ТЕПЛОВАЯ СХЕМА ТРИГЕНЕРАЦИОННОЙ МИНИ-ТЭЦ

Полезная модель относится к области тепло- и электроэнергетики и может быть использована на объектах индивидуального и индустриального домостроения, таких как жилые коттеджные комплексы и индустриальные технопарки.
Известна тепловая схема парогазовой установки (111 У) с подогревом питательной воды и простейшей газотурбинной установкой (ГТУ) [Манушин Э.А., Комбинированные энергетические установки с паровыми и газовыми турбинами. Итоги науки и техники. Серия: Турбостроение, Том 4, М. ВИНИТИ, 1990. - 17 с], которая включает в себя одну или несколько газовых турбин, соединенных с котлом-утилизатором, питающим паром паровую турбину.
Недостатками данной тепловой схемы являются:
- невозможность реализации режима кондиционирования (охлаждения) ввиду отсутствия холодогенератора в схеме;
- относительно невысокий электрический КПД схемы.
Прототипом полезной модели принимается схема паротурбинной установки с подогревом питательной воды выхлопными газами ГТУ [http://www.gigavat.corn/gtu_pgu_aes.php] состоящая из компрессора, камеры сгорания, газовой турбины, двух подогревателей питательной воды (водяной экономайзер), котла, паровой турбины, генератора газовой турбины (электрогенератор газовой турбины), генератора паровой турбины (электрогенератор паровой турбины), конденсатора (конденсатор паровой турбины), питательного насоса.
Недостатками данной тепловой схемы являются:
- устаревшая конструкция;
- недостаточная маневренность данной тепловой схемы;
- недостаточно глубокий вакуум в конденсаторе, а, следовательно, невысокий общий КПД тепловой схемы;
- при необходимости осуществления кондиционирования на объектах требуется вводить дополнительный холодогенератор, что влечет за собой удорожание всей схемы.
Задача полезной модели - разработать тепловую схему тригенерационной мини-ТЭЦ, способную вырабатывать тепловую, электрическую энергии, а также энергию холода, отличающуюся высокой эффективностью работы и предназначенную для применения в жилых коттеджных комплексах и индустриальных технопарках.
Технический результат полезной модели заключается в разработке тепловой схемы тригенерационной мини-ТЭЦ, которая может обеспечивать энергией потребителей и обладает высокой надежностью и степенью эффективности. Тепловая схема тригенерационной мини-ТЭЦ, обеспечивает более глубокий вакуум в конденсаторе по сравнению с аналогами за счет включенного в схему парокомпрессионного теплового насоса, дополнительно подогревающего воду в линии регенерации и теплофикации на ГВС, а также способного снабжать потребителя энергией холода для кондиционирования помещений.
Технический результат достигается за счет тепловой схемы тригенерационной мини-ТЭЦ, состоящей из газовой турбины, компрессора, камеры сгорания, водяного экономайзера, паровой турбины, электрогенератора газовой турбины, электрогенератора паровой турбины, конденсатора паровой турбины, питательного насоса, и дополнительно содержит котел-утилизатор, пароперегреватель, рекуператор воздуха, испарительные поверхности нагрева, сетевой подогреватель, охладитель сетевой воды, тепловой насос, линию горячего водоснабжения и линию теплофикации и кондиционирования.
На фигуре представлена тепловая схема тригенерационной мини-ТЭЦ, состоящая из газовой турбины 1, находящейся на одном валу (на фиг. не обозначен) с компрессором 2. Камера сгорания 3 соединена с газовой турбиной 1, которая в свою очередь соединена с котлом-утилизатором 4. В корпусе (на фиг. не обозначен) котла-утилизатора 4 последовательно располагаются пароперегреватель 5, рекуператор воздуха 6,испарительные поверхности нагрева 7, водяной экономайзер 8 и сетевой подогреватель 9. Котел-утилизатор 4 соединен с барабаном 10 и патрубком отработанных газов 11. Паровая турбина 12 соединена с конденсатором 13 паровой турбины 12, который через конденсатный насос 14 связан с эжектором 15 и регенеративным подогревателем 16. Между регенеративным подогревателем 16 и водяным экономайзером 8 установлен питательный насос 17. Дроссель 18 находится на одном трубопроводе (на фиг. не обозначен) с подогревателем горячей воды 19, конденсатором 13 паровой турбины 12 и циркуляционным насосом 20 и регенеративным подогревателем 16. Дроссель 18, подогреватель горячей воды 19, регенеративный подогреватель 16, циркуляционный насос 20 и охладитель сетевой воды 21 представляют собой тепловую схему теплового насоса 22 парокомпрессионного типа. Тепловой насос 22 соединен с линией горячего водоснабжения 23. В представленной схеме предусмотрена линия теплофикации и кондиционирования 24 с циркуляционным насосом тепловой сети 25. Также в схеме предусмотрены электрогенератор 26 газовой турбины 1 и электрогенератор 27 паровой турбины 12. Дополняют схему циркуляционный насос 28 охладителя сетевой воды 21 и циркуляционный насос кондиционирования 29.
