Автономная система теплоснабжения объектов и населенных пунктов
AUTONOMOUS SYSTEM OF HEAT SUPPLY FOR OBJECTS AND SETTLEMENTS

Изобретение относится к области энергетики, в частности, к автономным системам теплоснабжения объектов и населенных пунктов с использованием природного газа.
Известна система теплоснабжения и/или горячего водоснабжения комплексного потребителя тепловой энергии, включающего локальные потребители в виде отдельных зданий или сооружений, объединенных, например, в архитектурно-строительные группы, микрорайоны, кварталы или населенные пункты, характеризующаяся тем, что она представляет собой гидравлическую систему, включающую распределительную сеть трубопроводов, сообщенных по теплоносителю с источником теплоснабжения, например котельной с локальными потребителями тепловой энергии, запорную и/или запорно-регулировочную арматуру с запирающим элементом, насосное и другое оборудование (Патент РФ №2364798, опубл. от 20.08.2009, Бюл. №23).
Известна автономная система теплоснабжения обособленных населенных пунктов, содержащая котельную установку с водогрейным котлом и горелкой, к которой подключен газопровод природного газа, подключенные к котлу трубопроводы нагретой и обратной воды, насосное оборудование для транспортировки теплоносителей, местные системы отопления и горячего водоснабжения конечных потребителей, подключенные к трубопроводам нагретой и обратной воды (Хаванова П.А. Источники теплоты автономных систем теплоснабжения. Журнал АВОК. 2002, №1, с. 14-21).
Недостатком данного технического решения является необходимость использования сетевого трубопроводного природного газа, имеющего значительную протяженность трубопроводов от магистрального газопровода до обособленных населенных пунктов.
Известна система резервного и аварийного топливоснабжения газовой котельной, используемая при прекращении или сокращении подачи газа в котельную и содержащая напорный топливопровод, подключенный к горелкам котла, топливный насос с всасывающим топливопроводом, расходную емкость резервного топлива, которая соединена со всасывающим топливопроводом (Адамов В.А. Сжигание мазута в топках котлов: Учебник для студентов втузов // Л.: Недра, 1989. - С. 254-261).
Недостатками данного технического решения являются пониженная экономичность и экологичность резервного и аварийного топливоснабжения газовой котельной из-за высоких затрат тепловой энергии на разогрев мазута, повышенных затрат электроэнергии на подачу и циркуляцию мазута и из-за загрязнения конденсата при разогреве мазута паром.
Известен способ резервного и аварийного топливоснабжения газовой котельной, по которому при прекращении или сокращении подачи газа в котел в горелки котла подают предварительно жидкое топливо, в качестве которого используют мазут (Бузников Е.Ф. и др. Производственные и отопительные котельные. М, Энергия, 1974, с. 157).
Согласно данного источника обследование ряда газовых котельных с известным способом резервного и аварийного топливоснабжения показывает, что на эксплуатацию систем резервного и аварийного топливоснабжения приходится до 15-20% общих затрат на эксплуатацию котельных.
Известна установка хранения и газификации сжиженных газов, предназначенная для газификации сжиженных углеводородных газов и снабжения газообразным пропан-бутаном газоиспользующего оборудования конечных потребителей, содержащая емкость для сжиженных углеводородных газов с испарительной установкой, коммуникации с запорной, предохранительной и отсекающей арматурой, компоненты контрольно-измерительной аппаратуры, автоматики и электроснабжения (Патент на полезную модель РФ №146391, опубл. от 10.10.2014, Бюл. №28).
Известно устройство емкости для хранения и распределения сжиженного углеводородного газа, содержащей двустенный резервуар, люк, защитный кожух с размещенными внутри него крышкой люка, запорной арматурой, предохранительными клапанами и начальным участком трубопровода, при этом межстенное пространство сосуда заполнено инертным газом, а к межстенному пространству и герметичному кожуху подключены приборы постоянного автоматического контроля верхнего и нижнего пределов давления инертного газа (Патент РФ №2187037, опубл. от 10.08.2002 Бюл. №22).
Данное техническое решение предусматривает, что емкость для хранения и распределения сжиженного углеводородного газа (пропан-бутана) может быть выполнена в наземном и подземном варианте.
