Система однотрубного теплоснабжения

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к централизованному теплоснабжению на основе использования отработавшей теплоты турбин КЭС и АЭС с помощью теплонасосных установок. Технический результат: снижение затрат электроэнергии, связанных с обеспечением теплоснабжения, вплоть до нулевого значения, возможность повышения мощности электростанции за счет дополнительной выработки электроэнергии газотурбинными приводными двигателями ТНУ, улучшение экологии и экономических показателей электростанции за счет дополнительной выработки теплоты. Система однотрубного теплоснабжения включает паровые турбины электростанций (КЭС, АЭС), магистральные теплопроводы, поставляющие нагретую сетевую воду в обслуживаемый город, и внутригородские системы и устройства, использующие теплоту и химически очищенную сетевую воду для городских нужд. В качестве теплоисточника используются парокомпрессионные теплонасосные установки (ТНУ) с рабочим телом термодинамического цикла, имеющим низкие критические параметры, например диоксидом углерода, который после сжатия в компрессоре находится при сверхкритическом давлении, образующим треугольный цикл Лоренца. В качестве низкопотенциального источника теплоты используется отработавшая теплота турбин электростанций, которая передается к испарителям теплонасосных установок по замкнутому контуру циркуляционной воды, имеющему трубопроводы для поступления и сброса воды в источник технического водоснабжения электростанции. В качестве теплоносителя используется механически очищенная вода из источника технического водоснабжения, которая после предварительного подогрева в первой ступени теплообменника-нагревателя теплонасосной установки поступает на химводоочистку и затем догревается во второй ступени. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к централизованному теплоснабжению на основе использования отработавшей теплоты турбин КЭС и АЭС с помощью теплонасосных установок.

Идея однотрубного теплоснабжения от паротурбинных ТЭЦ была предложена автором [1] с целью теплоснабжения городов, расположенных на дальних расстояниях от ТЭЦ (до 120-150 км), что позволяло значительно снизить издержки по созданию и эксплуатации магистральных тепловых сетей. Она получила дальнейшее развитие в работах авторов [2] и служит прототипом изобретения. Здесь рассматривалась передача теплоты в Москву от Конаковской ГРЭС мощностью 2400 МВт с турбинами К-300-240, находящейся на расстоянии 130 км от обслуживаемого города. Поступившая в город нагретая вода использовалась как теплоноситель и в качестве химически очищенной воды для городских нужд.

Техническое решение [2] имеет следующие недостатки.

1. Требовалась значительная и дорогостоящая реконструкция конденсационных турбин с целью их перевода в теплофикационный режим.

2. Большие отборы пара на теплофикационные нужды привели к изменению режимов работы проточной части турбины.

3. Это привело к снижению электрической мощности ГРЭС на 560-600 МВт, что радикально ухудшило ее технико-экономические показатели.

Указанные недостатки данного технического решения резко сужают области его практического использования.

Целями изобретения являются:

- полное исключение недостатков по пп.1 и 2 и недовыработки мощности турбинами;

- снижение дополнительных затрат электроэнергии (п.3), связанных с обеспечением теплоснабжения, вплоть до нулевого значения;

- возможность повышения мощности электростанции за счет дополнительной выработки электроэнергии газотурбинными приводными двигателями ТНУ;

- максимальное расширение области использования однотрубного теплоснабжения за счет его распространения на действующие электростанции, включая АЭС;

- обеспечение требования энергетической безопасности в части недопустимости использования монотоплива (газа) более половины топливного баланса городов и регионов [3];

- улучшение экологии как в обслуживаемых городах, так и в местах размещения КЭС, АЭС, где снижается тепловое загрязнение среды;

- улучшение экономических показателей электростанции за счет дополнительной выработки теплоты.

