 6 определяется так, чтобы обеспечить нагрев подпиточной воды до температуры T_дх при наибольшем количестве теплового потока поступающей в них греющей воды, что бывает при наиболее низких значениях температуры наружного воздуха. При более высоких значениях наружной температуры и, соответственно, более низких значениях расхода и температуры греющего теплоносителя первого контура догрев подпиточной воды до температуры, необходимой для подачи в деаэратор, производится в теплообменной группе 7. При развитии района теплопотребления и росте нагрузки системы теплоснабжения площадь поверхности теплообменников 6 необходимо определять исходя из минимальной за период проектирования расчетной площади поверхности теплообмена. Безразмерный параметр подогревателей теплообменной группы 6 ориентировочно выбирается в пределах 0,5-1,0. Расчетное падение напора в предполагаемых случаях применения целесообразно выбирать в районе 0,5-1 кгс/см².

Поверхность нагрева теплообменной группы 7 рассчитывается так, чтобы при известной поверхности нагрева теплообменной группы 6, определенной указанным выше способом, обеспечить нагрев подпиточной воды до температуры T_дх при наименьшем количестве поступающей в них греющей воды, что соответствует наиболее высокой температуре наружного воздуха. При развитии района теплопотребления и росте нагрузки системы теплоснабжения площадь поверхности теплообменников 7 необходимо определять исходя из максимальной за период проектирования расчетной площади поверхности теплообмена. Безразмерной параметр теплообменников 7 ориентировочно выбирается в пределах 2,5-7,0. Расчетное падение напора в предполагаемых случаях применения целесообразно выбирать в районе 1 кгс/см².

Поверхность нагрева теплообменников 8 определяется по минимально возможному значению проходящего через них греющего потока теплоносителя, рассчитываемого для летнего режима. При развитии района теплопотребления и росте нагрузки системы теплоснабжения площадь поверхности теплообменников 9 необходимо определять исходя из минимальной за период проектирования расчетной площади поверхности теплообмена. Безразмерный параметр подогревателей теплообменной группы 8 ориентировочно выбирается в пределах 1,5-3,5. Расчетное падение напора в предполагаемых случаях применения целесообразно выбирать в районе 2 кгс/см².

При расчете площади поверхности теплообмена теплообменной группы 9 разность температуры греющего и нагреваемого теплоносителя на "холодных" концах теплообменников 9 целесообразно выбирать в пределах 3^oC-10^oC. При развитии района теплопотребления и росте нагрузки системы теплоснабжения площадь поверхности теплообменников 9 необходимо определять исходя из минимальной за период проектирования расчетной площади поверхности теплообмена. Безразмерный параметр теплообменников 9 ориентировочно выбирается в пределах 8,0-14,0. Расчетное падение напора в предполагаемых случаях применения целесообразно выбирать в районе 2 кгс/см².

Таким образом, разработанный способ и система теплоснабжения городских потребителей от загородной ТЭЦ позволяет обеспечить более экономичное и надежное теплоснабжение.