Рассмотрим принцип работы тепловой схемы тригенерационной мини-ТЭЦ.
Через подвод топлива (на фиг. не обозначен) в камеру сгорания 3 поступает топливо. Также в камеру сгорания 3 поступает сжатый в компрессоре 2 воздух, напрямую или частично подогретый в рекуператоре воздуха 6. В камере сгорания 3 происходит смешение топлива и воздуха и возгорание воздушно-топливной смеси. Затем продукты сгорания с температурой около 750°C поступают в газовую турбину 1, где создают крутящий момент рабочего колеса (на фиг. не обозначен) газовой турбины 1, имеющего общий вал с электрогенератором 26 газовой турбины 1. Далее с клемм (на фиг. не обозначены) электрогенератора 26 газовой турбины 1 снимается электрический ток. После газовой турбины 1 отработанные продукты сгорания с температурой 550°C направляются в котел утилизатор 4, в котором проходят пароперегреватель 5, рекуператор воздуха 6, испарительные поверхности нагрева 7, водяной экономайзер 8 и сетевой подогреватель 9. Температура отработанных продуктов сгорания по ходу прохождения котла-утилизатора 4 понижается с 550°C до 100°C. Отработанные продукты сгорания выходят через патрубок отработанных газов 11. Питательным насосом 17 через водяной экономайзер 8 в барабан 10 подается вода, затем она направляется в испарительные поверхности нагрева 7, где преобразуется в пар, и далее, проходя пароперегреватель 5, поступает в паровую турбину 12. В паровой турбине 12 пар, протекая через сопловой аппарат (на фиг. не обозначен) паровой турбины 12 и расширяясь между лопатками (на фиг. не обозначен) рабочего колеса (на фиг. не обозначен) паровой турбины 12, в результате изменения количества движения поток пара создает крутящий момент на валу (на фиг. не обозначен) паровой турбины 12, одновременно являющимся валом (на фиг. не обозначен) электрогенератора 27 паровой турбины 12. Отработанный в паровой турбине 12 пар поступает в конденсатор 13 паровой турбины 12, который фактически является испарителем теплового насоса 22. Далее конденсат (сконденсировавшийся пар) посредством конденсатного насоса 14, проходя эжектор 15 и регенеративный подогреватель 16 перекачивается питательным насосом 17 в барабан 10. Паросиловой цикл замыкается.
В зимнем режиме работы при отсутствии разбора потребителем холода тепловой насос 22 работает на создание вакуума в конденсаторе 13 паровой турбины 12, перенося теплоту конденсатора 13 паровой турбины 12 в линию теплового насоса 22. Тепло на отопление для линии теплофикации и кондиционирования 24 передается сетевой воде от отработавших в газовой турбине 1 продуктов сгорания через сетевой подогреватель 9, циркуляцию сетевой воды обеспечивает циркуляционный насос тепловой сети 25.
В летнем режиме работы, при разборе потребителем энергии холода в конденсаторе 13 паровой турбины 12 поддерживается менее глубокий вакуум за счет отбора части холода от теплового насоса 22 на охладитель сетевой воды 21. В пусковых и частично в рабочих режимах вакуум в конденсаторе 13 паровой турбины 12 обеспечивается эжектором 15. Перемещение теплоносителя на охладитель сетевой воды21 обеспечивается посредством циркуляционного насоса 28 охладителя сетевой воды 21. Подача потребителю охлажденного теплоносителя на кондиционирование осуществляется посредством циркуляционного насоса кондиционирования 29. Обеспечение потребителя горячим водоснабжением осуществляется посредством линии горячего водоснабжения 23, которая отбирает теплоту от подогревателя горячей воды 19. В цикле теплового насоса 22 циркулирует фреон, давление которого повышается посредством циркуляционного насоса 20, а понижается посредством дросселя 18. В контуре теплового насоса 22 циркулирует рассол. Для работы рассольного контура теплового насоса, а также для работы всех циркуляционных насосов схемы используется электрическая энергия, вырабатываемая в электрогенераторе 26 газовой турбины 1 и электрогенераторе 27 паровой турбины 12.
Таким образом, за счет работы теплового насоса 22 обеспечивается более глубокий вакуум в конденсаторе 13 паровой турбины 12, что позволяет срабатывать большему теплоперепаду, обеспечивая тем самым повышение КПД паровой турбины 12 и установки в целом. В летнем режиме схема предусматривает снабжение потребителя энергией холода для обеспечения кондиционирования помещений, например, посредством таких приборов кондиционирования как фанкойлы (на фиг. не обозначены).
Таким образом, в зимнем режиме работы тепловая схема является когенерационной, обеспечивая потребителя электрической и тепловой энергией на отопление и ГВС, в летнем режиме - схема является тригенерационной, обеспечивая потребителя электрической энергией, тепловой энергией на отопление и ГВС, а также энергией холода на кондиционирование.