Энергетический комплекс

Энергетический комплекс по производству тепловой и электрической энергии для промышленных и бытовых целей, преимущественно в отдаленных труднодоступных районах с резко-континентальным климатом. Работает одновременно на угле и на жидком нефтяном топливе или мазуте. Может работать на сырой нефти. Состоит из мини-ТЭЦ, дизельной электростанции и электрической подстанции, оснащен АСУ. Мини-ТЭЦ состоит из двух параллельных циклов - теплофикационно-энергетического и теплофикационного. Теплофикационно-энергетический цикл включает паровые энергетические котлы, турбогенераторы, конденсаторы-теплообменники, соединенные с градирней, теплообменники-подогреватели, редукционно-охладительную установку, производственную систему теплоснабжения. Теплофикационный цикл включает паровые котлы, теплообменники-подогреватели, бытовую систему теплоснабжения. Циклы соединены последовательно с водоподготовительной и деаэрационно-питательной установками. Производственная и бытовая системы теплоснабжения оборудованы резервным соединением с возможностью объединения или взаимозамены. Технический результат заключается в расширении технологических возможностей энергетического комплекса, преимущественно для населенных пунктов и промышленных предприятий в отдаленных труднодоступных районах с резко-континентальным климатом.

Полезная модель относится к когенерационным силовым установкам, работающим на разных источниках энергии - на угле и нефти - и производящим тепловую и электрическую энергии. Энергетический комплекс может быть использован для работы на промышленных и бытовых объектах, преимущественно в отдаленных труднодоступных районах с резкоконтинентальным климатом, в комплексе ЕЭС или автономно. Может быть использован при реконструкции котельных установок.

К аналогам полезной модели относятся, например, секционные или централизованные ТЭЦ, включающие паровые котлы, теплофикационные турбины с электрогенераторами, конденсаторы-теплообменники отработанного пара [Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. М., Энергоатомиздат, 1987. С.12-13].

Известные аналогичные ТЭЦ имеют недостаточные технологические возможности.

Также известна аналогичная электростанция для производства электрической энергии и отпуска теплоты в виде пара для сети центрального отопления, работающая преимущественно за счет сжигания угля [Патент ЕР 0424864. Power plant/Asea Brown Bovery (DE)/ - Заявлено 27.10.1989; Опубл. 02.05.1991]. Электростанция включает парогенератор, производящий перегретый пар для удаленной закрытой теплосети и для турбогенератора, производящего электрическую энергию, а также, конденсатор отработанного пара турбины. Кроме того, электростанция оборудована водоподготовительной системой теплообменников-подогревателей конденсата, расположенных по ходу магистрали между конденсатором и парогенератором, и приточного и вытяжного воздуховодов парогенератора, связанных с градирней естественной тяги.

Недостатком является сокращение технологических возможностей ТЭЦ и повышение капитальных затрат.

Прототипом полезной модели является теплоэлектроцентраль для комбинированной выработки теплоты и электроэнергии при переменном сезонном и суточном потреблении. [Гиршфельд В.Я., Морозов Г.Н. Тепловые электрические станции. М., Энергоатомиздат, 1987. С.147, 158]. Известная ТЭЦ содержит паровой котел, теплофикационную турбину с регулируемым отбором и конденсацией, генератор, конденсатор, систему теплоснабжения (потребитель), градирню для оборотного водоснабжения конденсатора.

Конструкция прототипа обусловливает снижение функциональной дифференцированной совместимости с режимами работы систем потребления, особенно при получении тепловой и электрической энергии из разных видов топлива, что сокращает технологические возможности известной установки.

Задачей полезной модели является расширение технологических возможностей энергетического комплекса.

Задача решается тем, что, в энергетическом комплексе, включающем силовую установку с градирней, согласно полезной модели, силовая установка представляет собой мини-ТЭЦ и дизельную электростанцию (ДЭС). Электрические генераторы мини-ТЭЦ и (ДЭС) подключены к электрической подстанции. Мини-ТЭЦ состоит из двух параллельных циклов - теплофикационно-энергретического и теплофикационного. Теплофикационно-энергретический цикл включает паровые энергетические котлы, турбогенераторы, конденсаторы-теплообменники, соединенные с градирней, теплообменники-подогреватели, редукционно-охладительную установку, производственную систему теплоснабжения. Теплофикационный цикл включает паровые котлы, теплообменники-подогреватели, бытовую систему теплоснабжения. Циклы соединены последовательно с водоподготовительной и деаэрационно-питательной установками. Производственная и бытовая системы теплоснабжения снабжены резервным соединением с возможностью объединения или взаимозамены.

