СПОСОБ РАБОТЫ И УСТРОЙСТВО МАНЕВРЕННОЙ БЛОЧНОЙ ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ ПАРОГАЗОВОЙ МИНИ-ТЭЦ
METHOD FOR OPERATION AND DEVICE OF MANEUVERABLE BLOCK COMBINED-CYCLE COGENERATION MINI-CHP

Изобретение относится к энергетике и может использоваться в закрытых автономных нецентрализованных системах теплоснабжения удаленных городских микрорайонов. Известен способ работы закрытой системы теплоснабжения, по которому водопроводную воду подаваемую в системы горячего водоснабжения потребителей последовательно нагревают теплом обратной и прямой сетевой воды. Для поддержания необходимой температуры воды, подаваемой в системы ГВС, при температурах воздуха от - 5 до 8°С, требуемую температуру воды, подаваемой в системы теплоснабжения регулируют с нижним изломом температурного графика теплосети. (Теплоснабжение: Учебник для студентов вузов // Козин В.Е. и др. М.: Высшая школа, 1980. стр.113, 115). Недостатком этого способа является регулирование тепловой нагрузки потребителей по повышенному температурному графику и снижение теплофикационной выработки электроэнергии на ТЭЦ.
Известен способ работы закрытой системы теплоснабжения по которому сетевую воду нагретую на ТЭЦ подают в системы отопления и горячего водоснабжения потребителей по прямому трубопроводу теплосети, через тепловой пункт (Патент № 2468301). При этом обратную сетевую воду возвращают на ТЭЦ. Водопроводную воду подаваемую в системы горячего водоснабжения (ГВС) потребителей, нагревают в теплообменниках теплового пункта теплом обратной сетевой воды, а затем подогревают до требуемой температуры в конденсаторе теплонасосной установки, используя в испарителе тепло обратной сетевой воды из обратного трубопровода теплосети. В течение всего года температуру сетевой воды возвращаемой на ТЭЦ регулируют без нижнего излома температурного графика теплосети. Недостатком этого способа является применение для его реализации теплонасосной установки, которая усложняет конструкцию установки и требует дополнительного расхода электроэнергии.
Известен способ работы маневренной регенеративной парогазовой теплоэлектроцентрали (Патент РФ № 2648478), в котором теплоту продуктов сгорания газовой турбины используют для выработки перегретого пара среднего давления расширяемого в противодавленческой теплофикационной паровой турбине. Теплоту конденсации расширенного пара используют для подогрева сетевой воды теплосети. В отопительный период работы между ступенями испарителя котла-утилизатора сжигают дополнительное топливо, увеличивая выработку перегретого пара, электрическую и тепловую мощность ПГУ. Это техническое решение обеспечивает повышение маневренности и экономичности установки ТЭЦ при ее работе как в неотопительных, так и в отопительных режимах. Этот способ принят в качестве прототипа к предполагаемому изобретению. Недостатками этого способа является возможность его использования только для открытых систем теплоснабжения. При работе парогазовой теплоэлектроцентрали в неотопительных режимах работы, при этом способе происходит излом температурного графика теплосети.
Целью предлагаемого способа работы маневренной блочной теплофикационной парогазовой мини-ТЭЦ, является возможность его применения в закрытых нецентрализованных теплофикационных системах энергоснабжения городских микрорайонов с обеспечением экономичной выработки электрической и тепловой энергии при высокой маневренности мини-ТЭЦ и с когенерационной выработкой энергии как в неотопительных, так и в отопительных режимах. Подогрев водопроводной воды для систем ГВС производится в сетевых подогревателях мини-ТЭЦ, что исключает применение в зданиях подогревателей водопроводной воды. В отопительном режиме, при температурах воздуха от -5 до 8°С, регулируют расход сетевой воды через водо-водяные подогреватели и обеспечивают работу систем теплоснабжения без нижнего излома температурного графика теплосети.
