Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ, ГОРЯЧЕГО И ХОЛОДНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Изобретение относится к области теплоэнергетики и систем водоснабжения и может быть использовано при обеспечении потребителей теплотой, горячей и холодной водой.

Из предшествующего уровня техники система централизованного теплоснабжения [SU 1800235 A1, МКИ⁵ F24D 11/02, опубл. 1993], включающая удаленные друг от друга основной и пиковый теплоисточники и потребитель, заключающаяся в подаче прямой сетевой воды по подающей магистрали от основного теплоисточника к пиковому и теплопотребителю и возврате обратной сетевой воды по обратной магистрали. Удаленный теплоисточник оборудован тепловым насосом, содержащим, по крайней мере, испаритель и конденсатор. В тепловом насосе часть тепла прямой сетевой воды используют для получения пара рабочего тела (в испарителе), а конденсацию отработавшего пара рабочего тела ведут обратной сетевой водой (в конденсаторе), при этом нагретую воду подают на смешение с прямой сетевой водой. В данной системе вход и выход испарителя теплового насоса подключены к трубопроводу прямой сетевой воды, вход конденсатора теплового насоса подключен к трубопроводу обратной сетевой воды, а выход конденсатора соединен с трубопроводом прямой сетевой воды.

Недостатком известной системы централизованного теплоснабжения является наличие на основном теплоисточнике (ТЭЦ) последовательно включенных в тракт обратной сетевой воды сетевых подогревателей нижнего и верхнего отборов для нагрева теплоносителя до температур, обусловленных графиком теплофикационной нагрузки, что приводит к высоким потерям теплоты в трубопроводах сетевой воды при передаче теплоносителя удаленным потребителям и к увеличению удельного расхода условного топлива на отпуск теплоты.

Известна система централизованного теплоснабжения, горячего и холодного водоснабжения, включающая ТЭЦ, соединенную трубопроводом сетевой воды с удаленным тепловым пунктом, оборудованным тепловым насосом, содержащим, по крайней мере, испаритель и конденсатор, причем вход испарителя теплового насоса подключен к трубопроводу прямой сетевой воды [RU 2306489 C1, МПК F24D 11/02 (2006.01), опубл. 2007]. Конденсатор теплового насоса своим входом подключен к трубопроводу прямой сетевой воды, а выходы испарителя и конденсатора теплового насоса подключены через баки-аккумуляторы к потребителям холодной и горячей воды соответственно. В систему введены пиковый водогрейный котел и второй тепловой насос, вход испарителя которого подключен к трубопроводу прямой сетевой воды, а выход подключен через бак-аккумулятор к потребителю холодной воды, конденсатор второго теплового насоса подключен к тепловому потребителю, при этом выход обратной воды теплового потребителя подключен к входу конденсатора, а вход теплового потребителя подключен к выходу конденсатора через пиковый водогрейный котел.

Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является разработка экономичной системы централизованного теплоснабжения системы, обеспечивающей требование энергетической безопасности в части недопустимости использования монотоплива (газа) более половины топливного баланса городов и регионов [Энергетическая стратегия России на период до 2020 г., М., ГУ ИЭС, 2001], а также повышение экономических показателей электростанции за счет дополнительной выработки теплоты

При осуществлении заявляемого технического решения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в снижении удельного расхода топлива на отпуск потребителя, улучшении экологии как в обслуживаемых городах, так и в местах размещения ТЭС, где снижается тепловое загрязнение среды, повышении утилизации низкопотенциальных вторичных энергетических ресурсов ТЭЦ.

Указанный технический результат достигается тем, что в системе централизованного теплоснабжения, горячего и холодного водоснабжения, включающей ТЭЦ, соединенную трубопроводом сетевой воды с удаленным тепловым пунктом, каждый из которых оборудован тепловым насосом, содержащим, по крайней мере, испаритель и конденсатор, вход испарителя теплового насоса подключен к трубопроводу прямой сетевой воды, а конденсатор теплового насоса своим входом подключен к трубопроводу прямой сетевой воды, особенностью является то, что выход испарителя подключен к трубопроводу обратный сетевой воды, а выход конденсатора подключен к тепловому потребителю.

Система может включать в себя баки-аккумуляторы горячей воды системы отопления, баки-аккумуляторы воды системы ХВС и баки-аккумуляторы горячей воды системы ГВС.

