RU2755855C1

RU2755855C1 - Combined heat and power plant with an open cogeneration system

Info

Publication number: RU2755855C1
Application number: RU2020120136A
Authority: RU
Inventors: Максим Олегович Максимов; Леонид Павлович Шелудько
Priority date: 2020-06-10
Filing date: 2020-06-10
Publication date: 2021-09-22

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: combined heat and power plant with an open cogeneration system containing a steam turbine with a condenser, return and direct heating water pipelines, low and high pressure network heaters, chemical water treatment, vacuum deaerator, raw water pipeline, heated raw water pipeline, raw water recirculation line with a two-way valve and a pump, an additional raw water heater, a recirculation control system connected by pulse lines equipped with a flow meter and a temperature sensor with the raw water pipeline and the recirculation valve. The outlet of the heat exchange surface of the condenser is connected by the heated raw water pipeline through the two-way valve, chemical water treatment and vacuum deaerator with the return heating water pipeline, and is also connected with the inlet of the heat exchange surface of the condenser through the recirculation line. The cold raw water pipeline is connected with the recirculation line through an additional heat exchanger connected with the direct heating water pipeline through the low and high pressure network heaters.

EFFECT: heating of cold raw water in an additional heat exchanger provides a possibility to maintain the required temperature of raw water in the winter mode prior to chemical water treatment, increase the power of a steam turbine, the electricity production in the heat-end mode operation and the efficiency of the combined heat and power plant.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, а точнее к теплоэлектроцентралям с открытой теплофикационной системой.The invention relates to the field of energy, and more precisely to combined heat and power plants with an open heating system.

Известен способ подготовки подпиточной воды для открытой системы теплоснабжения (Патент №1787241). Установка для его осуществления содержит теплофикационные турбины с конденсаторами, дополнительными сетевыми подогревателями, подающий и обратный сетевые трубопроводы, трубопроводы исходной сырой и деаэрированной подпиточной воды, дополнительный водо-водяной теплообменник, вакуумный деаэратор. Трубопровод исходной сырой воды соединен через конденсатор паровой турбины, водо-водяной теплообменник, вакуумный деаэратор и дополнительные сетевые подогреватели с обратным сетевым трубопроводом. Недостатком этой установки является усложнение тепловой схемы теплоэлектроцентрали за счет применения дополнительных водо-водяного теплообменника и сетевых подогревателей.A known method of preparing makeup water for an open heat supply system (Patent No. 1787241). The installation for its implementation contains heating turbines with condensers, additional network heaters, supply and return network pipelines, pipelines of initial raw and deaerated make-up water, an additional water-to-water heat exchanger, and a vacuum deaerator. The initial raw water pipeline is connected through a steam turbine condenser, a water-to-water heat exchanger, a vacuum deaerator and additional network heaters with a return network pipeline. The disadvantage of this installation is the complication of the thermal circuit of the combined heat and power plant due to the use of additional water-to-water heat exchanger and network heaters.

Наиболее близким к изобретению является устройство для подготовки подпиточной воды теплосети и осуществления способа работы теплоэлектроцентрали с открытой теплофикационной системой (патент №2600655). Это устройство содержит теплофикационную паровую турбину с конденсатором, обратный и прямой трубопроводы теплосети с сетевыми подогревателями низкого и высокого давления, химводоочистку, вакуумный деаэратор, трубопровод сырой подпиточной воды, трубопровод подогретой подпиточной воды, трубопровод рециркуляции с клапаном рециркуляции и насосом, регулятор рециркуляции; клапан рециркуляции связан с трубопроводом подогретой сырой воды и с трубопроводом рециркуляции сырой воды, подключенным к входу поверхности нагрева конденсатора; вакуумный деаэратор связан с обратной линией теплосети, регулятор рециркуляции связан импульсными линиями с клапаном рециркуляции, с датчиками расхода и температуры холодной сырой воды и температуры подогретой сырой воды.The closest to the invention is a device for preparing the make-up water of a heating system and implementing a method for operating a combined heat and power plant with an open heating system (patent No. 2600655). This device contains a cogeneration steam turbine with a condenser, return and direct pipelines of a heating network with low and high pressure network heaters, chemical water treatment, a vacuum deaerator, a raw make-up water pipeline, a heated make-up water pipeline, a recirculation pipeline with a recirculation valve and a pump, a recirculation regulator; the recirculation valve is connected to the heated raw water pipeline and to the raw water recirculation pipeline connected to the inlet of the condenser heating surface; the vacuum deaerator is connected to the return line of the heating system, the recirculation regulator is connected by impulse lines to the recirculation valve, to the flow and temperature sensors of cold raw water and the temperature of heated raw water.