Технический результат достигается тем, что в способе работы маневренной блочной теплофикационной парогазовой мини-ТЭЦ, согласно которому сжимают атмосферный воздух, сжигают в нем топливо, расширяют продукты сгорания в газовой турбине, как в отопительный, так и в неотопительные периоды работы теплоту продуктов сгорания используют для выработки перегретого пара среднего давления, который расширяют в противодавленческой теплофикационной паровой турбине, полезную работу которой используют для выработки электроэнергии, расширенный пар конденсируют, теплоту конденсации пара и расширенных продуктов сгорания используют для подогрева сетевой воды, конденсат пара деаэрируют и используют в котле-утилизаторе для выработки перегретого пара; в отопительный период при снижении температуры атмосферного воздуха до заданной величины, между ступенями испарителя котла-утилизатора сжигают дополнительное топливо, увеличивают выработку перегретого пара, электрическую мощность электрогенератора и тепловую мощность установки, расход дополнительного топлива увеличивают при повышении тепловой нагрузки потребителей, а мини-ТЭЦ используется для автономной закрытой системы теплоснабжения городских микрорайонов; теплом сетевой воды подогревают в водо-водяных подогревателях до требуемой температуры водопроводную воду систем горячего водоснабжения потребителей; в отопительном режиме, при температурах воздуха от-5 до 8°С, регулируют расход сетевой воды через водо-водяные подогреватели и обеспечивают работу систем теплоснабжения без нижнего излома температурного графика теплосети, а устройство маневренной блочной теплофикационной парогазовой мини-ТЭЦ, включающее газотурбинную установку с компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной, электрогенератором, выход компрессора соединен через камеру сгорания с газовой турбиной, связанной общим валом с компрессором и электрогенератором, выход газовой турбины связан с котлом-утилизатором, в котором по ходу газов размещены - пароперегреватель среднего давления, испаритель второй ступени, камеру дожигания, испаритель первой ступени, экономайзер второй ступени, экономайзер первой ступени, газоводяной подогреватель; пароперегреватель соединен паропроводом перегретого пара с входом теплофикационной противодавленческой паровой турбины, теплофикационный отбор которой связан по пару с сетевым подогревателем второй ступени, а ее выход связан с сетевым подогревателем первой ступени, который соединен конденсатопроводом через экономайзер первой ступени, деаэратор и трубопровод питательной воды с питательным насосом с экономайзером второй ступени, трубопровод обратной линии теплосети связан с трубопроводом прямой линии теплосети через сетевой подогреватель первой ступени и сетевой подогреватель второй ступени, а также через газоводяной подогреватель сетевой воды, причем дополнительно применены трубопровод холодной водопроводной воды, трубопровод подогретой водопроводной воды, обводной трубопровод сетевой воды, трубопровод сетевой воды, теплообменник охлаждения обратной сетевой воды, водо- водяной подогреватель водопроводной воды, запорные и регулирующие задвижки на трубопроводах; трубопровод холодной водопроводной воды связан с трубопроводом подогретой водопроводной воды через теплообменные поверхности охлаждения обратной сетевой воды и водо- водяного подогревателя водопроводной воды, выход подогревателя; выход сетевого подогревателя первой ступени связан с трубопроводом прямой линии теплосети через трубопровод сетевой воды с регулирующей задвижкой, а также связан по сетевой воде с трубопроводом обратной линии теплосети через обводной трубопровод сетевой воды, водо-водяной подогреватель водопроводной воды, связывающий трубопровод сетевой воды с запорной задвижкой и сетевым насосом.
На Фиг. 1 изображена принципиальная тепловая схема маневренной блочной теплофикационной мини-ТЭЦ. Она включает электрогенератор 1, компрессор 2, электрогенератор 3, паропровод перегретого пара среднего давления 4, противодавленческую паровую турбину 5, электрогенератор 6, камеру сгорания 7, поверхности нагрева котла-утилизатора: пароперегреватель 8, испаритель второй ступени 9, камеру дожигания 10, испаритель первой ступени 11, экономайзер второй ступени 12, экономайзер первой ступени 13, газоводяной подогреватель сетевой воды 14; элементы тепловой схемы'.деаэратор 15, сетевой подогреватель второй ступени 16, сетевой подогреватель первой ступени 17,водо-водяной подогреватель водопроводной воды 18, трубопровод холодной водопроводной воды 19, теплообменник охлаждения обратной сетевой воды 20, дополнительный трубопровод сетевой воды 21 с регулирующей задвижкой 29, обводной трубопровод сетевой воды 22 с запорной задвижкой 31, связывающий трубопровод сетевой воды 23 с регулирующей задвижкой 30, сетевой насос 24, трубопровод прямой сетевой воды 25, трубопровод подогретой водопроводной воды 26, трубопровод обратной сетевой воды 27 с запорной задвижкой 32, запорную задвижку 28 установленную между сетевыми подогревателями первой 17 второй ступеней.
