УСТАНОВКА УТИЛИЗАЦИИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ПАРОВОГО КОНДЕНСАТА И ВЫРАБОТКИ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ (ВЭР)
INSTALLATION FOR UTILIZATION OF HIGH-TEMPERATURE STEAM CONDENSATE AND GENERATION OF SECONDARY ENERGY RESOURCES (SER)

Изобретение относится к системам утилизации тепла вторичных энергоресурсов и может использоваться в теплоэнергетике, а также в различных областях промышленности для использования теплоты промышленного конденсата.
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ.
Сетевая вода: Специально подготовленная вода, которая используется в водяной системе теплоснабжения в качестве теплоносителя (Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок. Термины и определения ПТЭ ТЭ, утв. Пр. Минэнерго от 24 марта 2003 г. N 115, далее - ПТЭ ТЭ).
Высокотемпературный паровой конденсат - конденсат с температурой до 150°С после срабатывания насыщенного пара на технологических установках.
Известны различные способы утилизации вторичных энергоресурсов, где утилизацию осуществляют путем передачи тепла от источника вторичных энергоресурсов к традиционному теплоносителю, которым является вода.
Известны тепловые электрические станции, содержащие подающий и обратный трубопроводы сетевой воды, паровую турбину с отопительными отборами пара и конденсатором, к которому подключены напорный и сливной трубопроводы циркуляционной воды, сетевые подогреватели, включенные по нагреваемой среде между подающим и обратным трубопроводами сетевой воды и подключенные по греющей среде к отопительным отборам, теплонасосную установку, испаритель которой подключен по греющей среде к сливному трубопроводу циркуляционной воды (авторское свидетельство СССР №1590569 на изобретение «Тепловая электрическая станция» , МПК F01К 17/02, опубл. 07.09.1990). Недостатком известного устройства является низкая эффективность из-за ограничения температуры сетевой воды после сетевых подогревателей, обусловленного количеством пара в отопительных отборах, и малоэффективного использования тепла конденсата отработавшего пара в цикле станции.
Известна система утилизации парового конденсата паровой турбины содержащая, по крайней мере, два последовательно установленных на трубопроводе сетевой воды подогревателя, каждый из которых выполнен с подводом пара от турбины и отводом конденсата, размещенный между подогревателями расширитель с отводом выпара и конденсата, вход которого подсоединен к отводу конденсата второго установленного по ходу сетевой воды подогревателя, а отвод конденсата - к отводу конденсата первого подогревателя, и теплообменник, установленный на трубопроводе сетевой воды перед первым по ходу сетевой воды подогревателем и подсоединенный по греющей среде своим входом и выходом соответственно к отводу выпара и отводу конденсата первого подогревателя (авторское свидетельство СССР №1816872 на изобретение «Система каскадного слива конденсата греющего пара подогревателей теплофикационной паровой турбины при ступенчатом подогреве сетевой воды», МПК F01D 21/00, опубл. 23.05.1993). Недостатком известной системы является то, что при утилизации тепла пара в установленном теплообменнике повышается температура обратной сетевой воды.
Известна система утилизации тепла промышленного конденсата, включающая линию подачи парового конденсата, теплообменник, охладитель конденсата, линию сетевой воды, линию отвода конденсата в конденсатосборный бак и насос. (В.М. Боровков, А.А. Калютик, В.В. Сергеев «Теплотехническое оборудование» Учебник, Москва, Издательский центр «Академия», 2011 г., с.128). Недостатком известной системы является ограниченные возможности использования горячей воды, поступающей от тепловых сетей, в качестве греющего теплоносителя производственных теплообменников, поскольку в течение отопительного сезона при естественном регулировании отпуска теплоты температура ее непостоянна и изменяется от 70 до 150°С . (В.М. Боровков, А.А. Калютик, В.В. Сергеев «Теплотехническое оборудование» Учебник, Москва, Издательский центр «Академия», 2011г., с. 9-10).