Это устройство принято в качестве прототипа к предполагаемому изобретению. Недостатки прототипа состоят в том, что при подаче сырой воды в трубопровод рециркуляции в конденсаторе производится недостаточный для нормальной работы химводоочистки подогрев сырой подпиточной воды, что приводит к уменьшению расхода пара в конденсатор, мощности паровой турбины и выработки электрической энергии на тепловом потреблении.This device is accepted as a prototype for the proposed invention. The disadvantages of the prototype are that when raw water is supplied to the recirculation pipeline in the condenser, the raw feed water is heated insufficient for the normal operation of chemical water treatment, which leads to a decrease in steam consumption in the condenser, the power of the steam turbine and the generation of electrical energy on thermal consumption.

Целью изобретения является устранение этих недостатков и создание устройства подготовки подпиточной воды теплосети теплоэлектроцентрали с открытой системой теплоснабжения, повышающего мощность паровой турбины и увеличение выработки электрической энергии на тепловом потреблении теплоэлектроцентрали с открытой системой теплоснабжения.The aim of the invention is to eliminate these drawbacks and create a device for the preparation of make-up water for the heating system of a combined heat and power plant with an open heat supply system, which increases the power of the steam turbine and increases the generation of electricity from heat consumption of a combined heat and power plant with an open heat supply system.

Этот технический результат достигается тем, что теплоэлектроцентраль с открытой теплофикационной системой, содержащая теплофикационную паровую турбину с конденсатором, обратный и прямой трубопроводы теплосети, сетевые подогреватели низкого и высокого давления, трубопровод холодной сырой воды, трубопровод подогретой сырой воды, трубопровод рециркуляции с клапаном рециркуляции и насосом, систему управления рециркуляцией, трубопровод подогретой сырой воды, химводоочистку, вакуумный деаэратор; клапан рециркуляции связан с трубопроводом подогретой сырой воды и с трубопроводом рециркуляции сырой воды подключенным к входу поверхности нагрева конденсатора; вакуумный деаэратор связан с обратной линией теплосети, система управления рециркуляцией связана импульсными линиями с клапаном рециркуляции, с датчиками расхода и температуры холодной сырой воды и температуры подогретой сырой воды, причем на обратном трубопроводе теплосети установлен дополнительный подогреватель холодной воды, трубопровод холодной сырой воды связан через поверхность нагрева этого подогревателя с трубопроводом рециркуляции, вход подогревателя холодной воды связан с обратным трубопроводом сетевой воды, а его выход соединен с сетевым подогревателем низкого давления.This technical result is achieved by the fact that a combined heat and power plant with an open district heating system, containing a heating steam turbine with a condenser, return and direct pipelines of a heating network, network low and high pressure heaters, a cold raw water pipeline, a heated raw water pipeline, a recirculation pipeline with a recirculation valve and a pump , recirculation control system, heated raw water pipeline, chemical water treatment, vacuum deaerator; the recirculation valve is connected to the heated raw water pipeline and to the raw water recirculation pipeline connected to the inlet of the condenser heating surface; the vacuum deaerator is connected to the return line of the heating system, the recirculation control system is connected by impulse lines to the recirculation valve, to flow and temperature sensors of cold raw water and the temperature of heated raw water, and an additional cold water heater is installed on the return pipe of the heating network, the cold raw water pipeline is connected through the surface heating of this heater with a recirculation pipeline, the inlet of the cold water heater is connected to the return pipeline of the network water, and its outlet is connected to the network low-pressure heater.

На фиг. 1 приведена схема теплоэлектроцентрали с открытой теплофикационной системой.FIG. 1 shows a diagram of a combined heat and power plant with an open heating system.

