Система утилизации сбросной теплоты, совмещённая с системой хозяйственно-питьевого водоснабжения

008363 Изобретение относится к теплоэнергетике и энергетике коммунального хозяйства, может быть использовано в установках для глубокой утилизации теплоты: пара из выхлопа и уплотнений турбин тепловых электростанций, выпаров деаэраторов, паровоздушной смеси, обратного конденсата с производства, обратной сетевой воды, охладителей газов и воды технологического оборудования промышленных предприятий, отходящих дымовых газов котлов или другого низкопотенциального источника, например геотермального. Известна система утилизации сбросной теплоты, совмещенная с системой хозяйственно-питьевого водоснабжения, содержащая подогреватель воды хозяйственно-питьевого водоснабжения, включенный по нагреваемой воде в линию магистрального трубопровода обратной сетевой воды, причем последний подключен к теплофикационному пучку в конденсаторе паровой теплофикационной турбины теплоэлектроцентрали (1). Недостатком таких систем является то, что при утилизации теплоты вентилирующего цилиндра низкого давления турбины пара путем конденсации его сетевой водой, пропускаемой через специальный теплофикационный пучок, в конденсаторе турбины прекращается подача циркуляционной воды с более низкой температурой в основную поверхность охлаждения конденсатора, давление пара в конденсаторе повышается, мощность и надежность турбины снижаются. Завод-изготовитель турбин ограничивает температуру сетевой воды на входе в пучок 60 С, а на выходе - 70 С во избежание недопустимого разогрева выхлопной части турбины, перегрева задних лабиринтовых уплотнений и срыва вакуума в конденсаторе. Одновременная подача циркуляционной и сетевой воды в основную поверхность конденсатора и пучок запрещается из-за высокой разницы температур между этими потоками (35-40 С), приводящей к разуплотнению трубных досок конденсатора при различной их термической деформации. Поэтому применение пучков практически возможно лишь в открытых системах теплоснабжения. В закрытых системах в отопительный период из-за невозможности использования в пучках обратной сетевой воды (вследствие недопустимого разогрева выхлопной части турбины) потребуется определенный расход циркуляционной воды в конденсаторы турбин, что связано со снижением эффективности паросилового цикла, а также и с необходимостью круглогодичного потребления охлаждающей воды. Задачей изобретения является повышение надежности и экономичности, снижение потребления технической воды в установках для утилизации теплоты, загрязнения окружающей среды и исключение сезонных колебаний температуры холодной воды в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения. Эта задача решается тем, что в системе утилизации сбросной теплоты совмещенной с системой хозяйственно-питьевого водоснабжения, содержащей паровую турбину, конденсатор с теплофикационным и основным трубными пучками или другой теплообменник-подогреватель для утилизации теплоты: пара из выхлопа и уплотнений турбины, выпаров деаэраторов, паровоздушной смеси, обратного конденсата с производства, обратной сетевой воды, охладителей газов и воды технологического оборудования, отходящих дымовых газов котлов, геотермального или другого низкопотенциального источника, магистральный водовод от водозаборных сооружений, систему водоочистки, присоединенную к магистральному водоводу хозяйственно-питьевого водоснабжения, обводной или рециркуляционный трубопровод с регулирующим клапаном, соединенным с датчиком температуры, трубные пучки конденсатора или другого теплообменника-подогревателя для утилизации теплоты низкопотенциального источника включены в линию водовода хозяйственно-питьевого водоснабжения. На чертежах изображены принципиальные схемы (примеры исполнения) системы утилизации теплоты, использующих сбросную теплоту конденсации отработавшего в турбине пара (фиг. 1) и уходящих газов котлов или технологических печей (фиг. 2, 3 и 4), совмещенной с системой хозяйственно-питьевого водоснабжения. Система утилизации сбросной теплоты, использующая теплоту конденсации отработавшего в турбине пара и других поступающих в него потоков, совмещенная с системой хозяйственно-питьевого водоснабжения (фиг. 1) содержит паровую турбину 1, конденсатор 2 с теплофикационным (одной половиной конденсатора) 3 и основным (другой половиной конденсатора) 4 трубными пучками или, например, экономайзерные трубные пучки 3 другого теплообменника-подогревателя для утилизации теплоты низкопотенциального источника (фиг. 2, 3 и 4), магистральный водовод 5 хозяйственно-питьевого водоснабжения от водозаборных сооружений и водовод 6 подогретой хозяйственно-питьевой воды к потребителям водоразбора, подключенные через систему водоочистки (на чертеже не показана) к распределительным трубопроводам (на чертеже не показаны) холодной воды к потребителю, подводящий 7 и обратный 8 водоводы охлаждающей циркуляционной технической воды, обводной трубопровод 9 с регулирующим клапаном 10, соединенный с датчиком температуры и запорную арматуру 11-14. Для сглаживания суточной неравномерности потребления холодной водопроводной воды на линии водовода 6 может быть установлен бак-аккумулятор или бассейн запаса хозяйственно-питьевой воды (на чертеже не показаны). В тех случаях, когда для подогрева воды в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения используются отходящие газы котлов, промышленных печей или другая агрессивная среда, а так же при необходимости поддерживать температуру воды на входе в котлы выше температуры точки росы дымовых газов и предотвращения конденсации водяных паров, содержащихся в отходящих дымовых газах, на поверхности нагрева при низких температурах нагреваемой воды отбор теплоты осуществляется по схемам-1 008363 с рециркуляционным подогревом воды (фиг. 2), использованием водяного промежуточного контура (фиг. 3) или воздушного промежуточного контура (фиг. 4). Эти схемы содержат дополнительно рециркуляционный насосы 15 или рециркуляционный вентилятор 16, линию 17 рециркуляции и рециркуляционные водяной промежуточный контур 18 или воздушный промежуточный контур 19, воздухоподогреватель 20, водоводяной подогреватель 21 или воздуховодяной подогреватель 22, регулирующие клапаны 23. Система утилизации сбросной теплоты, совмещенная с системой хозяйственно-питьевого водоснабжения, работает следующим образом. При работе турбины 1 по тепловому графику нагрузки с регулируемыми отборами пара регулирующая диафрагма в части (цилиндре) низкого давления турбины закрыта и в конденсатор 2 поступает минимально-вентиляционный пропуск пара. При отсуствии подвода в конденсатор турбины холодной воды из магистрального водовода 5 (запорная арматура 12 и 13 закрыта) теплота пара (другого источника низкопотенциальной сбросной теплоты) отдается циркуляционной технической воде, поступающей в конденсатор (теплообменник-подогреватель для отвода низкопотенциальной теплоты) по циркуляционному водоводу 7 через открытую запорную арматуру 14, и не используется в цикле теплоэлектроцентрали. Циркуляционной воде отдается также теплота пара, поступающего в теплообменники, находящиеся на линии рециркуляции: сальниковый подогреватель и холодильники эжекторов (на чертеже не показаны). При открытой запорной арматуре 12 и 13 и закрытой запорной арматуре 11 и 14 пропуск циркуляционной технической воды через основной трубный пучок по циркуляционным водоводам 7 и 8 прекращается, а в трубные пучки 3 и 4 конденсатора 2 (другой теплообменник-подогреватель для утилизации теплоты низкопотенциального источника) на охлаждение пара (конденсата с производства, обратной сетевой воды, охлаждающей воды, газов или воздуха от охладителей технологического оборудования,отходящих дымовых газов котлов или технологических печей, геотермального или другого низкопотенциального источника сбросной теплоты) по магистральному водоводу 5 подводится холодная вода хозяйственно-питьевого назначения. При этом в трубных пучках: теплофикационном 3 и основном 4 или только в теплофикационном пучке 3 (при закрытой запорной арматуре 12) конденсатора 2 вода нагревается от температуры tx=1-5 С до температуры t'х=15-30 С и по водоводу 6 подается потребителям холодной воды. Температура воды в трубопроводе 6, при необходимости, поддерживается на заданном уровне регулирующим клапаном 10 по датчику температуры перепуском холодной воды, минуя теплофикационный трубный пучок 3 конденсатора по обводному трубопроводу 9. Приведенная схема позволяет обеспечить работу конденсатора как на циркуляционной, так и на водопроводной (городской) воде хозяйственно-питьевого водоснабжения путем изменения положения (открыто или закрыто) запорной арматуры 11-14. Возможна одновременная подача циркуляционной и водопроводной воды в основную поверхность (одну половину конденсатора) 4 и встроенный теплофикационный пучок (другую половину конденсатора) 3, соответственно, при любом их сотношении при закрытой запорной арматуре 12 и открытой - 11, 13, 14, так как разница температур циркуляционной и водопроводной воды практически никогда не может превысить допустимого заводом-изготовителем турбин значения - 20 С. Последовательное включение трубных пучков (половин) конденсатора позволит увеличить скорость воды в трубках и этим существенно уменьшить отложения в них для предотвращения загрязнения и преждевременного выхода из строя трубок конденсатора. Рециркуляционный насос 15 в схеме на фиг. 2 повышает температуру на входе в экономайзерный трубный пучок 3 путем подмешивания горячей воды из линии 6 после трубного пучка 3. С помощью клапанов 23 регулируют температуру воды на входе в экономайзерный пучок 3 и водоводе 6 подогретой хозяйственно-питьевой воды к потребителям водоразбора. В схемах, представленных на фиг. 3 и 4, подогрев воды для системы хозяйственно-питьевого водоснабжения осуществляется в водоводяном подогревателе 21 или воздуховодяном подогревателе 22 при работе, соответственно, промежуточных контуров 18 и 19 с циркуляционным насосом 15 и вентилятором 16 в этих схемах. Технический результат, который достигается в изобретении: повышение надежности и экономичности турбин за счет поддержания более глубокого вакуума в конденсаторе и полной утилизации теплоты вентиляционного пропуска пара и теплоты на линии рециркуляции конденсата независимо от типа системы теплоснабжения в которой работает теплоэлектроцентраль, снижение потребления и потерь воды на испарение в системе оборотного технического водоснабжения, как минимум на величину расхода водопроводной (городской) воды через конденсатор или другой охладитель технологического оборудования, так как температура последней всегда ниже температуры циркуляционной воды, снижение расхода горячей воды на 25-35% в системах горячего водоснабжения, так как отпадает необходимость подогрева водопроводной воды от исходной температуры 3-5C до 15-25 С за счет подмешивания к ней горячей воды при использовании в умывальниках, ваннах и т.д., а также за счет прямого замещения горячей воды подогретой в конденсаторе турбины до уровня летней температуры (15-25 С) холодной водой, экономии топлива или электроэнергии при подогреве такой воды в домашних водонагревателях с учетом ее предварительного подогрева в конденсаторе (теплообменнике-подогревателе для утилизации теплоты другого низкопотенциального источника) от исходной температуры холодной воды до температуры ее подогрева в конденсаторе турбины или другом теплообменнике-подогревателе, использующем другой-2 008363 источник низкопотенциальной теплоты, особенно при отсутствии системы централизованного горячего водоснабжения, снижение циркуляции сетевой воды в системах централизованного теплоснабжения на 5-10%, устранение выстывания помещений от трубопроводов холодной воды с температурой 3-5 С, исключение образования конденсата на поверхности трубопроводов холодной воды, так как их температура выше точки росы окружающего трубопровод воздуха, и необходимость их тепловой изоляции, замерзания водопровода в случае пониженных температур наружного воздуха в суровых климатических условиях, экономия капитальных затрат и эксплуатационных издержек от совмещения функций теплообменников-охладителей (конденсаторов) технологического оборудования и одновременно подогревателей предварительного подогрева воды, поступающей в хозяйственно-питьевой водопровод, примерно половина которой затем направляется на приготовление горячей воды, уменьшение разности температур между теплоносителями и температурного напора в последующих местных установках (ступенях) подогрева системы горячего водоснабжения и возможность за счет этого подогрева горячей воды, поступающей к потребителям, до более высокой температуры, а также, в ряде случаев, практически отсутствие дополнительных затрат энергии на транспорт теплоты, отпущенной с предварительным подогревом питьевой