Выход компрессора 1 связан через камеру сгорания 7 с газовой турбиной 2 соединенной общим валом с электрогенератором 3. Выход газовой турбины 2 связан с котлом-утилизатором. Пароперегреватель 8 соединен паропроводом перегретого пара среднего давления 4 с входом теплофикационной противодавленческой паровой турбины 5, теплофикационный отбор которой связан с сетевым подогревателем второй ступени 16. Выход паровой турбины 5 связан с сетевым подогревателем первой ступени 17, который по конденсату пара через насос связан с экономайзером первой ступени 13, деаэратором 15 и с экономайзером второй ступени 12 котла- утилизатора. Трубопровод обратной линии теплосети 27 связан по сетевой воде через запорную задвижку 32, теплообменник охлаждения обратной сетевой воды 20, сетевой подогреватель первой ступени 17, запорную задвижку 28 и сетевой подогреватель второй ступени 16 с трубопроводом прямой линии теплосети 25, а также он связан через газоводяной подогреватель сетевой воды 14с трубопроводом прямой линии теплосети 25. Выход сетевого подогревателя 17 связан по сетевой воде с трубопроводом прямой линии теплосети 25 через трубопровод сетевой воды 21 с регулирующей задвижкой 29, а также связан через обводной трубопровод сетевой воды 22, водо-водяной подогреватель водопроводной воды 18 и связывающий трубопровод сетевой воды 23 с регулирующей задвижкой 30. Кроме этого выход сетевого подогревателя 17 по сетевой воде связан с трубопроводом обратной сетевой воды 27 через обводной трубопровод сетевой воды 22, водо-водяной подогреватель водопроводной воды 18, связывающий трубопровод сетевой воды 23 с трубопроводом прямой линии теплосети 25. а также связан через запорную задвижку 31 и сетевой насос 24 с обратной линии теплосети 27. По конденсату пара сетевой подогреватель первой ступени 17 связан через насос с экономайзером первой ступени 13. Трубопровод холодной водопроводной воды 19 связан с трубопроводом подогретой водопроводной воды 26 через поверхности теплообмена теплообменника охлаждения обратной сетевой воды 20 и водо-водяного подогревателя водопроводной воды 18.
Предлагаемый способ работы маневренной блочной теплофикационной мини- ТЭЦ осуществляют следующим образом. При ее работе в отопительных режимах, при среднезимних температурах атмосферного воздуха, воздух сжимают в компрессоре 1, в камере сгорания 7 сжигают топливо, продукты сгорания расширяют в газовой турбине 2, полезную работу которой используют для привода компрессора 1 и для выработки электроэнергии в электрогенераторе 3. Теплоту газов вышедших из газовой турбины 2, используют для выработки перегретого пара среднего давления в поверхностях нагрева котла-утилизатора - в пароперегревателе 8, второй 9 и первой 11 ступенях испарителя, экономайзере второй ступени 12, в экономайзере первой ступени 13, а также для нагрева сетевой воды теплосети в газоводяном подогревателе сетевой воды 14. Перегретый пар из пароперегревателя 8 подают по паропроводу перегретого пара среднего давления 4 в противодавленческую теплофикационную паровую турбину 5. Пар из ее теплофикационного отбора направляют в сетевой подогреватель второй ступени 16, а пар из выхода турбины 5 подают в сетевой подогреватель первой ступени 17. Теплом конденсации пара в сетевом подогревателе первой ступени 17 и в сетевом подогревателе второй ступени 16 нагревают сетевую воду теплосети, которая подводится в эти подогреватели из трубопровода обратной линии теплосети 27 и отводится, нагретая до требуемой температуры, в трубопровод прямой линии теплосети 25, при открытой запорной задвижке 28 и закрытой регулирующей задвижке 29. Подогрев сетевой воды теплосети также производят и в газоводяном подогревателе сетевой воды 14 теплом газов, охлажденных в котле-утилизаторе. Конденсат пара из сетевого подогревателя первой ступени 17 подают через экономайзер первой ступени 13 в деаэратор 15, где его деаэрируют. Деаэрированную питательную воду подают с помощью питательного насоса в экономайзер второй ступени 12. Холодную водопроводную воду, подводимую по трубопроводу водопроводной воды 19, подогревают последовательно в дополнительном теплообменнике охлаждения обратной сетевой воды 20, в дополнительном во до-водяном подогревателе водопроводной воды 18 и направляют через трубопровод подогретой водопроводной воды 26 в системы ГВС потребителей. Часть сетевой воды, нагретой в сетевом подогревателе первой ступени 17, подают в трубопровод прямой сетевой воды 25 через обводной трубопровод сетевой воды 22, водо-водяной подогреватель водопроводной воды 18, связывающий трубопровод сетевой воды 23 и открытую регулирующую задвижку 30, при закрытой запорной задвижке 31.