Заявляемое конструктивное исполнение системы обеспечивает нагрев сетевой воды на ТЭЦ в теплообменниках за счет утилизации тепла, отводимого от конденсатора паровой турбины и от охлаждающей воды оборудования и механизмов энергоблока. Часть теплоносителя, отдавшего свое тепло теплонасосным установкам тепловых пунктов, возвращается на ТЭЦ по обратному трубопроводу сетевой воды, а часть забирается системой горячего водоснабжения потребителей. На вход испарителя теплового насоса системы горячего водоснабжения направляется в основном вода бытовых стоков потребителя, а прямая сетевая вода направляется в испаритель только при отсутствии или нехватки тепла бытовых стоков. Вода для восполнения отобранного теплоносителя и утечек перед химводоочисткой может поступать в теплообменник, в котором нагревается за счет утилизации тепла системы охлаждения узлов и механизмов электростанции и тепла, отводимого от конденсатора паровой турбины ТЭЦ.

На чертеже схематически изображена одна из возможных систем централизованного теплоснабжения, горячего и холодного водоснабжения.

Система централизованного теплоснабжения, горячего и холодного водоснабжения содержит конденсатор 1 паровой турбины ТЭЦ, теплообменник 2 системы охлаждения узлов и механизмов, установку для очистки воды 3 (ХВО), бак запаса 4 воды, градирню 5, прямой 6 и обратный 7 трубопроводы сетевой воды и удаленные тепловые пункты 11 (тепловые потребители).

Каждый удаленный тепловой пункт 11 содержит теплонасосную установку системы отопления 8, теплонасосную установку системы горячего водоснабжения (ГВС) 9, бак-аккумулятор горячей воды системы горячего водоснабжения 12, бак-аккумулятор воды системы холодного водоснабжения 13, бак-аккумулятор 10 горячей воды системы отопления, бак-аккумулятор 14.

Каждый удаленный тепловой пункт оборудован тепловым насосом, содержащим испаритель и конденсатор, причем вход испарителя теплового насоса подключен к трубопроводу 6 прямой сетевой воды. Конденсатор теплового насоса своим входом подключен к трубопроводу 6 прямой сетевой воды. Выход испарителя подключен к трубопроводу 7 обратный сетевой воды, а выход конденсатора подключен к тепловому потребителю. Как вариант исполнения вход испарителя может подключен и к трубопроводу бытовых сточных вод, отводимых от потребителя, вход конденсатора подключен к трубопроводу 6 прямой сетевой воды, выход конденсатора подключен к баку-аккумулятору 10 горячей воды.

Система централизованного теплоснабжения, горячего и холодного водоснабжения работает следующим образом.

Исходная вода подается по трубопроводу через теплообменник 2 на установку для очистки воды 3 и добавляется в бак запаса воды 4, куда также поступает вода из обратного трубопровода 7. Сетевая вода из бака запаса воды 4 нагревается в конденсаторе 1 паровой турбины и транспортируется по сетевому трубопроводу до удаленных тепловых пунктов 11, оборудованных компрессионными тепловыми насосами, а невостребованная вода охлаждается в градирне 5.

В теплонасосной установке системы отопления 8 низкопотенциальную теплоту воды трубопровода прямой 6 сетевой воды передают рабочему телу теплового насоса в испарителе, охлажденную в результате этого воду подают в обратный трубопровод 7. Конденсацию рабочего тела теплового насоса системы отопления производят обратной водой от тепловых пунктов 11 (теплового потребителя).

В теплонасосной установке системы горячего водоснабжения 9 рабочему телу теплового насоса в испарителе передают теплоту бытовых сточных вод и/или трубопровода прямой 6 сетевой воды, в результате этого охлажденную воду подают в трубопровод обратной 7 сетевой воды, а сточные воды уходят в канализацию. Конденсацию рабочего тела теплового насоса системы горячего водоснабжения осуществляют водой, подаваемой из трубопровода прямой 6 сетевой воды. Нагретую в конденсаторе сетевую воду до температуры горячего водоснабжения направляют в бак-аккумулятор горячей воды 12.

Из трубопровода 7 обратной сетевой воды при необходимости забирается холодная вода, которая заполняет бак-аккумулятор 13 и насосом направляется потребителю.