Энергетический комплекс оснащен автоматизированной системой управления (АСУ) с возможностью контроля и управления выработки и потребления электрической энергии, а также выработки тепловой энергии.

Технический результат полезной модели заключается в расширении технологических возможностей энергетического комплекса путем дифференциального регулирования производства тепловой и электрической энергии при сезонных и производственных изменениях потребности.

Технический результат достигается,

во-первых, совмещением в конструкции силовой установки энергетического комплекса двух энергетических установок - мини-ТЭЦ и ДЭС, что обусловливает возможность работы на разных видах топлива и возможность резервирования топлива;

во-вторых, параллельной компоновкой двух циклов мини-ТЭЦ - теплофикационно-энергетического, связанного с производственной системой теплоснабжения, и теплофикационного, связанного с бытовой системой теплоснабжения; включая резервное соединение обеих систем теплоснабжения для объединения или взаимозамены;

в-третьих, размещением редукционно-охладительной установки в теплофикационно-энергетическом цикле для редуцирования перегретого пара энергетических паровых котлов и использования их тепловой энергии в теплообменниках - подогревателях для передачи в производсвенную систему теплоснабжения при остановке турбин с сохранением стабильной работы котлов и снижением затрат на собственные нужды.

Технический результат полезной модели способствует повышению надежности независимого энергоснабжения преимущественно отдаленных труднодоступных населенных пунктов и промышленных предприятий в районах с резко-континентальным климатом.

На схеме представлен энергетический комплекс, состоящий из мини-ТЭЦ, ДЭС и электрической подстанции.

Мини-ТЭЦ включает следующее оборудование:

1 - водоподготовительная установка;

2 - деаэрационная установка;

3 - паровой энергетический котел;

4 - паровой котел;

5 - теплофикационная турбина

6 - электрический генератор;

7 - отопительный теплообменник-подогреватель;

8 - конденсатор-теплообменник;

9 - градирня;

10 - редукционно-охладительная установка;

11 - производственный теплообменник-подогреватель.

Энергетический паровой котел 3, паровая теплофикационная турбина 5, электрический генератор 6, отопительный теплообменник-подогреватель (бойлер) 7, конденсатор-теплообменник 8, градирня 9, редукционно-охладительная установка 10 составляют теплофикационно-энергретический цикл, включающий закрытую систему теплоснабжения - отопительную систему потребителя (на схеме не обозначена). Теплофикационный цикл состоит из парового котла 4, производственного теплообменника-подогревателя (бойлера) 11, включающий бытовую - отопительную и технологическую систему теплоснабжения потребителя (на схеме не обозначена). Производственная и бытовая системы теплоснабжения соединены резервным соединением (на схеме не обозначено) с возможностью объединения или взаимозамены.

Основное оборудование ДЭС - дизель 12 в комплекте с электрическим генератором 13. Кроме того, ДЭС содержит связанные трубопроводами расходную емкость топлива, резервуар аварийного сброса топлива, баки чистого и отработанного масла, насосную станцию приготовления топлива, компрессорную станцию, фильтры, трубопроводы, запорную арматуру, контрольно-измерительную аппаратуру (на схеме не показаны).

Электрический генератор 6 и электрический генератор дизеля 13 подключены к электрической подстанции 14.

Энергетический комплекс оснащен централизованной АСУ (на схеме не показана) контроля и управления потребления электроэнергии, контроля и управления выработки электрической и тепловой энергии мини-ТЭЦ и выработки электрической энергии ДЭС.

Энергетический комплекс может включать необходимое количество оборудования каждой из указанных позиций. Количество оборудования определяется инженерно-проектными расчетами.

Энергетический комплекс работает следующим образом. Воду естественного источника, например, из подземных скважин, подают в водоподготовительную установку 1, проводят химическую очистку и подготовку и подают в деаэрационно-питательную установку 2. Из установки 2 питательными насосами воду подают через коллектор в энергетические паровые котлы 3 и в паровые котлы 4. Получают перегретый пар.