Известно устройство емкости (резервуара) для хранения сжиженного углеводородного газа (пропан-бутан), содержащая крышу в верхней части, к которой жестко прикреплена трубопроводная обвязка редуцирующего узла с клапаном, регулятором низкого давления с автоматикой регулирования и безопасности и внутренним участком трубопровода для забора паровой фазы и линией подачи паровой фазы сжиженного углеводородного газа. Емкость предназначена для системы снабжения паровой фазой сжиженного углеводородного газа потребителей (Патент РФ №2476759, опубл. от 27.02.2013, Бюл. №6).
Известно устройство блочно-модульной котельной, включающий в себя тепломеханическое оборудование, оборудование автоматики безопасности, регулирования и КИП, оборудование электрики и освещения, оборудование газоснабжения котельной, насосное оборудование для транспортировки теплоносителей, оборудование вентиляции и отопления, оборудование водопровода и канализации, узлы учета, которое собирается укрупненными блоками в заводских условиях, а в качестве корпусов блоков котельной используются каркасные конструкции различных типов (Патент на полезную модель РФ №120484, опубл. от 20.09.2012, Бюл. №26).
Известна система теплоснабжения зданий и сооружений удаленных военных объектов и населенных пунктов, включающая в себя источник природного газа в виде емкости со сжиженным природным газом, подключенную к источнику природного газа котельную, работающей на природном газе, тепловую сеть, связывающую котельную с потребителями тепловой энергии, в качестве которых являются здания и сооружения удаленных военных объектов и населенных пунктов (Патент РФ №2726963, опубл. от 17.07.2020, Бюл. №20).
Недостатком данного технического решения является необходимость создания значительного по объему резервуара для хранения сжиженного природного газа для газификации котельной.
Известна автономная система теплоснабжения объектов и населенных пунктов, содержащая газовую котельную, к которой подключен газопровод природного газа, подключенную к котельной тепловую сеть с трубопроводами нагретой и обратной воды, а также потребителей тепловой энергии, в виде отопления и горячего водоснабжения, подключенных к тепловой сети газовой котельной (Патент на полезную модель РФ №179379, опубл. от 11.05.2018, Бюл. №14).
Недостатком данного технического решения является невозможность увеличения расчетной тепловой мощности котельной при возрастании количества потребителей тепловой энергии, а также отсутствие резервного топлива при прекращении подачи природного газа в котельную, например, в случае аварии на газопроводе природного газа.
Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения заключается в увеличении мощности системы теплоснабжения при возрастании количества потребителей тепловой энергии, а также обеспечении резервным топливом (сжиженным углеводородным газом - пропан-бутаном) автономной системы теплоснабжения при прекращении подачи природного газа.
Для достижения данного технического результата предлагаемая автономная система теплоснабжения объектов и населенных пунктов, содержащая газовую котельную, к которой подключен подающий газопровод природного газа, подключенную к котельной тепловую сеть с трубопроводами нагретой и обратной воды, а также потребителей тепловой энергии, в виде отопления и горячего водоснабжения, подключенных к тепловой сети газовой котельной, снабжена блочно-модульной котельной установкой, тепловой сетью блочно-модульной котельной установки, связывающей котельную установку с потребителями тепловой энергии, газовой линией природного газа, соединяющей блочно-модульную котельную установку с подающим газопроводом природного газа, емкостью для хранения сжиженного углеводородного газа (пропан-бутан), подключенной линией подачи паровой фазы сжиженного углеводородного газа к газовой линии, соединяющей блочно-модульную котельную установку с подающим газопроводом природного газа, при этом подающий газопровод природного газа и линия подачи паровой фазы сжиженного углеводородного газа снабжены запорно-регулирующими задвижками, тепловые сети котельной и блочно-модульной котельной установки не связаны между собой и обеспечивают тепловой энергией разных потребителей, газовая линия природного газа подсоединена к подающему газопроводу природного газа после запорно-регулирующей задвижки перед его входом в котельную, а подающей газопровод подсоединен к магистральному газопроводу природного газа.
