EA008513B1

EA008513B1 - Система теплоснабжения (варианты)

Info

Publication number: EA008513B1
Application number: EA200600711A
Authority: EA
Inventors: Анатолий Иванович Малахов; Геннадий Борисович Осадчий
Original assignee: Анатолий Иванович Малахов
Priority date: 2004-08-16
Filing date: 2005-02-16
Publication date: 2007-06-29
Also published as: WO2006033596A1; EA200600711A1

Abstract

Изобретение предназначено для систем теплоснабжения жилых, общественных и производственных зданий и промышленного технологического оборудования. Для снижения потерь тепла в окружающую среду и уменьшения потребляемой для этого энергии система теплоснабжения оснащена холодильной установкой, конденсатор которой включен гидравлически в подающую, а испаритель - в обратную магистраль теплоносителя. Во втором варианте система дополнительно оснащена теплообменником, связанным гидравлически с подающей магистралью и с ее ответвлением через редукционное устройство. При этом холодильная установка обоих вариантов выполнена с несколькими конденсаторами, имеющими разный уровень температуры конденсации хладагента и соединенными последовательно по ходу теплоносителя, и с несколькими испарителями, имеющими разный уровень температуры кипения хладагента и соединенными последовательно по ходу теплоносителя. Использование изобретения позволит снизить в несколько раз потери тепла через магистрали теплоносителя и уменьшить до 1,64-1,84 раза потребляемую для этого энергию.

Description

Изобретение предназначено для снижения потерь тепла и уменьшения потребляемой для этого энергии и может быть использовано в системах теплоснабжения жилых, общественных и производственных зданий и промышленного технологического оборудования.

Предшествующий уровень техники

Известны производственные, квартальные и районные системы теплоснабжения, содержащие котельную, размещенную в наружной среде (в грунте или на опорах в воздухе), тепловую сеть, имеющую подающую и обратную магистрали теплоносителя и паропровод.

Недостатками таких систем являются большие потери тепла в окружающую среду (более 50% от получаемой при сжигании топлива тепловой энергии). Это обусловлено высокой температурой теплоносителя в подающей (до 150°С), обратной (до 70°С) магистралях и паропроводе (до 180°С) [1, сс. 227250].

Запасы органического топлива на земле и в ее недрах ограничены. Использование органического и ядерного топлива имеет огромную потенциальную и реальную угрозу для всей биосферы. Экономический эффект только от замещения 1% потребляемого сегодня в России топлива составит более 1 млрд долларов США [2, сс. 50, 51].

Меньшие потери тепла в окружающую среду (менее 50% от получаемой при сжигании топлива тепловой энергии) имеет система теплоснабжения, содержащая теплоэлектроцентраль с теплосиловой установкой, имеющей конденсатор водяного пара, и размещенную в окружающей среде тепловую сеть с подающей и обратной магистралями теплоносителя и паропроводом [3, сс. 323-325 (прототип)].

Уменьшение потерь тепла в такой системе обеспечивается благодаря преобразованию в теплосиловой установке части (до 33%) получаемой при сжигании топлива тепловой энергии в электрическую. Коэффициент полезного действия теплосиловых установок большинства действующих электростанций составляет 15-20% [4, с. 93].

Однако и в этой системе потери тепла составляют десятки процентов. При этом уменьшается значение коэффициента полезного действия теплосиловой установки в связи с необходимостью увеличения температуры конденсации водяного пара для обеспечения требуемых параметров теплоносителя в системе теплоснабжения.

Раскрытие изобретения

Задачей, решаемой изобретением, является снижение тепловых потерь в окружающую среду путем охлаждения теплоносителя на входе в обратную магистраль и нагревания на выходе из подающей магистрали с помощью холодильной установки, а также путем уменьшения потребляемой для этого энергии.

Для этого в первом варианте система теплоснабжения, содержащая подающую и обратную магистрали теплоносителя, снабжена размещенной перед потребителем тепла холодильной установкой. Конденсатор этой установки включен гидравлически в подающую магистраль, а испаритель - в обратную.

В системе теплоснабжения первого варианта остаются неизменными потери тепла в окружающую среду через паропровод.

Для снижения потерь тепла при доставке пара потребителю и уменьшения потребляемой при этом энергии во втором варианте система теплоснабжения, содержащая подающую к потребителю тепла обратную и подпиточную магистрали теплоносителя, снабжена размещенной перед потребителем тепла и пара холодильной установкой. Конденсатор этой установки включен гидравлически в подающую, а испаритель - в обратную магистраль. Система снабжена дополнительно включенным гидравлически в подающую магистраль на участке между конденсатором холодильной установки и потребителем тепла теплообменником и ответвлением подающей магистрали. Ответвление связано гидравлически с теплообменником через редукционное (дросселирующее) устройство.