Теплоэлектроцентраль содержит теплофикационную паровую турбину 1 с электрогенератором 2, конденсатором 3, двухходовой клапан рециркуляции 4, трубопровод рециркуляции 5 с насосом 6, химводоочистку 7, вакуумный деаэратор 8, трубопровод подогретой сырой воды 9, систему управления рециркуляцией 10, сетевой подогреватель высокого давления 11, сетевой подогреватель низкого давления 12, дополнительный подогреватель сырой воды 13, обратный трубопровод сетевой воды 14, трубопровод холодной сырой воды 15, прямой трубопровод сетевой воды 16.The combined heat and power plant contains a cogeneration steam turbine 1 with an electric generator 2, a condenser 3, a two-way recirculation valve 4, a recirculation pipeline 5 with a pump 6, a chemical water treatment plant 7, a vacuum deaerator 8, a heated raw water pipeline 9, a recirculation control system 10, a high-pressure network heater 11, a network low pressure heater 12, additional raw water heater 13, return line of supply water 14, line of cold raw water 15, straight line of supply water 16.

Расход сырой подпиточной воды на большинстве ТЭЦ с открытой теплофикационной системой составляет от 1500 до 2500 т/час. Из прототипа известно, что при рециркуляция и подогреве холодной сырой подпиточной воды в конденсаторе турбины можно поддерживать ее номинальный расход в теплообменной поверхности конденсатора. Но при работе теплоэлектроцентрали в зимний период при низкой температуре холодной сырой воды, величина температуры подогретой сырой воды, выходящей из конденсатора, ниже ее температуры требуемой для нормальной работы химводоочистки.The consumption of raw make-up water at most CHPPs with an open heating system is from 1500 to 2500 t / h. It is known from the prototype that during the recirculation and heating of cold raw make-up water in the turbine condenser, it is possible to maintain its nominal flow rate in the heat exchange surface of the condenser. But when the combined heat and power plant operates in winter at a low temperature of cold raw water, the temperature of the heated raw water leaving the condenser is lower than its temperature required for the normal operation of chemical water treatment.

Установка в обратном трубопроводе сетевой воды 14 дополнительного подогревателя сырой воды 13 позволяет в зимних режимах работы теплоэлектроцентрали поддерживать перед химводоочисткой 7 требуемую температуру подогретой сырой воды с увеличением выработки в паровой турбине электрической энергии на тепловом потреблении и повысить ее экономичность.The installation of an additional raw water heater 13 in the return pipeline of the network water 14 allows in the winter operating modes of the combined heat and power plant to maintain the required temperature of the heated raw water before the chemical water treatment 7 with an increase in the generation of electric energy in the steam turbine based on heat consumption and to increase its efficiency.

Трубопровод холодной сырой воды 15 через дополнительный подогреватель сырой воды 13 связан трубопроводом подогретой сырой воды 9 с трубопроводом рециркуляции 5 конденсатора 3 паровой турбины 1. Выход поверхности нагрева конденсатора 3 связан через двухходовой клапан рециркуляции 4 трубопроводом рециркуляции 5 с ее входом, а также связан через химводоочистку 7 и вакуумный деаэратор 8 с обратным трубопроводом сетевой воды 14. Обратный трубопровод сетевой воды 14 связан с прямым трубопроводом сетевой воды 16 через дополнительный подогреватель сырой воды 13, и сетевые подогреватели: сетевой подогреватель низкого 12 и сетевой подогреватель высокого давления 11. Система управления рециркуляцией 10 связана импульсными линиями с расходомерами и датчиками температуры сырой подпиточной воды - как с двухходовым клапаном рециркуляции 4, так и с трубопроводом холодной сырой воды 15.The cold raw water pipeline 15 through an additional raw water heater 13 is connected by the heated raw water pipeline 9 with the recirculation pipeline 5 of the condenser 3 of the steam turbine 1. The outlet of the heating surface of the condenser 3 is connected through the two-way recirculation valve 4 by the recirculation pipeline 5 to its inlet, and is also connected through the chemical water treatment 7 and a vacuum deaerator 8 with a return pipe of the heating water 14. The return pipe of the heating water 14 is connected to the direct pipeline of the heating water 16 through an additional raw water heater 13, and the network heaters: the network heater of low pressure 12 and the network heater of high pressure 11. Recirculation control system 10 connected by impulse lines with flow meters and temperature sensors of raw make-up water - both with a two-way recirculation valve 4 and with a cold raw water pipeline 15.

