АВТОНОМНАЯ ВОДЯНАЯ ЗАКРЫТАЯ СИСТЕМА ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
SELF-CONTAINED CENTRALISED HEAT SUPPLY CLOSED WATER SYSTEM

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть применено в системах электроснабжения и теплоснабжения, использующих теплоту, генерируемую на районных теплоснабжающих станциях.
Известна водяная закрытая система централизованного теплоснабжения, содержащая источник, тепловую сеть, состоящую из подающей и обратной магистралей, и тепловые пункты на вводах тепловой сети в здания, каждый из которых включает в себя вводные участки подающей и обратной магистралей тепловой сети, подающий и обратный трубопроводы систем отопления, подогреватели водопроводной и сетевой воды, а также перемычку, соединяющую вводные участки подающей и обратной магистралей тепловой сети и подключенную к подающей магистрали до места установки арматуры управления расходом, а к обратной магистрали - после мест установки подогревателей (RU №2076280, МПК F24D 3/00, 27.03.1997 г.).
Главным недостатком изобретения является невозможность автономной работы и потребность во внешних электрических сетях, что делает его уязвимым при системной аварии.
Наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому результату является комбинированная тепло- и электроснабжающая установка, состоящая из водогрейного котла районной тепловой станции (РТС), подключенного к контуру сетевой воды, включающему тракт первичной горячей сетевой воды, связанный с тепловыми потребителями, и тракт обратной сетевой воды, связанный с насосом или насосами сетевой воды, и энергоустановки на низкокипящем рабочем теле (НКРТ), а также парогенератор, турбину с электрогенератором, насос и конденсатор, позволяющая получить дополнительную электрическую мощность из тепла сетевой воды и обеспечить автономность РТС (RU №2300636, МПК F01К 17/02, 10.06.2007 г.).
Основным недостатком энергоустановки является низкий КПД, обусловленный невысоким температурным перепадом между подающей и обратной магистралями, особенно в межсезонье.
Задачей изобретения является повышение надежности системы теплоснабжения при аварийных ситуациях (отключение внешнего электрического фидера и прекращение электрического питания системы теплоснабжения) и снижение стоимости потребляемой электроэнергии теплогенерирующими предприятиями, совместно с тепловыми сетями.
Указанная задача достигается за счет того, что автономная водяная закрытая система централизованного теплоснабжения, состоящая из водогрейного котла районной тепловой станции (РТС), подключенного к контуру сетевой воды, включающему тракт первичной горячей сетевой воды, связанный с тепловыми потребителями, и тракт обратной сетевой воды, связанный с насосом (насосами) сетевой воды, и энергоустановки на низкокипящем рабочем теле (НКРТ), включающей парогенератор, турбину с электрогенератором, насос и конденсатор, причем парогенератор присоединен через байпас к тракту обратной сетевой воды, конденсатор рабочего тела выполнен воздушно-жидкостного типа и по холодной стороне сообщается с атмосферой города.
В варианте выполнения автономная водяная закрытая система централизованного теплоснабжения снабжена насосно-дроссельной подстанцией, содержащей регулируемую гидротурбину пропеллерного типа с электрогенератором, подключенную совместно с аналогичной энергоустановкой НКРТ к насосу или насосам сетевой воды и закрепленную в трубопроводе тракта обратной сетевой воды.
Схематично автономная водяная закрытая система централизованного теплоснабжения показана на фиг.1.
Автономная водяная закрытая система централизованного теплоснабжения содержит водогрейный котел 1 районной тепловой станции (РТС) с энергоустановкой 2 на низкокипящем рабочем теле (НКРТ), контур сетевой воды 3, включающий тракт 4 первичной горячей сетевой воды, связанный с насосно-дроссельной подстанцией 5, а также тепловыми потребителями с тепловыми пунктами 6 на вводах тепловой сети в здания. Энергоустановка НКРТ присоединена через байпас к тракту 7 обратной сетевой воды. Энергоустановка НКРТ содержит парогенератор 8, турбину 9 с электрогенератором, конденсатор 10 и насос НКРТ 11.
Конденсатор воздушно-жидкостного типа выведен за пределы помещения РТС и по холодной стороне сообщается с атмосферой города. Насосно-дроссельная подстанция содержит регулируемую гидротурбину 12 пропеллерного типа с электрогенератором, подключенную к насосу (насосам) 13 сетевой воды совместно с энергоустановкой НКРТ и закрепленную в трубопроводе тракта обратной сетевой воды.
Схематично энергоустановка НКРТ показана на фиг.2.
1
2
Автономная водяная закрытая система централизованного теплоснабжения работает следующим образом. Горячая вода из водогрейного котла 1 РТС поступает в контур сетевой воды (тепловую сеть) 3 по трубопроводу 4 и далее в насосно-дроссельную подстанцию 5, где повысительным насосом (насосами) 13 сетевой воды подается удаленным потребителям, расположенным на возвышенности, через тепловые пункты 6. Энергоустановки на низкокипящем рабочем теле 2 (НКРТ), расположенные на РТС и насосно-дроссельной подстанции 5, генерируют из тепла обратной сетевой воды с температурой Т электроэнергию, потребляемую насосом (насосами) 13 сетевой воды и другим оборудованием. Причем конденсатор 10 охлаждается зимним воздухом города до низких температур, вследствие чего НКРТ конденсируется в жидкую фазу при температуре T (температура атмосферы) Обратная сетевая вода имеет высокое давление, которое необходимо редуцировать за счет дросселирования в гидротурбине 12 пропеллерного типа с электрогенератором, установленной внутри трубопровода тракта 7 обратной сетевой воды. Электрогенератор гидротурбины 12 вырабатывает электроэнергию и питает повысительный насос (насосы) 13 сетевой воды. Дополнительным источником электроэнергии является энергоустановка НКРТ. Вследствие этого обратная сетевая вода охлаждается и снижается ее давление согласно пьезометрическому графику системы теплоснабжения. Таким образом, понижается внутренняя и потенциальная энергия обратной сетевой воды. Охлажденная обратная сетевая вода подается на площадку РТС и поступает на всас насоса водогрейного котла.
<mrow><mi>η</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>T</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>T</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
2
Собственный КПД энергоустановки возрастает, так как согласно теореме Карно КПД теплового двигателя выражается общеизвестной формулой:
. У прототипа (патент №2300636) в качестве температуры холодного стока (Т) надо считать температуру воды обратного трубопровода, а в предложенном изобретении - температуру зимней атмосферы города, которая всегда меньше.
За счет повышения КПД возможно получить дополнительную электрическую мощность из тепла сетевой воды и обеспечить автономность РТС путем покрытия собственных нужд в электроэнергии.
Важно отметить, что возможно полностью автономное функционирование системы теплоснабжения при некотором увеличении расхода топлива на источнике (для догрева охлажденной обратной сетевой воды). Однако увеличение стоимости потребляемого топлива (природного газа) на РТС многократно перекрывается прибылью от экономии электроэнергии, так как высокая стоимость покупной энергии связана с наличием посреднических (сбытовых) организаций.