Для снижения мощности, потребляемой холодильной установкой обоих вариантов системы теплоснабжения, холодильная установка выполнена с несколькими конденсаторами, имеющими разный уровень температуры конденсации хладагента и соединенными последовательно по ходу теплоносителя, и с несколькими испарителями, имеющими разный уровень температуры кипения хладагента и соединенными последовательно по ходу теплоносителя.

Краткое описание чертежей

На чертежах условно изображены гидравлические схемы системы теплоснабжения:

фиг. 1 - пример исполнения первого варианта системы теплоснабжения;

фиг. 2 - пример исполнения второго варианта системы теплоснабжения.

Система теплоснабжения содержит, например, конденсатор 1 теплосиловой установки теплоэлектроцентрали (не показана), подающую 2 и обратную 3 магистрали теплоносителя, циркуляционный насос 4, радиаторы 5 системы отопления (не показана) и холодильную установку 6, имеющую, например, три парокомпрессионные холодильные машины 7, 8, 9. Холодильные машины имеют соответственно компрессоры 10, 11 и 12, конденсаторы 13, 14 и 15, терморегулирующие вентили 16, 17 и 18 и испарители 19, 20 и 21. Конденсаторы 13, 14 и 15 имеют разный уровень температуры конденсации хладагента и включены последовательно в магистраль 2. Испарители 19, 20 и 21 имеют разный уровень температуры кипения хладагента и включены последовательно в магистраль 3.

- 1 008513

Второй вариант системы дополнительно содержит подпиточную магистраль 22 с насосом 23, включенный в магистраль 2 на участке между конденсатором 15 и радиаторами 5 теплообменник 24 и ответвление 25 магистрали 2 с установленным перед теплообменником 24 регулирующим вентилем 26.

В качестве конденсатора 1 могут быть использованы также производственные, квартальные или районные котельные, естественные или искусственные водоемы, геотермальные воды или теплообменник, установленный в наружном воздухе.

В качестве радиаторов 5 могут быть также использованы теплообменники системы горячего водоснабжения, калориферы системы воздушного отопления или технологическое оборудование по тепловой обработке продукции предприятий, например пищевой промышленности.

В качестве холодильных машин могут быть также использованы и любые другие, имеющие конденсатор и испаритель.

Количество конденсаторов и испарителей может быть и любым другим.

В качестве регулирующего вентиля 26 может быть использовано и любое другое редукционное (дросселирующее) устройство, обеспечивающее снижение давления и разбрызгивание воды в теплообменнике 24.

При поступлении к конденсатору 1 из магистрали 3 воды с температурой, например, 1м=8°С температура воды на выходе из конденсатора 1 повышается до значения 1_к2=20°С за счет тепла, выделяемого при конденсации водяного пара в конденсаторе 1 при температуре 1_к=20°С.

При температуре грунта в зоне размещения магистралей 2 и 3 1_гр=10°С температура воды на входе в холодильную установку 6 может составить 1_вИ=15°С, а выходе - 1_во1=3°С. В этом случае теряемое из магистрали 2 в грунт тепло (1_к2-1_вк1=5°С) компенсируется притоком в магистраль 3 тепла из грунта ⁽1к1^-1во1=⁵°^С).

Требуемое значение температуры воды на входе в радиаторы 5 (1_{в кн}=95°С) (фиг. 1) или в теплообменник 24 (фиг. 2) (1_{в кн}=130°С) обеспечивается путем ступенчатого нагревания ее в конденсаторах 13, 14 и 15 за счет тепла, перекачиваемого холодильными машинами 7, 8 и 9 из магистрали 3 через испарители 19, 20 и 21 от воды с температурой на выходе из радиаторов 5 1_{в оп}=60°С.

В представленном на фиг. 2 втором варианте системы теплоснабжения при открывании вентиля 26 вода с температурой 130°С по ответвлению 25 поступает в теплообменник 24. При дросселировании в вентиле 26 вода разбрызгивается в теплообменнике 24 и превращается в пар за счет тепла, поступающего из магистрали 2 через теплопередающую поверхность теплообменника 24. Расход превратившейся в пар воды компенсируется из подпиточной магистрали 22 насосом 23.

Значения температур воды могут быть и любые другие, обеспечивающие требуемый уровень температур в потребителе тепла.

Лучший вариант осуществления изобретения

Лучшим вариантом осуществления изобретения является использование его в составе системы теплоснабжения с теплоэлектроцентралью при температуре воды на входе в конденсатор 1 ниже температуры окружающей магистраль 3 среды и с холодильной установкой, имеющей несколько конденсаторов и испарителей.

При значениях температур воды, приведенных в описании чертежей, потери тепла через магистраль 2 компенсируются теплопритоками в магистраль 3. При этом затраты энергии на привод холодильной установки 6 компенсируются увеличением коэффициента полезного действия теплосиловой установки теплоэлектроцентрали в связи со снижением температуры воды на входе в конденсатор 1.

