Комбинированная тепло- и электрогенерирующая установка

Авторы патента:

Мальцева Анна Витальевна (RU)

Шатров Леонид Алексеевич (RU)

Щербаков Вадим Петрович (RU)

Шмельков Юрий Борисович (RU)

Безруких Павел Павлович (RU)

Поливода Федор Анатольевич (RU)

F01K17/02 - для целей отопления, например промышленного или жилищного (F01K 17/06 имеет преимущество; системы отопления для жилых и других зданий, например системы центрального отопления вообще F24D 1/00, F24D 3/00,F24D 9/00)

Владельцы патента RU 2633979:

Акционерное общество "Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского" (RU)

Изобретение относится к области энергетики и может быть применено для обеспечения экономичности и автономности систем энергоснабжения. Комбинированная тепло- и электрогенерирующая установка состоит из водогрейного котла районной тепловой сети (РТС), подключенного к контуру сетевой воды, включающему тракт первичной горячей сетевой воды, связанный с тепловыми потребителями, и тракт обратной сетевой воды, связанный с насосом сетевой воды, и энергоустановки на низкокипящем рабочем теле (НКРТ). Энергоустановка содержит парогенератор, включенный в паросиловой контур, турбину с электрогенератором, питательный насос и конденсатор, запорно-регулирующие задвижки. Энергоустановка снабжена дополнительным контуром последовательно соединенных плоских и вакуумных солнечных коллекторов, включающим насос, теплообменник и регулирующий вентиль, причем теплообменник включен в паросиловой контур энергоустановки последовательно, горячим выходом присоединен к парогенератору, а холодным входом - к выходу питательного насоса. Изобретение позволяет получить дополнительную электрическую мощность. 1 ил.

Изобретение относится к энергетике и может быть применено для обеспечения автономности и экономичности в системах энергоснабжения на базе районных и квартальных тепловых станций (РТС и КТС).

Известна тепло- и электрогенерирующая установка (см. Лапир М.А. Экологически чистые энергогенерирующие комплексы на базе газотурбинных надстроек водогрейных котлов РТС // Новости теплоснабжения, №1, 2002, с. 41-46), состоящая из водогрейного котла РТС, подключенного к контуру сетевой воды, включающему тракт первичной горячей сетевой воды, связанный с тепловыми потребителями, и тракт обратной сетевой воды, связанный с насосом сетевой воды, и энергоустановки.

Недостатком энергоустановки является низкий КПД в начале и конце отопительного периода, обусловленный привязкой к температурам первичной и обратной сетевой воды, которые близки друг к другу в этот период года, и, следовательно, источник и сток тепловой энергии имеют малую величину разности температур Δt.

Наиболее близкой к заявленному изобретению является комбинированная тепло- и электрогенерирующая установка, которая состоит из водогрейного котла РТС, контура сетевой воды, включающего тракт первичной горячей сетевой воды, связанный с тепловыми потребителями, и тракт обратной сетевой воды, связанный с насосом, и энергоустановки на низкокипящем рабочем теле, включающей в паросиловой контур парогенератор, турбину с электрогенератором, питательный насос и конденсатор, запорно-регулирующие задвижки (см. патент RU №2300636, БИ №07, 2009).

Недостатком данной установки является ее малая топливная экономичность и маневренность. Другим недостатком является ограниченная автономность и надежность энергоустановки в период перебоев с поставкой топлива.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение экономичности энергоустановки, маневренности, надежности и автономности энергоустановки при возможных перебоях с поставками топлива на РТС.