Введение в предлагаемую автономную систему теплоснабжения объектов и населенных пунктов блочно-модульной котельной установки, тепловой сети блочно-модульной котельной установки, связывающей котельную установку с потребителями тепловой энергии, газовой линии природного газа, соединяющей блочно-модульную котельную установку с подающим газопроводом природного газа, емкости для хранения сжиженного углеводородного газа (пропан-бутан), подключенной линией подачи паровой фазы сжиженного углеводородного газа к газовой линии, соединяющей блочно-модульную котельную установку с подающим газопроводом природного газа, снабжение подающего газопровода природного газа и линии подачи паровой фазы сжиженного углеводородного газа запорно-регулирующими задвижками, подсоединение газовой линии природного газа к подающему газопроводу природного газа после запорно-регулирующей задвижки перед его входом в котельную, подсоединение подающего газопровода к магистральному газопроводу природного газа, обеспечение тепловыми сетями котельной и блочно-модульной котельной установки тепловой энергией разных потребителей, позволяет получить новое свойство, заключающееся в возможности производства дополнительной тепловой энергии за счет использования быстровозводимой блочно-модульной котельной установки и ее подключению к подающему газопроводу через газовую линию, соединяющей блочно-модульную котельную установку с подающим газопроводом природного газа, что позволяет увеличить мощность автономной системы теплоснабжения (количества вырабатываемого тепла) при возрастании количества потребителей тепловой энергии, а также обеспечения резервным топливом автономной системы теплоснабжения, в качестве которого используется сжиженный углеводородный газ (пропан-бутан) при прекращении подачи природного газа в случае аварийной ситуации на подающем газопроводе или на магистральном газопроводе за счет подачи углеводородного газа из емкости для хранения сжиженного углеводородного газа через линию подачи паровой фазы сжиженного углеводородного газа (газообразный пропан-бутан), подключенной к газовой линии, соединяющей блочно-модульную котельную установку с подающим газопроводом природного газа.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема автономной системы теплоснабжения объектов и населенных пунктов, где:
1 - подающий газопровод природного газа;
2 - газовая котельная;
3 - тепловая сеть газовой котельной с трубопроводами нагретой и обратной воды;
4 - потребители тепловой энергии, подключенные к тепловой сети газовой котельной;
5 - блочно-модульная котельная установка;
6 - газовая линия, соединяющая блочно-модульную котельную установку с подающим газопроводом природного газа;
7 - емкость для хранения сжиженного углеводородного газа (пропан-бутан);
8 - линия подачи паровой фазы сжиженного углеводородного газа (газообразный пропан-бутан);
9 - тепловая сеть с трубопроводами нагретой и обратной воды блочно-модульной котельной установки;
10 - потребители тепловой энергии, подключенные к тепловой сети блочно-модульной котельной установки;
11 - запорно-регулирующая задвижка на линии подачи паровой фазы сжиженного углеводородного газа (газообразного пропан-бутана);
12 - запорно-регулирующая задвижка на подающем газопроводе природного газа;
13 - магистральный газопровод.
Работа предлагаемой автономной системы теплоснабжения объектов и населенных пунктов осуществляют следующим образом.
Первоначально, все потребители тепловой энергии 4, снабжались теплом от газовой котельной 2. В качестве потребителей тепловой энергии 4 выступают здания и сооружения различных объектов и населенных пунктов. Котельная 2 для объектов и населенных пунктов является объектом капитального строительства и возводиться параллельно строительству самих объектов и населенных пунктов. Тепловая мощность котельной 2 выбирается исходя из количества потенциальных потребителей тепловой энергии. Для работы котельной 2 из магистрального газопровода 13 по подающему газопроводу 1 подается природный газ, сжигание которого обеспечивает производство тепловой энергии в виде горячей воды. От котельной 2 по тепловой сети 3, состоящей из трубопроводов нагретой и обратной воды, горячая вода подается по трубопроводу нагретой воды сети 3 к потребителям тепловой энергии 4, которыми являются здания и сооружения объектов и населенных пунктов, и возвращается назад в котельную 2 по трубопроводу обратной воды сети 3.