Перегретый пар из энергетического котла 3 подают через коллектор-паропровод в паровую теплофикационную турбину 5.

Турбина работает при номинальной мощности с производственным отбором на теплофикационные нужды. Поток пара, проходящий через турбину 5, передает энергию на электрический генератор 6. Получают электроэнергию, которую в виде электрического тока передают на электрическую подстанцию 14.

Ведут производственный отбор пара турбины 5. Пар производственного отбора турбин поступает на отопительные теплообменники-подогреватели 7. Горячая вода из теплообменников-подогревателей 7 поступает в отопительную систему потребителя.

Отработанный пар из турбин 5 подают в конденсаторы-теплообменники 8. Охлаждающую воду конденсаторов-теплообменников 8 направляют в градирню 9 и обратно насосами оборотного водоснабжения. Конденсат конденсаторов-теплообменников 8 возвращают в деаэрационно-питательную установку 2.

Пар из котлов 4 по паропроводу подают в производственные теплообменники-подогреватели 11, откуда поступает горячая вода в отопительную и технологическую систему потребителя.

Дизельное топливо подают в дизель 12, сжигают, передавая энергию на генератор 13. Генератор 13 вырабатывает электрическую энергию, и передают ее на электрическую подстанцию 14.

Ведут централизованный автоматизированный контроль потребления электрической энергии с электрической подстанции, вырабатываемой энергетическим комплексом, контроль и управление выработки электрической и тепловой энергии мини-ТЭЦ, выработки электрической энергии ДЭС.

Пример. Энергетический комплекс Олимпиадинского ГОКа содержит водоподготовительную установку, две деаэрационно-питательные установки, теплофикационно-энергетический и теплофикационный циклы. Теплофикационно-энергетический цикл состоит из пяти энергетических паровых котлов КЕ 25-39-400, трех паровых теплофикационных турбин с регулируемым отбором П-6-3,4/0,5-1 в комплекте с тремя электрическими генераторами ТАП-6-2УЗ, четырех отопительных теплообменника-подогревателя (бойлера), трех конденсаторов-теплообменников КП-540/6М, трех башен градирни, одной редукционно-охладительной установки. Теплофикационный цикл состоит из четырех паровых котла КЕ-10-14, шести производственных теплообменников-подогревателей (бойлеров).

Кроме того, в состав энергетического комплекса входит Парогенераторная станция утилизации отработанного масла® (на схеме не показана), которая содержит горелочные устройства для сжигания отработанного масла, смонтированные на энергетических паровых котлах.

ДЭС энергетического комплекса содержит четыре дизельных двигателя Caterpillar D 3616 в комплекте с четырьмя электрическими генераторами Kato, расходную емкость топлива, резервуар аварийного сброса топлива, баки чистого и отработанного масла, насосную станцию приготовления топлива, компрессорную станцию, фильтры, трубопроводы, запорную арматуру, контрольно-измерительную аппаратуру. Мощность ДЭС - 17,2 МВт.

АСУ включает подсистемы оперативно-диспетчерского контроля и управления, контроллерного управления, КИПиА, исполнительных механизмов и вспомогательного оборудования (на схеме не показаны).

Работу энергетического комплекса в течение зимнего сезона выполняют в следующем порядке.

Готовят воду в водоподготовительной установке 1, затем в деаэрационно-питательных установках 2. Из деаэрационно-питательной установки 2 питательными насосами направляют подготовленную воду в пять энергетических паровых котлов 3. В топки котлов 3 подают измельченный каменный уголь. Под колосниковые решетки подают воздух. В горелочные устройства Парогенераторной станции утилизации отработанного масла® подают отработанное машинное масло различных производств, предназначенное для утилизации. Сжигают уголь и отработанное масло, получают перегретый пар. Абсолютное давление пара 3,2-3,8 Мпа, температура 340-400°С.

Перегретый пар поступает в три паровые турбины 5. Получают 18 МВт электроэнергии, которую в виде электрического тока передают на подстанцию 14 и затем потребителю. Расход пара на турбину 20 т/час.

Ведут производственный отбор пара не более 40 т/час. Давление пара в отборе 0,5 МПа, температура пара в отборе 190°С.