Технический результат достигается тем, что комбинированная тепло- и электрогенерирующая установка, состоящая из водогрейного котла районной тепловой станции, подключенного к контуру сетевой воды, включающему тракт первичной горячей сетевой воды, связанный с потребителями, и тракт обратной сетевой воды, связанный с насосом сетевой воды, и энергоустановки на низкокипящем рабочем теле, включающей в паросиловой контур парогенератор, турбину с электрогенератором, питательный насос и конденсатор, запорно-регулирующие задвижки, снабжена дополнительным контуром, включающим поле солнечных коллекторов, насос, теплообменник-подогреватель рабочего тела и регулирующий вентиль, причем теплообменник-подогреватель рабочего тела включен в паросиловой контур энергоустановки последовательно, горячим выходом присоединен к парогенератору, а холодным входом - к выходу питательного насоса, а поле солнечных коллекторов выполнено в виде последовательно соединенных сборок плоских и вакуумных солнечных коллекторов, при этом выход каждого из плоских коллекторов подключен соответственно к входу каждого из вакуумных коллекторов, вход сборки плоских коллекторов через насос и регулирующий вентиль подключен к холодному выходу теплообменника-подогревателя, а выход сборки вакуумных коллекторов подключен к горячему входу теплообменника-подогревателя.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема предлагаемой комбинированной тепло- и электрогенерирующей установки.

Комбинированная тепло- и электрогенерирующая установка содержит водогрейный котел 1 районной тепловой станции, подключенный к контуру сетевой воды, включающему тракт 2 первичной горячей сетевой воды, связанный с тепловыми потребителями 3, и тракт 4 обратной сетевой воды, связанный с насосом 5 сетевой воды, энергоустановку на низкокипящем рабочем теле (НКРТ), включающую в паросиловой контур парогенератор 6, турбину 7 с электрогенератором 8, питательный насос 9 и конденсатор 10. Парогенератор 6 через запорно-регулирующие задвижки 11, 12, 13 подключен к тракту 2 первичной горячей сетевой воды, а конденсатор 10 через запорно-регулирующие задвижки 14, 15, 16 подключен к тракту обратной сетевой воды 4. Дополнительные элементы, в том числе поле солнечных коллекторов 17, насос 18, теплообменник-подогреватель рабочего тела 19 и регулирующий вентиль 20, объединены во внешний солнечный контур. Теплообменник-подогреватель рабочего тела 19 последовательно включен в паросиловой контур низкокипящего рабочего тела, горячим выходом присоединен к входу парогенератора 6, а холодным входом - к напорной стороне питательного насоса 9. Поле солнечных коллекторов 17 состоит из последовательно соединенных в сборки плоских солнечных коллекторов 21 (в нижней ступени сборки) и вакуумных коллекторов 22 (в верхней ступени сборки).

Энергоустановка работает следующим образом. Горячая вода из водогрейного котла 1 поступает на парогенератор 6 низкокипящего рабочего тела при открытых запорно-регулирующих задвижках 11 и 13, задвижка 12 при этом закрыта. В парогенераторе 6 осуществляется частичный отбор теплоты на генерацию пара НКРТ. После парогенератора 6 вода поступает к тепловым потребителям 3, где происходит основной отбор теплоты от первичного теплоносителя. Обратная сетевая вода после тепловых потребителей 3 возвращается на водогрейный котел 1 через конденсатор 10 и открытые запорно-регулирующие задвижки 14, 15. Задвижка 16 при этом закрыта. В конденсаторе 10 поверхностного типа обратная вода частично подогревается за счет теплоты конденсации отработанных паров НКРТ, поступивших в него от турбины 7. Конденсат низкокипящего рабочего тела в жидкой фазе поступает на вход питательного насоса 9 и после сжатия подается в теплообменник-подогреватель рабочего тела 19 солнечного контура, где подогревается теплоносителем, поступающим от поля солнечных коллекторов 17. Причем первичной ступенью подогрева теплоносителя являются плоские солнечные коллекторы 21, а вторичной (высокотемпературной) ступенью подогрева - вакуумные солнечные коллекторы 22, где теплоноситель может подогреваться до температуры +140°С за счет солнечной радиации. Горячее НКРТ с выхода теплообменника-подогревателя рабочего тела 19 в жидкой фазе поступает в парогенератор 6, где происходит его испарение за счет теплоты первичной сетевой воды, поступающей в парогенератор 6 от водогрейного котла 1. Насыщенный пар НКРТ поступает на турбину 7, где и производит при расширении полезную работу. Электрогенератором 8 для потребителей РТС генерируется электроэнергия. Паросиловой цикл замыкается.