Известна наиболее близкая по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению система утилизации тепла промышленного конденсата, включающая: линию подачи высокотемпературного парового конденсата; линию низкотемпературного парового конденсата, линию сетевой воды; линию отвода конденсата; теплообменники; аппараты воздушного охлаждения (АВО); емкость для сбора парового конденсата; насосы, обеспечивающие циркуляцию сетевой воды и откачку парового конденсата; датчик давления; датчик температуры, исполнительные механизмы, обеспечивающие перенаправление высокотемпературного потока парового конденсата для летнего режима и для зимнего режима (патент РФ №137576 на полезную модель «Система утилизации тепла промышленного конденсата», МПК F01K 7/34, опубл. 20.02.2014). Недостатком известной системы является трудность регулировки отпуска тепловой энергии в линиях с разнотемпературными потоками и поддержания температурного графика тепловой сети, установленного ПТЭ ТЭ (п.2.5.6; п.6.2.59). Получение дополнительного количества тепла при утилизации требует модернизации получающей данное тепло тепловой сети (замены сетевых насосов на насосы большей производительности, увеличения диаметров трубопроводов). Кроме того, указанная установка работает в двух режимах - зимнем и летнем, и, как следствие, требует переключения оборудования и настройки гидравлического и температурного режима тепловой сети.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка высокоэффективной установки по утилизации тепла вторичных энергоресурсов (высокотемпературного парового конденсата) с расширенными функциональными возможностями.
Технический результат, достигаемый в результате решения поставленной задачи, заключается в повышении производительности установки, снижении эксплуатационных затрат, а также в использовании отопительно-технологического графика тепловой сети с постоянной температурой в подающем трубопроводе, что позволяет использовать теплоноситель не только на отопление и горячее водоснабжение (ГВС), но и на технологические нужды.
Указанный технический результат достигается тем, что установка утилизации высокотемпературного парового конденсата и выработки вторичных энергоресурсов (ВЭР)) содержит линию подачи высокотемпературного парового конденсата; линию сетевой воды; линию отвода конденсата; теплообменники; аппараты воздушного охлаждения (АВО); емкость для сбора парового конденсата; насосы, обеспечивающие циркуляцию сетевой воды и откачку парового конденсата; датчик давления; датчик температуры. Линия подачи высокотемпературного парового конденсата разделена на линию для выработки тепла ВЭР и линию для захолаживания на аппаратах воздушного охлаждения (АВО). Линия сетевой воды после теплообменников разделена на линию для технологических нужд и на линию для нужд потребителей на отопление. На линии подачи высокотемпературного парового конденсата для выработки тепла ВЭР, перед двумя последовательно расположенными теплообменниками I и II ступеней, установлен регулятор расхода парового конденсата. На линии сетевой воды для нужд потребителей на отопление установлен автоматизированный тепловой пункт.
Предпочтительно, чтобы температурный датчик был установлен на линии сетевой воды, после теплообменников и функционально связан с регулятором расхода парового конденсата.
Предпочтительно, чтобы регулятор расхода парового конденсата, установленный на линии подачи высокотемпературного парового конденсата, обеспечивал расход парового конденсата на теплообменник и поддержание температуры сетевой воды на выходе из теплообменника II ступени не более 115°С.
Предпочтительно, чтобы автоматизированный тепловой пункт обеспечивал снижение температуры сетевой воды, подаваемой на нужды потребителей на отопление, до уровня, не превышающего 95°С.
Предпочтительно, чтобы аппараты воздушного охлаждения (АВО) содержали частотные преобразователи оборотов рабочего колеса вентилятора, обеспечивающие постоянную температуру конденсата, поступающего в емкость сбора.
Предпочтительно, чтобы установка содержала подпорный насос для компенсации потерь напора сетевой воды в теплообменнике и поддержания расчетного напора в линии сетевой воды, функционально связанный с датчиком давления, установленным на линии сетевой воды перед сетевым насосом.
Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с прототипом показал, что во всех случаях выполнения оно отличается от известного, наиболее близкого технического решения:
выполнением линии подачи высокотемпературного парового конденсата, разделенной на линию для выработки тепла ВЭР и линию для захолаживания на аппаратах воздушного охлаждения (АВО);
выполнением линии сетевой воды после теплообменников, разделенной на линию для технологических нужд и на линию для нужд потребителей на отопление;
наличием на линии подачи высокотемпературного парового конденсата для выработки тепла ВЭР двух последовательно расположенных теплообменников 1 и II ступеней;
наличием регулятора расхода парового конденсата,
выполнением регулятора расхода парового конденсата, установленным перед двумя последовательно расположенными теплообменниками;
наличием автоматизированного теплового пункта;
выполнением автоматизированного теплового пункта, установленным на линии сетевой воды для нужд потребителей на отопление.
Сопоставительный анализ заявляемого изобретения с прототипом показал, что в предпочтительном варианте исполнения оно отличается от известного, наиболее близкого технического решения:
выполнением температурного датчика, установленным на линии сетевой воды, после теплообменника;
выполнением температурного датчика, функционально связанным с регулятором расхода парового конденсата;
наличием регулятора расхода теплоносителя, обеспечивающего расход парового конденсата на теплообменник и поддержание температуры сетевой воды на выходе из теплообменника II ступени не более 115°С;
наличием автоматизированного теплового пункта, обеспечивающего снижение температуры сетевой воды, подаваемой на нужды потребителей на отопление, до уровня, не превышающего 95°С.
выполнением аппаратов воздушного охлаждения (АВО), содержащими частотные преобразователи оборотов рабочего колеса вентилятора;
наличием подпорного насоса для компенсации потерь напора сетевой воды в теплообменнике и поддержания расчетного напора в линии сетевой воды;
выполнением подпорного насоса, функционально связанным с датчиком давления, установленным на линии сетевой воды, перед сетевым насосом.
Наличие на линии высокотемпературного потока парового конденсата на выработку тепловой энергии теплообменников I и II ступеней, подключенных последовательно, обеспечивает двухступенчатый нагрев сетевой воды, позволяя нагревать ее до большей температуры, за счет большего объёма захолаживания парового конденсата. Разделение линии подачи высокотемпературного парового конденсата на линию для выработки тепла ВЭР и линию для захолаживания на аппаратах воздушного охлаждения (АВО), разделение линии сетевой воды после теплообменников на линию для технологических нужд и на линию для нужд потребителей на отопление, наличие регулятора расхода парового конденсата, установленного на линии подачи высокотемпературного парового конденсата для выработки тепла ВЭР, перед двумя последовательно расположенными теплообменниками I и II ступеней, а также наличие автоматизированного теплового пункта, установленного на линии сетевой воды для нужд потребителей на отопление, повышает производительность установки, обеспечивая выработку дополнительного тепла и позволяет использовать теплоноситель как на отопление и горячее водоснабжение (ГВС), так и на технологические нужды без перенастройки оборудования, при поддержании температурного графика тепловой сети с постоянной температурой в подающем трубопроводе. Наличие регулятора расхода, установленного на линии высокотемпературного потока парового конденсата на выработку тепловой энергии ограничивает поток высокотемпературного парового конденсата на выработку тепловой энергии на теплообменниках и обеспечивает поддержание сетевой воды на выходе из теплообменника с постоянной температурой не более 115°С, что позволяет использовать теплоноситель не только на отопление и ГВС, но и на технологические нужды по отопительно-технологическому графику. При этом оставшийся паровой конденсат направляется на захолаживание в аппаратах АВО.
