ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

Полезная модель относится к когенерационным силовым установкам, работающим на разных источниках энергии - на угле и нефти - и производящим тепловую и электрическую энергии. Энергетический комплекс может быть использован для работы на промышленных и бытовых объектах, преимущественно в отдаленных труднодоступных районах с резкоконтинентальным климатом, в комплексе ЕЭС или автономно. Может быть использован при реконструкции котельных установок.
К аналогам полезной модели относятся, например, секционные или централизованные ТЭЦ, включающие паровые котлы, теплофикационные турбины с электрогенераторами, конденсаторы-теплообменники отработанного пара [Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. М., Энергоатомиздат, 1987. С.12-13].
Известные аналогичные ТЭЦ имеют недостаточные технологические возможности.
Также известна аналогичная электростанция для производства электрической энергии и отпуска теплоты в виде пара для сети центрального отопления, работающая преимущественно за счет сжигания угля [Патент ЕР 0424864. Power plant/Asea Brown Bovery (DE)/ - Заявлено 27.10.1989; Опубл. 02.05.1991]. Электростанция включает парогенератор, производящий перегретый пар для удаленной закрытой теплосети и для турбогенератора, производящего электрическую энергию, а также, конденсатор отработанного пара турбины. Кроме того, электростанция оборудована водоподготовительной системой теплообменников-подогревателей конденсата, расположенных по ходу магистрали между конденсатором и парогенератором, и приточного и вытяжного воздуховодов парогенератора, связанных с градирней естественной тяги.
Недостатком является сокращение технологических возможностей ТЭЦ и повышение капитальных затрат.
Прототипом полезной модели является теплоэлектроцентраль для комбинированной выработки теплоты и электроэнергии при переменном сезонном и суточном потреблении. [Гиршфельд В.Я., Морозов Г.Н. Тепловые электрические станции. М., Энергоатомиздат, 1987. С.147, 158]. Известная ТЭЦ содержит паровой котел, теплофикационную турбину с регулируемым отбором и конденсацией, генератор, конденсатор, систему теплоснабжения (потребитель), градирню для оборотного водоснабжения конденсатора.
Конструкция прототипа обусловливает снижение функциональной дифференцированной совместимости с режимами работы систем потребления, особенно при получении тепловой и электрической энергии из разных видов топлива, что сокращает технологические возможности известной установки.
Задачей полезной модели является расширение технологических возможностей энергетического комплекса.
Задача решается тем, что, в энергетическом комплексе, включающем силовую установку с градирней, согласно полезной модели, силовая установка представляет собой мини-ТЭЦ и дизельную электростанцию (ДЭС). Электрические генераторы мини-ТЭЦ и (ДЭС) подключены к электрической подстанции. Мини-ТЭЦ состоит из двух параллельных циклов - теплофикационно-энергретического и теплофикационного. Теплофикационно-энергретический цикл включает паровые энергетические котлы, турбогенераторы, конденсаторы-теплообменники, соединенные с градирней, теплообменники-подогреватели, редукционно-охладительную установку, производственную систему теплоснабжения. Теплофикационный цикл включает паровые котлы, теплообменники-подогреватели, бытовую систему теплоснабжения. Циклы соединены последовательно с водоподготовительной и деаэрационно-питательной установками. Производственная и бытовая системы теплоснабжения снабжены резервным соединением с возможностью объединения или взаимозамены.
Энергетический комплекс оснащен автоматизированной системой управления (АСУ) с возможностью контроля и управления выработки и потребления электрической энергии, а также выработки тепловой энергии.
Технический результат полезной модели заключается в расширении технологических возможностей энергетического комплекса путем дифференциального регулирования производства тепловой и электрической энергии при сезонных и производственных изменениях потребности.
Технический результат достигается,
во-первых, совмещением в конструкции силовой установки энергетического комплекса двух энергетических установок - мини-ТЭЦ и ДЭС, что обусловливает возможность работы на разных видах топлива и возможность резервирования топлива;
во-вторых, параллельной компоновкой двух циклов мини-ТЭЦ - теплофикационно-энергетического, связанного с производственной системой теплоснабжения, и теплофикационного, связанного с бытовой системой теплоснабжения; включая резервное соединение обеих систем теплоснабжения для объединения или взаимозамены;
в-третьих, размещением редукционно-охладительной установки в теплофикационно-энергетическом цикле для редуцирования перегретого пара энергетических паровых котлов и использования их тепловой энергии в теплообменниках - подогревателях для передачи в производсвенную систему теплоснабжения при остановке турбин с сохранением стабильной работы котлов и снижением затрат на собственные нужды.
Технический результат полезной модели способствует повышению надежности независимого энергоснабжения преимущественно отдаленных труднодоступных населенных пунктов и промышленных предприятий в районах с резко-континентальным климатом.
На схеме представлен энергетический комплекс, состоящий из мини-ТЭЦ, ДЭС и электрической подстанции.