Отдавший свою теплоту на подогрев НКРТ теплоноситель солнечного контура с выхода теплообменника-подогревателя рабочего тела 19 закачивается насосом 18 в поле солнечных коллекторов 17, где вновь нагревается до заданной температуры. Теплоноситель последовательно нагревается сначала в плоских солнечных коллекторах 21 (в нижней ступени сборки), а затем в вакуумных коллекторах 22 (в верхней ступени сборки). Это позволяет повысить температуру теплоносителя свыше 100°С, что увеличивает эффективность и КПД энергоустановки. Регулировка необходимой температуры нагрева осуществляется с помощью вентиля 20, позволяющего увеличить или уменьшить расход теплоносителя. При малой интенсивности солнечной радиации вентиль 20 прикрывается, и массовый расход теплоносителя уменьшается, сохраняя его заданную температуру. При высокой солнечной радиации вентиль 20 открывается, и в энергоустановку поступает больше тепловой энергии за счет увеличения массового расхода теплоносителя. При этом поток полезной теплоты, полученный извне в течение суток, меняется от нуля (в ночные часы) до номинального значения. Общий суммарный приток теплоты, Q_год, Гкал, полученной энергоустановкой извне за счет солнечной энергии, определяет ее экономичность в отношении снижения годовых затрат топлива, ΔВ_год, т. В период перерывов с подачей топлива солнечная установка может частично компенсировать простой РТС за счет экономного расходования топлива только в ночные часы (когда нет солнца).

Таким образом, снабжение тепло- и электрогенерирующей установки дополнительным контуром, включающим последовательно соединенные плоские и вакуумные коллекторы, насос, теплообменник и регулирующий вентиль, позволяет повысить ее экономичность, снизить годовые затраты ценного органического топлива, повысить автономность, маневренность и надежность теплоснабжения потребителей при перерывах в топливоподаче на РТС. Причем плоские солнечные коллекторы используются в нижней ступени подогрева циркуляционной воды, а вакуумные коллекторы - в верхней.

Изобретение позволяет повысить экономичность энергоустановки, снизить годовые затраты топлива, повысить надежность теплоснабжения потребителей.

Комбинированная тепло- и электрогенерирующая установка, состоящая из водогрейного котла районной тепловой станции, подключенного к контуру сетевой воды, включающего тракт первичной горячей сетевой воды, связанный с потребителями, и тракт обратной сетевой воды, связанный с насосом сетевой воды, и энергоустановки на низкокипящем рабочем теле, включающей в паросиловой контур парогенератор, турбину с электрогенератором, питательный насос и конденсатор, запорно-регулирующие задвижки, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным контуром, включающим поле солнечных коллекторов, насос, теплообменник-подогреватель рабочего тела и регулирующий вентиль, причем теплообменник-подогреватель рабочего тела включен в паросиловой контур энергоустановки последовательно, горячим выходом присоединен к парогенератору, а холодным входом - к выходу питательного насоса, а поле солнечных коллекторов выполнено в виде последовательно соединенных сборок плоских и вакуумных солнечных коллекторов, при этом выход каждого из плоских коллекторов подключен соответственно к входу каждого из вакуумных коллекторов, вход сборки плоских коллекторов через насос и регулирующий вентиль подключен к холодному выходу теплообменника-подогревателя, а выход сборки вакуумных коллекторов подключен к горячему входу теплообменника-подогревателя.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях. Система оборотного водоснабжения градирни, включающая градирню, водоприемный колодец, самотечный водовод, циркуляционный насос, напорный трубопровод к конденсатору паровой турбины и сливной напорный трубопровод к градирне, состоящей из вытяжной башни и водосборного бассейна.

Тепловая электростанция // 2625081

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электрических станциях. Тепловая электрическая станция содержит конденсатор паровой турбины, декарбонизатор с воздуховодом, систему оборотного водоснабжения.

