ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к энергетическим комплексам, предназначенным для теплоснабжения и горячего водоснабжения (ГВС) жилых, промышленных и общественных зданий и технологических потребителей.
Известен энергетический комплекс, содержащий системы горячего водоснабжения и отопления, тепловые сети и теплонасосную установку (ТНУ), использующую низкопотенциальную (низкотемпературную) теплоту для передачи в систему горячего водоснабжения (ГВС) (см. В.П. Фролов и др. «Анализ эффективности использования тепловых насосов в централизованных системах горячего водоснабжения», журнал Энергосбережение №2, 2004 год, стр.50-54).
Несмотря на то, что известное решение позволяет сократить расход топлива на теплоснабжение, недостатки данного энергетического комплекса заключаются в недостаточно высоком коэффициенте использования топлива и достаточно больших тепловых и вредных выбросов в атмосферу, приводящих к ухудшению экологических показателей.
Технический результат - повышение коэффициента использования топлива и улучшение экологических показателей.
Указанный технический результат достигается тем, что энергетический комплекс, содержащий системы горячего водоснабжения и теплоснабжения, соединенные магистральными тепловыми сетями с теплогенерирующей станцией с теплофикационной турбиной и, по меньшей мере, одну теплонасосную установку, подключенную к системе горячего водоснабжения и источнику низкопотенциального тепла, согласно изобретению, дополнительно содержит на теплогенерирующей станции, по
меньшей мере, одну теплонасосную установку для нагрева обратной сетевой и/или подпиточной сетевой воды, подключенную входом компрессора теплонасосной установки по пару к выходу из части низкого давления теплофикационной турбины.
Для нагрева обратной сетевой воды можно использовать конденсатор теплонасосной установки.
Для нагрева подпиточной сетевой воды можно использовать конденсатор-теплообменник теплонасоной установки.
Для одновременного нагрева обратной сетевой воды и подпиточной сетевой воды можно использовать конденсатор и конденсатор-теплообменник теплонасосной установки.
На чертеже схематично изображен энергетический комплекс.
Система горячего водоснабжения (ГВС) энергетического комплекса содержит подогреватель, например, теплообменник 1, воды первой ступени, подогреватель, например, теплообменник 2, воды второй ступени. Для передачи тепла в систему ГВС используют теплонасосную установку, работающую, например, на фреоне 142, и содержащую испаритель 3, подключенный к источнику 4 низкопотенциального тепла, например, природному источнику, компрессор 5, конденсатор 6 для нагрева холодной воды на входе в систему ГВС, сообщенный входом с трубопроводом 7 водопроводной воды, а выходом - с входом теплообменника 1. Система теплоснабжения выполнена по традиционной схеме; содержит магистральные тепловые сети 8, местные тепловые сети - подводящий трубопровод 9 и отводящий трубопровод 10 - и элеватор 11, поддерживающий заданный уровень температуры воды на отопление к теплопотребителю 12 (жилые, промышленные здания и т.д.). Теплогенерирующая станция, например ТЭЦ, энергетического комплекса содержит теплофикационную турбину 13, (возможен вариант, когда теплофикационных турбин несколько) конденсатор 14 турбины, теплонасосную установку, содержащую компрессор 15, подключенный
входом по пару к выходу из части низкого давления теплофикационной турбины, и конденсатор 16, при этом выход из части низкого давления (последние ступени турбины) турбины 13 соединен при помощи трубопровода 17 отбора пара от турбины 13 со входом компрессора 15. Теплонасосная установка теплогенерирующей станции дополнительно содержит для нагрева подпиточной сетевой воды теплообменник-конденсатор 18, сообщенный одним из входов с компрессором 15. Теплогенерирующая станция также содержит трубопровод 19 подпиточной сетевой воды, трубопровод 20 обратной сетевой воды, традиционные подогреватели 21 сетевой воды (один или несколько, например, трубчатые теплообменники-конденсаторы), пиковый котел 22, традиционную (стандартную, применяемую в энергетике) систему регенерации 23, сообщенную при помощи трубопровода 24 конденсата пара с одним из выходов конденсатора 16. Выход по сетевой воде конденсатора 16 сообщен трубопроводом 25 с подогревателями 21 сетевой воды. Теплообменник-конденсатор 18 сообщен с компрессором 15 при помощи трубопровода 26 сжатого пара из компрессора 15 и с системой регенерации 23 трубопроводом 27 конденсата пара.