Мини-ТЭЦ включает следующее оборудование:
1 - водоподготовительная установка;
2 - деаэрационная установка;
3 - паровой энергетический котел;
4 - паровой котел;
5 - теплофикационная турбина
6 - электрический генератор;
7 - отопительный теплообменник-подогреватель;
8 - конденсатор-теплообменник;
9 - градирня;
10 - редукционно-охладительная установка;
11 - производственный теплообменник-подогреватель.
Энергетический паровой котел 3, паровая теплофикационная турбина 5, электрический генератор 6, отопительный теплообменник-подогреватель (бойлер) 7, конденсатор-теплообменник 8, градирня 9, редукционно-охладительная установка 10 составляют теплофикационно-энергретический цикл, включающий закрытую систему теплоснабжения - отопительную систему потребителя (на схеме не обозначена). Теплофикационный цикл состоит из парового котла 4, производственного теплообменника-подогревателя (бойлера) 11, включающий бытовую - отопительную и технологическую систему теплоснабжения потребителя (на схеме не обозначена). Производственная и бытовая системы теплоснабжения соединены резервным соединением (на схеме не обозначено) с возможностью объединения или взаимозамены.
Основное оборудование ДЭС - дизель 12 в комплекте с электрическим генератором 13. Кроме того, ДЭС содержит связанные трубопроводами расходную емкость топлива, резервуар аварийного сброса топлива, баки чистого и отработанного масла, насосную станцию приготовления топлива, компрессорную станцию, фильтры, трубопроводы, запорную арматуру, контрольно-измерительную аппаратуру (на схеме не показаны).
Электрический генератор 6 и электрический генератор дизеля 13 подключены к электрической подстанции 14.
Энергетический комплекс оснащен централизованной АСУ (на схеме не показана) контроля и управления потребления электроэнергии, контроля и управления выработки электрической и тепловой энергии мини-ТЭЦ и выработки электрической энергии ДЭС.
Энергетический комплекс может включать необходимое количество оборудования каждой из указанных позиций. Количество оборудования определяется инженерно-проектными расчетами.
Энергетический комплекс работает следующим образом. Воду естественного источника, например, из подземных скважин, подают в водоподготовительную установку 1, проводят химическую очистку и подготовку и подают в деаэрационно-питательную установку 2. Из установки 2 питательными насосами воду подают через коллектор в энергетические паровые котлы 3 и в паровые котлы 4. Получают перегретый пар.
Перегретый пар из энергетического котла 3 подают через коллектор-паропровод в паровую теплофикационную турбину 5.
Турбина работает при номинальной мощности с производственным отбором на теплофикационные нужды. Поток пара, проходящий через турбину 5, передает энергию на электрический генератор 6. Получают электроэнергию, которую в виде электрического тока передают на электрическую подстанцию 14.
Ведут производственный отбор пара турбины 5. Пар производственного отбора турбин поступает на отопительные теплообменники-подогреватели 7. Горячая вода из теплообменников-подогревателей 7 поступает в отопительную систему потребителя.
Отработанный пар из турбин 5 подают в конденсаторы-теплообменники 8. Охлаждающую воду конденсаторов-теплообменников 8 направляют в градирню 9 и обратно насосами оборотного водоснабжения. Конденсат конденсаторов-теплообменников 8 возвращают в деаэрационно-питательную установку 2.
Пар из котлов 4 по паропроводу подают в производственные теплообменники-подогреватели 11, откуда поступает горячая вода в отопительную и технологическую систему потребителя.
Дизельное топливо подают в дизель 12, сжигают, передавая энергию на генератор 13. Генератор 13 вырабатывает электрическую энергию, и передают ее на электрическую подстанцию 14.
Ведут централизованный автоматизированный контроль потребления электрической энергии с электрической подстанции, вырабатываемой энергетическим комплексом, контроль и управление выработки электрической и тепловой энергии мини-ТЭЦ, выработки электрической энергии ДЭС.
Пример. Энергетический комплекс Олимпиадинского ГОКа содержит водоподготовительную установку, две деаэрационно-питательные установки, теплофикационно-энергетический и теплофикационный циклы. Теплофикационно-энергетический цикл состоит из пяти энергетических паровых котлов КЕ 25-39-400, трех паровых теплофикационных турбин с регулируемым отбором П-6-3,4/0,5-1 в комплекте с тремя электрическими генераторами ТАП-6-2УЗ, четырех отопительных теплообменника-подогревателя (бойлера), трех конденсаторов-теплообменников КП-540/6М, трех башен градирни, одной редукционно-охладительной установки. Теплофикационный цикл состоит из четырех паровых котла КЕ-10-14, шести производственных теплообменников-подогревателей (бойлеров).
Кроме того, в состав энергетического комплекса входит Парогенераторная станция утилизации отработанного масла (на схеме не показана), которая содержит горелочные устройства для сжигания отработанного масла, смонтированные на энергетических паровых котлах.