Пар производственного отбора подают в четыре теплообменника-подогревателя (бойлера) 7. Горячую воду из бойлеров передают в отопительную и технологическую производственную сеть потребителя.

Отработанный пар из турбин 6 конденсируют в конденсаторах-теплообменниках 8 циркулированием охлаждающей воды при температуре 25°С через башни градирни 9.

Из деаэрационно-питательной установки 2 подготовленную воду направляют в четыре паровых котла 4. На колосниковую решетку топки котлов 5 подают очищенный от примесей измельченный каменный уголь. Под колосниковые решетки подают воздух. Сжигают уголь, получают пар при температуре 270°С и давлении 1,4 МПа. Пар подают в шесть теплообменников-подогревателей (бойлеров) 7 для передачи горячей воды в бытовую и отопительную сети жилых помещений.

Дизельное топливо из расходной емкости подают через фильтры в дизельный двигатель 12 ДЭС. жигают топливо, получают 17,32 МВт электрической энергии, которую передают от электрического генератора 13 на электрическую подстанцию 14 и затем - потребителю.

Возможно использование нефтяного топлива или мазута для дизельного двигателя. Возможно использование сырой нефти при удовлетворительных физико-химических характеристиках, например, нефти Юрубченского нефтегазового месторождения.

Выполняют измерение, мониторинг, автоматическое регулирование технологических параметров работы оборудования мини-ТЭЦ, ДЭС, электрической подстанции и энергетического комплекса в целом на автоматизированных рабочих местах с использованием оперативной и архивной визуализированной информации и единого информационного пространства.

В течение летнего сезона энергетический комплекс работает в следующем порядке. Готовят воду и получают перегретый пар в энергетических паровых котлах 3 и паровых котлах 4 аналогично режиму работы в зимний период. Перегретый пар поступает в три паровые теплофикационные турбины 5 с производственным отбором аналогично примеру 1. Получают 18 МВт электроэнергии, которую в виде электрического тока передают на электрическую подстанцию 14 и затем передают потребителю. Ведут производственный отбор пара 8 т/час. Давление пара в отборе 0,5 МПа, температура пара в отборе 190°С.Расход пара на турбину 20 т/час. Пар производственного отбора турбин 6 и пар паровых котлов 4 направляют в теплообменники-подогреватели (бойлеры) для передачи потребителю аналогично режиму работы в зимний период.

ДЭС работает без сезонных изменений в соответствии с графиком производства электрической энергии.

В режиме остановки турбин энергетический комплекс работает в следующем порядке. Готовят воду и получают перегретый пар в энергетических паровых котлах 3 и паровых котлах 4 аналогично режиму работы в зимний и летний периоды. Перегретый пар из котлов 3 подают в редукционно-охладительную установку 10, получают редуцированный пар с температурой 180°С и давлением 5 МПа. Редуцированный пар энергетических котлов 3 направляют в теплообменники-подогреватели 7 и пар паровых котлов 4 направляют в теплообменники-подогреватели 11 для передачи горячей воды потребителю аналогично режиму работы в зимний и летний периоды.

ДЭС работает без сезонных изменений в соответствии с графиком производства электрической энергии.

1. Энергетический комплекс, включающий силовую установку, оборудованную градирней, отличающийся тем, что силовая установка представляет собой мини-ТЭЦ и дизельную электростанцию, электрические генераторы которых подключены к электрической подстанции, а мини-ТЭЦ состоит из двух параллельных циклов - теплофикационно-энергетического и теплофикационного, первый из которых включает паровые энергетические котлы, турбогенераторы, конденсаторы-теплообменники, соединенные с градирней, теплообменники-подогреватели, редукционно-охладительную установку, производственную систему теплоснабжения, и соответственно второй цикл включает паровые котлы, теплообменники-подогреватели, бытовую систему теплоснабжения, при этом оба циклы соединены последовательно с водоподготовительной и деаэрационно-питательной установками, а производственная и бытовая системы теплоснабжения оборудованы резервным соединением с возможностью объединения или взаимозамены.

2. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что мини-ТЭЦ, дизельная электростанция и электрическая подстанция оснащены автоматизированной системой управления выработки и потребления электрической энергии, а также выработки тепловой энергии.