Конденсационная паротурбинная электростанция кочетова // 2623005

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к тепловым электростанциям промышленных предприятий, где применяются башенные или вентиляторные градирни. Конденсационная паротурбинная электростанция, содержащая котельную установку, паротурбинную установку и электрические устройства, обеспечивающие выработку электроэнергии потребителю.

Теплофикационная турбоустановка // 2621437

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Теплофикационная турбоустановка содержит теплофикационную турбину с отборами пара, подключенными к регенеративным и сетевым подогревателям, конденсатор, охладитель пара уплотнений турбины, трубопровод основного конденсата турбины с включенными в него охладителем основных эжекторов и регенеративными подогревателями низкого давления, деаэратор добавочной питательной воды с подключенными к нему трубопроводами исходной воды, греющего агента, деаэрированной добавочной питательной воды.

Тепловая электрическая станция // 2607437

Изобретение относится к области теплоэнергетики и предназначено для использования на тепловых электростанциях. Тепловая электрическая станция содержит парогазовую установку с газовой турбиной, компрессором газотурбинной установки, камерой сгорания, котлом-утилизатором, паровой турбиной с конденсатором, к которому подключены трубопроводы охлажденной и нагретой циркуляционной воды.

Теплофикационная турбоустановка // 2605683

Изобретение относится к области теплоэнергетики. В теплофикационной турбоустановке, содержащей теплофикационную турбину с отборами пара, подключенными к регенеративным и сетевым подогревателям, конденсатор с подключенным к нему основным эжектором, трубопровод основного конденсата турбины с включенными в него регенеративными подогревателями низкого давления, охладитель пара уплотнений турбины, деаэратор подпиточной воды тепловой сети с подключенными к нему трубопроводами исходной воды, греющего агента, деаэрированной подпиточной воды тепловой сети, трубопровод отработавшего пара основного эжектора подключен к патрубку греющего агента деаэратора подпиточной воды тепловой сети, а охладитель пара уплотнений турбины по охлаждающей среде включен в трубопровод исходной воды перед деаэратором подпиточной воды тепловой сети.

Способ работы теплоэлектроцентрали с открытой теплофикационной системой и устройство для его осуществления // 2600655

Изобретение относится к теплоэнергетике. В способе работы теплоцентрали (ТЭЦ) с открытой теплофикационной системой с турбоагрегатами типа Р и ПТ и приключенной теплофикационной паровой турбиной, подключенной к промышленному паропроводу ТЭЦ и снабженной конденсатором с двумя поверхностями нагрева, в первой поверхности нагрева подогревают смешанные потоки холодной и подогретой в ней рециркулируемой сырой воды, для конденсации этих потоков на первой поверхности используют 70-75% от номинального расхода пара в конденсатор этой турбины, вторую поверхность нагрева конденсатора используют для конденсации 30-25% пара с пропуском через нее циркуляционной воды; кратность рециркуляции сырой воды, дополнительно подогреваемой в первой поверхности нагрева, регулируют с учетом расхода и температуры холодной сырой воды и ее температуры перед умягчением, паром из теплофикационного отбора приключенной турбины производят дополнительный подогрев сырой воды перед ее умягчением, а также подогрев декарбонизированной подпиточной воды.

Способ двухступенчатого подогрева сетевой воды // 2592008

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для повышения экономичности теплофикационных турбин с двухступенчатым подогревом сетевой воды на режимах с повышенной по отношению к номинальной температурой прямой сетевой воды.

Способ контроля герметичности вакуумных систем турбоустановок // 2580850

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Способ контроля герметичности вакуумных систем турбоустановок, по которому по местам истечения пара избыточного давления визуально определяют неплотности вакуумной системы, опрессовку паром цилиндра среднего давления теплофикационной турбоустановки и подключенных к этому цилиндру сетевых подогревателей и регенеративных подогревателей низкого давления производят паром избыточного давления, который подают в цилиндр среднего давления, например, через паропровод отопительного отбора, при включенном валоповоротном устройстве турбоустановки, при полностью закрытой поворотной регулирующей диафрагме, при закрытой запорной арматуре на паропроводах отборов к деаэратору питательной воды и подогревателям высокого давления и при открытой запорной арматуре на паропроводах отборов к сетевым подогревателям и регенеративным подогревателям низкого давления.