Энергетический комплекс работает следующим образом. В испаритель 3 теплонасосной установки, работающей, например, на фреоне 142, например, при помощи насоса передается теплота от низкопотенциального источника 4. Охлажденная в испарителе 3 вода сбрасывается, например, обратно в источник 4, а газообразный хладагент из испарителя 4 подается в компрессор 5, где сжимается и, соответственно, нагревается. Из компрессора 5 хладагент поступает в конденсатор 6, в котором конденсируется и нагревает холодную воду, поступающую в конденсатор 6 по трубопроводу 7 водопроводной воды, и подогретая вода подается в теплообменники 1, 2 системы ГВС, где догревается до необходимой температуры (например, 60°С) теплотой отводящей (по отводящему трубопроводу 10) и/или подводящей (по подводящему
трубопроводу 9) местной теплосети. Элеватор 11 обеспечивает заданную температуру сетевой воды (например, до t=95°C)
В зависимости от температурного графика теплосети и температуры низкопотенциального источника возможен вариант, когда вода для системы ГВС полностью нагревается в ТНУ до требуемой температуры, и исключается потребляемое количество теплоты на ГВС из магистральных тепловых сетей 8.
Дополнительно на теплогенерирующей станции, например ТЭЦ, теплонасосная установка, работающая на водяном паре, использует бросовую теплоту из теплофикационной турбины 13, которая поступает на вход компрессора 15 по трубопроводу 17 отбора пара (в режиме близком к вентиляционному пропуску через часть низкого давления или от других бросовых источников теплоты, например, продувочной воды барабана котла, выпаров из различных элементов станции и др., (на чертеже не показаны). Компрессор 15 осуществляет сжатие пара, в результате чего его температура повышается, и сжатый пар направляется в конденсатор 16 (вариант, когда целесообразен нагрев только обратной сетевой воды). Образовавшийся конденсат греющего пара поступает по трубопроводу 24 конденсата в традиционную систему регенерации 23, а нагретая обратная сетевая вода из конденсатора 16 поступает по трубопроводу 25 в традиционные подогреватели 21 сетевой воды и пиковый котел 22 для ее нагрева до температур, требуемых температурным графиком теплосети.
Вариант, когда целесообразен нагрев только подпиточной сетевой воды. Бросовая теплота вместе с работой сжатия компрессора 15 по трубопроводу 26 передается для нагрева в конденсаторе-теплообменнике 18 (одном или нескольких) подпиточной сетевой воды и после осуществления традиционной водоподготовки передается в трубопровод 25 после конденсатора 16 (или, как вариант, в трубопровод 20 до конденсатора 16).
Вариант, когда целесообразен одновременный подогрев подпиточной сетевой воды и обратной сетевой воды. Сжатый в компрессоре 15 пар частично направляется в конденсатор 16 для нагрева обратной сетевой воды, и частично по трубопроводу 26 передается в конденсатор-теплообменник 18 (один или несколько) для нагрева подпиточной сетевой воды. Образовавшийся конденсат греющего пара из конденсатора 16 поступает по трубопроводу 24 конденсата в традиционную, систему регенерации 23, а нагретая обратная сетевая вода из конденсатора 16 поступает по трубопроводу 25 в традиционные подогреватели 21 сетевой воды и пиковый котел 22 для ее нагрева до температур, требуемых температурным графиком теплосети. После конденсатора-теплообменника 18 нагретая подпиточная вода после осуществления традиционной водоподготовки передается в трубопровод 25 после конденсатора 16 (или как вариант в трубопровод 20 до конденсатора 16). Конденсат греющего, пара из конденсатора-теплообменника 18 по трубопроводу 27 конденсата направляется в систему регенерации 23.
Термин «источник низкопотенциального тепла» (или низкотемпературного тепла) известен в технике (например, см. под ред. В.И.Крутова «Техническая термодинамика», Москва, Высшая школа, 1971, стр.310-311.
Предлагаемый энергетический комплекс позволяет использовать как низкопотенциальную теплоту природных источников (грунтовых вод, горных пород, природных водоемов, геотермальных вод, горячих минеральных источников, сжигаемого попутного газа, горячей нефти, солнечной энергии, и других бросовых источников с температурой от 5 до 70°С, наружного воздуха с температурой выше -10°С), так и бросовых источников теплогенерирующих станции и техногенного происхождения -промышленные стоки, вентиляция и др. с температурой от 20 до 100°С.