Регулятор температуры, установленный на линии сетевой воды после теплообменников, поддерживает постоянной температуру сетевой воды через исполнительный регулятор расхода, который, в свою очередь, регулирует расход парового конденсата на теплообменники. Частотные преобразователи оборотов рабочего колеса вентилятора на аппаратах воздушного охлаждения (АВО) обеспечивают поддержание расчетной температуры охлажденного парового конденсата на линии отвода парового конденсата в конденсатосборный бак. Датчик давления на линии сетевой воды перед сетевым насосом направляет импульс на подпорный насос сетевой воды и обеспечивает режим работы подпорного насоса для компенсации потерь напора сетевой воды в дополнительном теплообменнике и поддержания расчетного напора в подающем трубопроводе тепловой сети. Наличие автоматизированных тепловых пунктов обеспечивает снижение повышенной температуры сетевой воды, поступающей после теплообменников на нужды потребителей на отопление до температуры, не превышающей 95°С, в соответствии с отопительным температурным графиком работы тепловой сети и температурой теплоносителя для систем внутреннего теплоснабжения в служебно-бытовых зданиях, установленной п.6.1.6 Свода правил СП 60.13330.2012 «ОТОПЛЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА» СНиП 41-01-2003, утв. Пр. Минрегион России от 30.06.2012 г. N 279, далее - СП 60.13330.2012.
Все это обеспечивает повышение производительности установки утилизации высокотемпературного парового конденсата и снижении ее эксплуатационных затрат за счет получения дополнительного количества тепла для нужд предприятия, как на отопление, так и на технологические нужды, за счет регулирования отпуска тепловой энергии с повышенным температурным графиком без изменения элементов тепловой сети (сетевых насосов и диаметров трубопроводов) в режиме автоматического поддержания температуры захолаживаемого парового конденсата и температуры подаваемой потребителям сетевой воды, без дополнительной регулировки гидравлического и температурного режима тепловой сети.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется схемным чертежом, представленным на фиг. 1 и графиками, представленным на фиг. 2, 3.
На фиг. 1 представлен схемный чертеж установки утилизации высокотемпературного парового конденсата и выработки вторичных энергоресурсов.
На фиг. 2 представлен отопительный температурный график работы тепловых сетей, составленный согласно ПТЭ ТЭ (п.2.5.6; п.6.2.59), а также с соблюдением требований СП 60.13330.2012 (п.6.1.6).
На фиг. 3 представлен отопительно-технологический температурный график работы тепловой сети на основе предлагаемой установки.
Установка утилизации высокотемпературного парового конденсата и выработки вторичных энергоресурсов (ВЭР)) содержит линию 1 подачи высокотемпературного парового конденсата, линию 2 сетевой воды; линию 3 отвода конденсата; теплообменники 4, 5; аппараты воздушного охлаждения (АВО) 6; емкость 7 для сбора парового конденсата; насос 8, обеспечивающий циркуляцию сетевой воды, и насос 9, обеспечивающий откачку парового конденсата; датчик 10 давления сетевой воды перед насосом 9; датчик 11 температуры сетевой воды после теплообменника 5. Линия 1 подачи высокотемпературного парового конденсата разделена на линию 12 для выработки тепла ВЭР и линию 13 для захолаживания на аппаратах воздушного охлаждения (АВО) 6. Линия 2 сетевой воды после теплообменников 4, 5 разделена на линию 14 для технологических нужд и на линию 15 для нужд потребителей на отопление. На линии 12 подачи высокотемпературного парового конденсата для выработки тепла ВЭР, перед двумя последовательно установленными теплообменниками 4 (I ступень) и 5 (II ступень), установлен регулятор 16 расхода парового конденсата. На линии 15 сетевой воды для нужд потребителей на отопление установлен автоматизированный тепловой пункт 17. Температурный датчик 11 установленный на линии 2 сетевой воды, после теплообменника 5, функционально связан с регулятором 16 расхода парового конденсата, обеспечивающим поддержание температуры сетевой воды на выходе из теплообменника 5 с температурой не более 115°С. Автоматизированный тепловой пункт 17 обеспечивает регулирование температуры сетевой воды, подаваемой на нужды потребителей на отопление в линии 15, в соответствии с отопительным температурным графиком работы тепловой сети и температурой теплоносителя для систем внутреннего теплоснабжения в служебно-бытовых зданиях не более 95°С. Аппараты воздушного охлаждения (АВО) 6 содержат частотные преобразователи 18 оборотов рабочего колеса вентилятора, обеспечивающие постоянную температуру парового конденсата, поступающего в емкость 7. Для компенсации потерь напора сетевой воды в теплообменниках 4, 5 и поддержания расчетного напора в линии 2 сетевой воды, установлен подпорный насос 19.