Указанные цели достигаются тем, что отработавшая теплота турбин электростанций частично или полностью используется в качестве низкопотенциального источника теплоты (НПИТ) парокомпрессионных теплонасосных установок (ТНУ), а передача теплоты к испарителям ТНУ осуществляется с помощью замкнутого контура циркуляционной воды, имеющего трубопроводы для поступления и сброса воды в источники технического водоснабжения, при этом рабочим телом термодинамического цикла ТНУ служит вещество с низкими критическими параметрами, например диоксид углерода, который после сжатия в компрессоре находится при сверхкритических параметрах, образуя так называемый треугольный цикл Лоренца, энергоэффективность которого тем выше, чем ниже температура теплоносителя (сетевой воды) на входе в теплообменник - нагреватель ТНУ и такая минимальная температура имеет место в проектном зимнем режиме работы ТНУ при заборе сетевой воды из источника технического водоснабжения электростанции, которая после механической очистки поступает в первую ступень теплообменника - нагревателя ТНУ и затем в химводоочистку, после которой возвращается для окончательного нагрева во второй ступени нагревателя и затем подается по однотрубной системе в обслуживаемый город, где используется, как в прототипе изобретения, в качестве теплоносителя для целей теплоснабжения и в качестве химически очищенной воды для городских нужд, причем для привода ТНУ может использоваться электрический, паровой и газотурбинный привод, причем мощность последнего может превышать приводную мощность ТНУ с целью выработки дополнительной электроэнергии электростанцией.

На чертеже приведена схема однотрубной системы теплоснабжения.

1 - конденсатор паровых турбин; 2 - подвод и отвод воды системы технического водоснабжения; 3 - контур циркуляционной воды конденсаторов; 4 - ТНУ электростанции; 5 - сетевая вода из источника технического водоснабжения; 6 - химводоочистка сетевой воды; 7 - магистральный теплопровод; 8 - пиковый котел; 9 - городские потребители теплоты; 10 - городские ТНУ; 11 - пиковый котел ТНУ; 12 - потребители теплоты от ТНУ; 13 - охлажденная в испарителях ТНУ вода, поступающая на нужды городского водоснабжения; 14 - сетевая вода на нужды бытового и технологического горячего водоснабжения.

Она работает следующим образом. Охлаждающая вода, нагретая в конденсаторах турбин 1, с помощью контура 3 (связанного с системой технического водоснабжения трубопроводами 2) поступает в качестве НПИТ в ТНУ 4, где происходит нагрев механически очищенной сетевой воды 5, поступающей из источника технического водоснабжения, до необходимой температуры для химводоочистки 6. После ХВО сетевая вода поступает во вторую ступень нагрева и направляется по магистральному теплопроводу 7 в обслуживаемый город. Далее вода делится на два потока: предназначенного для отопления потребителей 9 (с использованием пикового котла 8) и для обеспечения нагрузок бытового и технологического горячего водоснабжения 14. Поскольку температура воды после отопительных приборов составляет 40-50°C, то этот температурный потенциал используется с помощью городских ТНУ 10, имеющих свой контур теплоснабжения потребителей 12, также включающий пиковые котлы 11. Охлажденная в испарителях ТНУ сетевая вода затем направляется в систему городского водоснабжения 13.

Источники информации

1. В.Б.Пакшвер. Системы теплоснабжения городов от мощных электростанций по однотрубной схеме. Доклад на соискание ученой степени доктора технических наук. М., 1963.

2. Б.Е.Кореннов, И.А.Смирнов, Л.П.Иголка, Н.И.Мамонтов. Теплоснабжение крупного города от загородной ТЭС. Теплоэнергетикап, №11, 1992.

3. Энергетическая стратегия России на период до 2020 г. М., ГУ ИЭС, 2001.

1. Система однотрубного теплоснабжения, включающая паровые турбины электростанций (КЭС, АЭС), магистральные теплопроводы, поставляющие нагретую сетевую воду в обслуживаемый город, и внутригородские системы и устройства, использующие теплоту и химически очищенную сетевую воду для городских нужд, отличающаяся тем, что в качестве теплоисточника используются парокомпрессионные теплонасосные установки (ТНУ) с рабочим телом термодинамического цикла, имеющим низкие критические параметры, например, диоксидом углерода, который после сжатия в компрессоре находится при сверхкритическом давлении, образующим треугольный цикл Лоренца, в качестве низкопотенциального источника теплоты используется отработавшая теплота турбин электростанций, которая передается к испарителям теплонасосных установок по замкнутому контуру циркуляционной воды, имеющему трубопроводы для поступления и сброса воды в источник технического водоснабжения электростанции, а в качестве теплоносителя - механически очищенная вода из источника технического водоснабжения, которая после предварительного подогрева в первой ступени теплообменника-нагревателя теплонасосной установки поступает на химводоочистку и затем догревается во второй ступени.

2. Система теплоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что мощность газотурбинного привода ТНУ превышает приводную мощность и используется для дополнительной выработки электроэнергии.