При работе мини-ТЭЦ в отопительном режиме, при низких температурах воздуха, в камере дожигания 10 сжигают дополнительное топливо, увеличивают выработку перегретого пара в котле-утилизаторе, электрическую мощность теплофикационной противодавленческой паровой турбины 5, повышают расход и давление пара подаваемого в сетевые подогреватели первой ступени 17 и второй ступени 16, повышая при этом подогрев сетевой воды в газоводяном подогревателе 14 и температуру прямой сетевой воды, подаваемой в системы отопления по трубопроводу прямой линии теплосети 25. Открывают запорную задвижку 28 и закрывают регулирующую задвижку 29. Расход сетевой воды через водо-водяной подогреватель водопроводной воды 18 уменьшают, прикрывая регулирующую задвижку 30 и поддерживая требуемую температуру водопроводной воды подаваемой по трубопроводу подогретой водопроводной воды 26 в систему ГВС потребителей. При температурах воздуха от - 5 до 8°С, уменьшают расход перегретого пара подаваемого из пароперегревателя 8 в паровую турбину 5. Закрывают запорную задвижку 28 и прекращают подачу пара из регулируемого отбора турбины 5 на сетевой подогреватель второй ступени 16, снижают расход пара и его давление на выходе изтурбины 5, уменьшая подогрев сетевой воды в сетевом подогревателя первой ступени 17.Болыпую часть сетевой воды, подаютв трубопровод прямой линии теплосети 25 через дополнительный трубопровод сетевой воды 21, при открытой регулирующей задвижке 29. Меньшую часть сетевой воды подают через обводной трубопровод сетевой воды 22 в водо-водяной подогреватель водопроводной воды 18, где ее частично охлаждают, нагревая в нем водопроводную воду до требуемой температуры, которую по трубопроводу подогретой водопроводной воды 26 подают в систему ГВС потребителей. Частично охлажденную в нем сетевую воду подают через трубопровод сетевой воды 23 в трубопровод прямой линии теплосети 25. При этом открыта регулирующая задвижка 30 и закрыта запорная задвижка 31. При температурах воздуха от -5 до 8°С, регулируют расход сетевой воды через водо-водяные подогреватели 18 регулирующей задвижкой 30, снижают температуру сетевой воды в прямой линии теплосети 25 и обеспечивают работу систем теплоснабжения без нижнего излома температурного графика теплосети
При работе ТЭЦ в неотопительный период, уменьшают расход природного газа на перовую турбину 5 и отключают сетевой подогреватель второй ступени 16. Водопроводную воду подогревают в водо-водяном подогревателе 18 до требуемой для ГВС температуры, используя теплоту сетевой воды нагретой в сетевом подогревателе первой ступени 17. Водопроводную воду с требуемой температурой подают в систему ГВС через трубопровод подогретой водопроводной воды 26. Сетевую воду, охлажденную в водо-водяном подогревателе 18, подают в трубопровод обратной линии теплосети 27 через обводной трубопровод сетевой воды 22 и связывающий трубопровод сетевой воды 23 с сетевым насосом 24, при открытой запорной задвижке 31 и закрытой регулирующей задвижке 30.
Предложенный способ позволяет:
- повысить маневренность, тепловую экономичность, электрическую и тепловую мощность мини-ТЭЦ;
- производить подогрев водопроводной воды для систем ГВС теплом сетевой воды, что позволяет отказаться от использования в зданиях подогревателей водопроводной воды и значительно снизить затраты в систему теплоснабжения жилых и общественных зданий;
- в отопительный период,при температурах воздуха от -5 до 8°С, регулируют расход сетевой воды через водо-водяные подогреватели,снижают температуру сетевой воды в прямой линии теплосети и обеспечивают работу систем теплоснабжения без нижнего излома температурного графика теплосети
- в неотопительный период при небольших тепловых нагрузках горячего водоснабжения потребителей, обеспечивать работу системы теплоснабжения с поддержанием требуемой температуры водопроводной воды подаваемой в системы ГВС.