Теплофикационная турбоустановка // 2580849

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Теплофикационная турбоустановка содержит теплофикационную турбину с отборами пара, подключенными к регенеративным и сетевым подогревателям, конденсатор, трубопровод основного конденсата турбины с включенными в него охладителем пара уплотнений турбины и регенеративными подогревателями низкого давления, охладитель основных эжекторов, деаэратор подпиточной воды тепловой сети с подключенными к нему трубопроводами исходной воды, греющего агента, деаэрированной подпиточной воды тепловой сети.

Способ работы теплоэлектрической станции с регенеративным циклом ренкина // 2636953

Изобретение относится к энергетике. Способ работы теплоэлектрической станции с регенеративным циклом Ренкина может быть использован на атомных электрических станциях (АЭС) и тепловых электрических станциях (ТЭС). В способе работы теплоэлектрической станции с регенеративным циклом Ренкина, по которому вырабатываемый в котле пар направляют в пароперегреватель, турбину, конденсируют в конденсаторе и деаэрируют, корпус цилиндра турбины снабжают протоками и используют их для регенеративного подогрева конденсата, при этом по протокам прокачивают конденсат в направлении против тока пара в турбине. Изобретение позволяет процесс расширения пара вести по политропе, эквидистантной кривой регенерации тепла, что, в свою очередь, позволяет получить наиболее выгодный по КПД регенеративный цикл Карно. Реализация способа позволяет выполнить теплоэлектрическую станцию с регенеративным циклом Ренкина более интегрированной (компактной), менее металлоемкой и, следовательно, более надежной и менее затратной при сооружении. Кроме того, способ работы теплоэлектрической станции с регенеративным циклом Ренкина дополнительно выполняют по крайней мере с одним промежуточным (вторичным) перегревом пара. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ разнесения топливных затрат на тэц // 2647241

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для разнесения топливных затрат между видами производимой энергии на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) и в энергообъединениях для оптимизации режимов их работы в целях экономии топлива и улучшения экологической обстановки в стране в целом. Предлагаемый способ позволяет увеличить экономию топлива за счет оптимизации режимов работы ТЭЦ как комбинированного источника по производству электрической и тепловой энергии, максимизировать прибыль производителя и минимизировать себестоимость производства электрической и тепловой энергии. Это достигается тем, что в известном способе распределения топливных затрат на ТЭЦ, при котором для заданного состава работающего оборудования (котлов и турбин) распределяют расход материального энергоресурса (расход топлива, пара) между производством электрической и тепловой энергий по критерию максимизации прибыли за счет регулирования отбора пара с турбин с помощью регулирующего клапана части высокого давления турбинного отделения, определяют энергетические характеристики станции на основе принципа равенства относительных приростов расхода топлива, а также строят на их основе характеристику предельных издержек станции по каждому сезону года и предельных доходов станции на основе кривых спроса по сезонам года, определяют объем оптимальной электрической мощности станции, при этом в начале осуществляют оптимальное распределение электрической энергии тепловых электростанций с учетом ограничений по вынужденному теплофикационному режиму по критерию максимизации прибыли, затем распределяют тепловую энергию между агрегатами станции по методу для оптимизации режимов работы станции по электрической энергии, а далее осуществляют разнесение топливных затрат (топлива, пара) между видами производимой энергии (электрической и тепловой) путем регулирования значений отборов пара с турбин с помощью регулирующего клапана части высокого давления турбинного отделения по критерию максимума прибыли и в результате находят оптимальный режим работы станций для комбинированного способа производства электрической и тепловой энергии, на заключительном этапе производят корректировку распределения нагрузки на станции на основе сравнения результатов наивыгоднейшего распределения электроэнергии между агрегатами станции по сезонам года и результатов управления функционированием станции как источника комбинированного производства и распределяют расход топлива между выработкой электрической и тепловой энергий на станции по разработанной модели оптимального распределения электроэнергии между ее агрегатами по критерию максимизации прибыли. 5 ил.