Кроме того, при использовании второго варианта отпадает необходимость прокладки в тепловой сети паропровода от теплосиловой установки. В табл. 1 и 2 представлены результаты расчетов показателей холодильной установки при значениях температур воды, приведенных в описании чертежей.

- 2 008513

Таблица 1

Расчетные показатели холодильной установки системы теплоснабжения первого варианта

Показатели	Количество холодильных машин в установке, η
1	2	3	4	5
Отопительный коэффициент холодильной машины, μ.	1	2,30	3,19	3,85	4,34	4,73
2	-	3,02	3,60	4,06	4,43
3	—	—	3,41	3,86	4,18
4	—	—	—	3,66	3,99
5	—	—	—	-	3,83
Отопительный коэффициент установки, Дул	2,30	3,11	3,62	3,97	4,23
Коэффициент энергетической эффективности установки, η _¥П	1,00	1,35	1,57	1,73	1,84

Таблица 2

Расчетные показатели холодильной установки системы теплоснабжения второго варианта

Показатели	Количество холодильных машин в установке, η
1	2	3	4	5
Отопительный коэффициент холодильной машины, Д,	1	1,94	2,88	3,18	3,60	3,95
2	-	2,32	2,75	3,11	3,42
3	-	-	2,49	2,80	3,08
4	—	-	—	2,59	2,84
5	-	—	—	—	2,66
Отопительный коэффициент установки, Μγη	1,94	2,60	2,81	3,03	3,19
Коэффициент энергетической эффективности установки, η _νπ	1,00	1,34	1,45	1,56	1,64

Значения щ определялись по формуле ц= к ε +1 где к_н=0,465±0,02 - коэффициент необратимости выпускаемых промышленностью парокомпрессионных холодильных установок холодильной мощностью до 1000 кВт с винтовым компрессором;

Т,

Е_к =--у⁷ _ у¹

- холодильный коэффициент ί-й холодильной машины; ~^Т^ ^п - температура кипения хладагента в испарителе ί-й холодильной машины, К;

Т_4<=Г +^(т -Г ) л - температура конденсации хладагента в конденсаторе ί-й холодильной машины, К;

Т = Г -3 ’ι ’ι - температура кипения хладагента в испарителе первой от конденсатора 1 холодильной машины, К;

Т — Т +5 * «и ·*. температура конденсации хладагента в конденсаторе последней от конденсатора 1 холодильной машины, К.

=

1>л

- отношение отопительного коэффициента холодильной установки с и холодильными машинами к отопительному коэффициенту холодильной установки с одной холодильной машиной.

Согласно приведенным в табл. 1 и 2 значениям отопительного коэффициента установки μ_γιι возрастает с увеличением количества холодильных машин. В связи с этим потребляемая холодильной установкой мощность уменьшается в зависимости от количества холодильных машин в установке до Руп=1,84 раза при использовании первого варианта системы теплоснабжения и до 1,64 раза - при использовании второго варианта.

Промышленная применимость

Использование изобретения не требует разработки принципиально новой аппаратуры и агрегатов. Для этого могут быть применены выпускаемые промышленностью приведенные на фиг. 1 и 2 элементы схемы системы теплоснабжения.

Список использованной литературы

1. Грингауз Ф.И. Санитарно-технические работы. Изд. 8-е. М., Высшая школа, 1979 г.

2. Беляев Ю.П. Проблемы долгосрочного развития энергетики. Промышленная энергетика, 2003 г., № 4.

3. Кириллин В.А., Сычев А.Е., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. Изд. 4-е. М., Энергоатомиздат. 1983 г.

4. Дроздов В.Ф. Санитарно-технические устройства зданий. М., Стройиздат, 1980 г.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Система теплоснабжения, содержащая подающую потребителю тепла и обратную магистрали теплоносителя и размещенную перед потребителем тепла холодильную установку, конденсатор которой включен гидравлически в подающую, а испаритель - в обратную магистраль, отличающаяся тем, что холодильная установка выполнена с несколькими конденсаторами, имеющими разный уровень температуры конденсации хладагента и соединенными последовательно по ходу теплоносителя, и с несколькими испарителями, имеющими разный уровень температуры кипения хладагента и соединенными последовательно по ходу теплоносителя.
2. Система теплоснабжения, содержащая подающую потребителю тепла и обратную магистрали теплоносителя и размещенную перед потребителем тепла холодильную установку, конденсатор которой включен гидравлически в подающую, а испаритель - в обратную магистраль, отличающаяся тем, что она снабжена подпиточной магистралью, включенным гидравлически в подающую магистраль на участке между конденсатором и потребителем тепла теплообменником, ответвлением подающей магистрали и редукционным устройством, через которое теплообменник связан гидравлически с ответвлением подающей магистрали, а холодильная установка выполнена с несколькими конденсаторами, имеющими разный уровень температуры конденсации хладагента и соединенными последовательно по ходу теплоносителя, и с несколькими испарителями, имеющими разный уровень температуры кипения хладагента и соединенными последовательно по ходу теплоносителя.