На фиг. 2 представлен отопительный температурный график работы тепловых сетей, составленный согласно ПТЭ и ТЭ (п.2.5.6; п.6.2.59), а также с соблюдением требований СП 60.13330.2012 (п.6.1.6). Линия Т1 обозначает график температурного режима сетевой воды, поступающий на отопление потребителям, а линия Т2 обозначает график температурного режима обратной сетевой воды, поступающий от потребителей после отопления.
На фиг. 3 представлен отопительно-технологический температурный график работы тепловых сетей на основе предлагаемой установки утилизации высокотемпературного парового конденсата и выработки вторичных энергоресурсов. Линия Т1 обозначает график температурного режима сетевой воды на выходе после теплообменников 4, 5, а линия Т2 обозначает график температурного режима обратной сетевой воды, поступающей с объектов теплопотребления.
Установка утилизации тепла высокотемпературного парового конденсата и выработки вторичных энергоресурсов (ВЭР) работает следующим образом.
Часть высокотемпературного парового конденсата, поступающего с источника теплоты (на чертеже не показан) по линии 1, направляется по линии 12 и передает тепло через теплообменники 4, 5 сетевой воде, проходящей по линии 2. Часть высокотемпературного парового конденсата с линии 1 не используется на выработку тепловой энергии в межотопительный период, после исключения отопительной тепловой нагрузки, и направляется по линии 13 в аппараты воздушного охлаждения АВО 6. Расчетная температура парового конденсата после АВО на уровне 80°С поддерживается частотным преобразователем 18 оборотов рабочего колеса вентилятора. Охлажденный паровой конденсат направляется в емкость сбора парового конденсата 7 и, далее, насосом 9 откачки парового конденсата по линии 3 направляется на источник теплоты. Датчик давления 10, установленный на линии 2 сетевой воды до циркуляционного сетевого насоса 8 обеспечивает режим работы подпорного насоса 19 для компенсации потерь напора сетевой воды в теплообменниках 4, 5 и поддержания расчетного напора в подающем трубопроводе тепловой сети (линии 2). Линия 2 сетевой воды забирает тепло парового конденсата в теплообменниках 4 и 5, нагревается до температуры не более 115°С (превышающей температуру отопительного графика на служебно-бытовые объекты теплопотребления (95°С), утвержденного сводом правил СП 60.13330.2012 (фиг. 2)). Повышенная температура на линии 2 сетевой воды после теплообменников 4, 5 поддерживается температурным датчиком 11 через исполнительный механизм регулятора расхода теплоносителя 16 по отопительно-технологическому графику работы тепловой сети представленному на фиг. 3. Сетевая вода по отопительно-технологическому графику направляется на объекты теплопотребления, где используется на технологические нужды, а в отопительный период на нужды бытовых потребителей, после понижения температуры сетевой воды в автоматизированных тепловых пунктах 17 до отопительного графика.
Использование заявляемой установки обеспечивает расширение функциональных возможностей системы по утилизации тепла промышленного конденсата и позволяет утилизировать вторичные энергоресурсы в зависимости от тепловых нагрузок предприятия не только на отопление и ГВС, но и на технологические нужды в режиме автоматического поддержания параметров парового конденсата и сетевой воды.