воды в теплообменниках-подогревателях, утилизирующих сбросную теплоту. График расхода холодной водопроводной воды по часам суток по характеру полностью совпадает с графиком расхода горячей воды и графиком электрической нагрузки энергосистемы или тепловой нагрузки централизованной отопительно-бытовой котельной, что благоприятно скажется на увеличении выработки электроэнергии турбинами теплоэлектроцентрали в максимум водоразбора, а также повысит экономичность централизованной котельной. Потери теплоты подземными стальными трубопроводами с предварительно подогретой водопроводной водой, даже без учета устройства на них противокоррозийного изоляционного покрытия, снижающего эти потери, на 1 м длины трубопровода ввиду небольшой разности температур между водой и окружающим грунтом составляют 20-44% при указанной выше разности температур 8-15 С, соответственно, от потерь теплоты аналогичными по диаметру теплопроводами тепловых сетей, проложенных в непроходных железобетонных каналах. Потери теплоты в асбоцементных и пластмассовых водопроводных трубах будут еще ниже. Экономия условного топлива за отопительный и переходный периоды при использовании 5500 ч в год составит 5000 т условного топлива на 100 МВт электрической мощности теплофикационной турбины или 700 ГДж/ч присоединенной тепловой нагрузки теплоэлектроцентрали или снижение топливных затрат на горячее водоснабжение на 25-40%. А.с. СССР 1815519, M.Кл.5-24 Д 17/00, 1993. Бюл.18. А.с. СССР 769037, M.Кл.- 01 K 17/02, 1980. Бюл.37. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Система утилизации сбросной теплоты, совмещенная с системой хозяйственно-питьевого водоснабжения, содержащая источник сбросной теплоты, теплообменник-подогреватель для отвода сбросной теплоты,подключенный по греющей среде к источнику сбросной теплоты, содержащий по меньшей мере один или несколько отдельных трубных пучков, подключенных на входе трубопроводом, а при наличии нескольких трубных пучков, отдельными трубопроводами к источнику отвода сбросной теплоты, отдельные магистральные водоводы от водозаборных сооружений систем, соответственно, технического циркуляционного водоснабжения для производственных целей и хозяйственно-питьевого водоснабжения, отличающаяся тем, что по меньшей мере один трубный пучок теплообменника-подогревателя для отвода сбросной теплоты по охлаждающей воде подключен входом к магистральному водоводу от водозаборных сооружений источника централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, а выходом - к потребителю холодной и горячей питьевой воды. 2. Система по п.1, в которой источник сбросной теплоты представляет собой паровую турбину с теплообменником-подогревателем для отвода сбросной теплоты, выполненным в виде конденсатора с раздельными трубными пучками, входом подключенными к магистрали охлаждающей воды, а по меньшей мере одним выходом - к потребителю холодной и горячей питьевой воды, при этом трубный пучок конденсатора, выходом соединенный с потребителями холодной и горячей питьевой воды, входом подключен к магистральному водоводу от водозаборных сооружений источника централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, а другие трубные пучки конденсатора подключены к магистральному водоводу от источника технического водоснабжения для производственных целей или другой системе оборотного технического циркуляционного водоснабжения. 3. Система по п.1, содержащая устройство с отводом сбросной теплоты в виде уходящих газов котлов или технологических печей с теплообменником-подогревателем, для отвода сбросной теплоты, в виде экономайзерной поверхности, при этом теплообменник-подогреватель снабжен безопасными линиями с рециркуляционным насосом и регулирующими клапанами для повышения температуры воды на входе в экономайзерную поверхность. 4. Система по пп.1 и 3, содержащая промежуточный водоводяной или газоводяной контур, состоя-3 008363 щий из водоводяного или газо(воздухо)водяного подогревателя питьевой воды, рециркуляционного насоса или вентилятора, теплообменника-подогревателя, для отвода сбросной теплоты, в виде экономайзерной поверхности или воздухоподогревателя, при этом подогреватель питьевой воды подключен к теплообменнику-подогревателю для отвода сбросной теплоты через промежуточный контур.