В процессе функционирования объекта или населенного пункта появляются новые потребители тепловой энергии 10. В качестве потребителей тепловой энергии 10 выступают, например, вновь построенные здания и сооружения различных объектов и населенных пунктов. Это вновь построенные здания и сооружения, для которых необходима дополнительная тепловая мощность (количество вырабатываемой тепловой энергии) газовой котельной 2. Это требует проведение капитального строительства по расширению газовой котельной 2 и увеличения расхода природного газа, что часто является трудновыполнимым.
Для решения указанной проблемы на территории объекта или населенного пункта монтируют быстровозводимую блочно-модульную котельную установкой 5. Блочно-модульная котельная установка 5 собирается в заводских условиях, комплектуется необходимым оборудованием, а затем транспортируется на место монтажа автотранспортом. Она не требует капитальных затрат и монтируется на подготовленной площадке.
В блочно-модульную котельную установку 5 природный газ подается по газовой линии 6, соединяющей блочно-модульную котельную установку 5 с подающим газопроводом природного газа 1.
Газовая линия 6 подсоединена к подающему газопроводу природного газа 1 после запорно-регулирующей задвижки 12 перед его входом в газовую котельную 2, а подающей газопровод 1 подсоединен к магистральному газопроводу природного газа 13.
От блочно-модульной котельной установки 5 по тепловой сети 9, состоящей из трубопроводов нагретой и обратного воды, горячая вода подается по трубопроводу нагретой воды сети 9 к потребителям тепловой энергии 10, которыми являются вновь поостренные здания и сооружения объектов и населенных пунктов, и возвращается назад в блочно-модульную котельную установку 5 по обратному трубопроводу сети 9.
Производства дополнительной тепловой энергии за счет использования быстровозводимой блочно-модульной котельной установки 5 и ее подключению к подающему газопроводу 1 через газовую линию 6, соединяющей блочно-модульную котельную установку 5 с подающим газопроводом природного газа 1, что позволяет увеличить мощность автономной системы теплоснабжения (количества вырабатываемого тепла) при возрастании количества потребителей тепловой энергии.
Для обеспечения резервным топливом автономной системы теплоснабжения объектов и населенных пунктов, в качестве которого используется сжиженный углеводородный газ (пропан-бутан) при прекращении подачи природного газа в случае аварийной ситуации на подающем газопроводе 1 или на магистральном газопроводе 13 предусмотрена подача паровой фазы сжиженного углеводородного газа из емкости для хранения сжиженного углеводородного газа 7 через линию подачи 8 паровой фазы сжиженного углеводородного газа (газообразный пропан-бутан), которая подключена к газовой линии 6 через запорно-регулирующую задвижку 11.
Для этой цели, в случае аварийной ситуации на подающем газопроводе 1 или на магистральном газопроводе 13, закрывается запорно-регулирующая задвижка 12 на подающем газопроводе 1 и открывается запорно-регулирующая задвижка 11 на линии подачи 8 паровой фазы сжиженного углеводородного газа и паровая фаза сжиженного углеводородного газа (газообразный пропан-бутан) поступает в газовую котельную 2 и блочно-модульную котельную установку 5 для выработки горячей воды.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки:
1. Патент РФ №2364798, опубл. от 20.08.2009, Бюл. №23.
2. Хаванова П.А. Источники теплоты автономных систем теплоснабжения. Журнал АВОК. 2002, №1, с. 14-21.
3. Адамов В.А. Сжигание мазута в топках котлов: Учебник для студентов втузов // Л.: Недра, 1989. - С. 254-261.
4. Бузников Е.Ф. и др. Производственные и отопительные котельные. М., Энергия, 1974, с. 157
5. Патент на полезную модель РФ №146391, опубл. от 10.10.2014, Бюл. №28
6. Патент РФ №2187037, опубл. от 10.08.2002 Бюл. №22.
7. Патент РФ №2476759, опубл. от 27.02.2013, Бюл. №6.
8. Патент на полезную модель РФ №120484, опубл. от 20.09.2012, Бюл. №26.
9. Патент РФ №2726963, опубл. от 17.07.2020, Бюл. №20.
10. Патент на полезную модель РФ №179379, опубл. от 11.05.2018, Бюл. №14 - прототип.