ДЭС энергетического комплекса содержит четыре дизельных двигателя Caterpillar D 3616 в комплекте с четырьмя электрическими генераторами Kato, расходную емкость топлива, резервуар аварийного сброса топлива, баки чистого и отработанного масла, насосную станцию приготовления топлива, компрессорную станцию, фильтры, трубопроводы, запорную арматуру, контрольно-измерительную аппаратуру. Мощность ДЭС - 17,2 МВт.
АСУ включает подсистемы оперативно-диспетчерского контроля и управления, контроллерного управления, КИПиА, исполнительных механизмов и вспомогательного оборудования (на схеме не показаны).
Работу энергетического комплекса в течение зимнего сезона выполняют в следующем порядке.
Готовят воду в водоподготовительной установке 1, затем в деаэрационно-питательных установках 2. Из деаэрационно-питательной установки 2 питательными насосами направляют подготовленную воду в пять энергетических паровых котлов 3. В топки котлов 3 подают измельченный каменный уголь. Под колосниковые решетки подают воздух. В горелочные устройства Парогенераторной станции утилизации отработанного масла подают отработанное машинное масло различных производств, предназначенное для утилизации. Сжигают уголь и отработанное масло, получают перегретый пар. Абсолютное давление пара 3,2-3,8 Мпа, температура 340-400°С.
Перегретый пар поступает в три паровые турбины 5. Получают 18 МВт электроэнергии, которую в виде электрического тока передают на подстанцию 14 и затем потребителю. Расход пара на турбину 20 т/час.
Ведут производственный отбор пара не более 40 т/час. Давление пара в отборе 0,5 МПа, температура пара в отборе 190°С.
Пар производственного отбора подают в четыре теплообменника-подогревателя (бойлера) 7. Горячую воду из бойлеров передают в отопительную и технологическую производственную сеть потребителя.
Отработанный пар из турбин 6 конденсируют в конденсаторах-теплообменниках 8 циркулированием охлаждающей воды при температуре 25°С через башни градирни 9.
Из деаэрационно-питательной установки 2 подготовленную воду направляют в четыре паровых котла 4. На колосниковую решетку топки котлов 5 подают очищенный от примесей измельченный каменный уголь. Под колосниковые решетки подают воздух. Сжигают уголь, получают пар при температуре 270°С и давлении 1,4 МПа. Пар подают в шесть теплообменников-подогревателей (бойлеров) 7 для передачи горячей воды в бытовую и отопительную сети жилых помещений.
Дизельное топливо из расходной емкости подают через фильтры в дизельный двигатель 12 ДЭС. жигают топливо, получают 17,32 МВт электрической энергии, которую передают от электрического генератора 13 на электрическую подстанцию 14 и затем - потребителю.
Возможно использование нефтяного топлива или мазута для дизельного двигателя. Возможно использование сырой нефти при удовлетворительных физико-химических характеристиках, например, нефти Юрубченского нефтегазового месторождения.
Выполняют измерение, мониторинг, автоматическое регулирование технологических параметров работы оборудования мини-ТЭЦ, ДЭС, электрической подстанции и энергетического комплекса в целом на автоматизированных рабочих местах с использованием оперативной и архивной визуализированной информации и единого информационного пространства.
В течение летнего сезона энергетический комплекс работает в следующем порядке. Готовят воду и получают перегретый пар в энергетических паровых котлах 3 и паровых котлах 4 аналогично режиму работы в зимний период. Перегретый пар поступает в три паровые теплофикационные турбины 5 с производственным отбором аналогично примеру 1. Получают 18 МВт электроэнергии, которую в виде электрического тока передают на электрическую подстанцию 14 и затем передают потребителю. Ведут производственный отбор пара 8 т/час. Давление пара в отборе 0,5 МПа, температура пара в отборе 190°С.Расход пара на турбину 20 т/час. Пар производственного отбора турбин 6 и пар паровых котлов 4 направляют в теплообменники-подогреватели (бойлеры) для передачи потребителю аналогично режиму работы в зимний период.
ДЭС работает без сезонных изменений в соответствии с графиком производства электрической энергии.
В режиме остановки турбин энергетический комплекс работает в следующем порядке. Готовят воду и получают перегретый пар в энергетических паровых котлах 3 и паровых котлах 4 аналогично режиму работы в зимний и летний периоды. Перегретый пар из котлов 3 подают в редукционно-охладительную установку 10, получают редуцированный пар с температурой 180°С и давлением 5 МПа. Редуцированный пар энергетических котлов 3 направляют в теплообменники-подогреватели 7 и пар паровых котлов 4 направляют в теплообменники-подогреватели 11 для передачи горячей воды потребителю аналогично режиму работы в зимний и летний периоды.
ДЭС работает без сезонных изменений в соответствии с графиком производства электрической энергии.