Теплоэлектроцентраль с открытой теплофикационной системой работает следующим образом. Полезную работу расширения пара в теплофикационной паровой турбине 1 используют для выработки электроэнергии в электрогенераторе 2. В конденсаторе 3 конденсируют пар расширенный в теплофикационной паровой турбине 1. Холодную сырую воду из трубопровода холодной сырой воды 15 подогревают в дополнительном подогревателе сырой воды 13 теплом обратной сетевой воды из обратного трубопровода сетевой воды 14. Подогретую в нем воду подают по трубопроводу подогретой сырой воды 9 в трубопровод рециркуляции 5 сырой воды, где производят дополнительный подогрев этой воды в поверхности нагрева конденсатора 3. Система управления рециркуляцией 10, в зависимости от расхода сырой воды используемой для подпитки теплосети, обеспечивает управление двухходовым клапаном рециркуляции 4 и устанавливают требуемый расход воды через поверхность нагрева конденсатора 3. Рециркуляция сырой воды позволяет установить расход пара на паровую турбину 1, давление в конденсаторе 3 и обеспечить экономичную работу паровой турбины 1 в режиме теплофикационного противодавления. Подогретую в конденсаторе 3 сырую воду подают через двухходовой клапан рециркуляции 4, химводоочистку 7 и вакуумный деаэратор 8 в обратной трубопровод сетевой воды 14 и используют ее для подпитки теплосети. Сетевую воду подогревают в сетевых подогревателях: сетевом подогревателе низкого давления 12 и сетевом подогревателе высокого давления 11, и подают к потребителям через прямой трубопровод сетевой воды 16.A combined heat and power plant with an open district heating system operates as follows. The useful work of expanding steam in a cogeneration steam turbine 1 is used to generate electricity in an electric generator 2. Steam expanded in a cogeneration steam turbine 1 is condensed in a condenser 3. return pipeline of network water 14. The water heated in it is supplied through the pipeline of heated raw water 9 to the recirculation pipeline 5 of raw water, where additional heating of this water is carried out in the heating surface of the condenser 3. Recirculation control system 10, depending on the flow rate of raw water used for makeup heating network, provides control of the two-way recirculation valve 4 and sets the required water flow through the heating surface of the condenser 3. The recirculation of raw water makes it possible to set the steam flow rate to the steam turbine 1, the pressure in the condenser 3 and to ensure the economical operation of the steam turbine in 1 in the heating backpressure mode. The raw water heated in the condenser 3 is fed through a two-way recirculation valve 4, a chemical water treatment unit 7 and a vacuum deaerator 8 into the return line of the network water 14 and is used to feed the heating system. The network water is heated in network heaters: a network low-pressure heater 12 and a network high-pressure heater 11, and is supplied to consumers through a direct pipeline of network water 16.

Claims

Combined heat and power plant with an open district heating system, containing a cogeneration steam turbine with a condenser, return and direct pipelines of the heating network, network low and high pressure heaters, cold raw water pipeline, heated raw water pipeline, raw water recirculation pipeline with recirculation valve and pump, recirculation control system, heated raw water pipeline, chemical water treatment, vacuum deaerator; the recirculation valve is connected to the heated raw water pipeline and to the raw water recirculation pipeline connected to the inlet of the condenser heating surface; the vacuum deaerator is connected to the return line of the heating network, the recirculation control system is connected by impulse lines to the recirculation valve, to flow and temperature sensors of cold raw water and temperature of heated raw water, characterized in that an additional cold water heater is installed on the return pipe of the heating network, a cold raw water pipeline connected through the heating surface of this heater with the raw water recirculation pipeline, the inlet of the cold water heater is connected to the return pipeline of the network water, and its outlet is connected to the low pressure network heater.