RU2151964C1

RU2151964C1 - Method for centralized heating and equipment which implements said method

Info

Publication number: RU2151964C1
Application number: RU96103110/06A
Authority: RU
Inventors: А.В. Ильюша; к В.А. Железн; В.А. Железняк
Original assignee: Смешанное научно-техническое товарищество "Техноподземэнерго"
Priority date: 1996-02-16
Filing date: 1996-02-16
Publication date: 2000-06-27

Abstract

FIELD: heat and power production, in particular, for house heating. SUBSTANCE: method involves heating fuel simultaneously with direct and reverse power converting thermodynamic cycles. Vapor production in reverse thermodynamic cycle uses power of residual heat of working body condensation loop and mechanical or electric power of direct thermodynamic cycle respectively. Equipment set has steam-power unit loop with circulation loop for working body condensation, heating main, and heat users. Equipment has heat pumps with basic charts for their positioning depending on specific conditions of centralized heating systems. EFFECT: increased economic efficiency, ecological purity and safety due to better converting of inner fuel energy into low-potential heat for users, and decreased heat losses upon transmission and distribution to users. 6 cl, 7 dwg

Description

Изобретения относятся к теплоэнергетике и могут быть использованы для централизованного тепло- и теплоэнергоснабжения преимущественно потребителей коммунально-бытовой сферы. The invention relates to a power system and can be used for centralized heat and heat supply mainly to consumers of the municipal sphere.

Известны способы и системы (оборудование) централизованного теплоснабжения бытовых потребителей, включающие переработку - сжигание того или иного топлива в котельных установках, которые непосредственно встроены в жилые дома, производственные здания и сооружения, или в отопительных котельных, размещаемых в непосредственной близости от потребителей тепловой энергии (в жилых кварталах, микрорайонах и т.д.) [1]. Known methods and systems (equipment) of centralized heat supply for household consumers, including the processing - burning of a particular fuel in boiler plants that are directly integrated into residential buildings, industrial buildings and structures, or in heating boiler houses located in the immediate vicinity of thermal energy consumers ( in residential areas, neighborhoods, etc.) [1].

Однако, эффективность использования внутренней энергии топлива и экологическая чистота производства тепловой энергии, в особенности при использовании в качестве первичного энергоносителя твердого топлива невысокого качества, в целом при этом остаются крайне низкими, а эксплуатационные расходы являются достаточно высокими. However, the efficiency of using the internal energy of the fuel and the environmental friendliness of the production of thermal energy, especially when using solid fuel of low quality as the primary energy carrier, in general, remain extremely low, and operating costs are quite high.

Наиболее близким к предлагаемым изобретениям является способ комбинированного производства и поставки потребителям и тепла, и электрической энергии с помощью комплексов паросилового оборудования теплоэлектрических централей (ТЭЦ), включающий переработку - сжигание первичного энергоносителя - топлива и осуществление оборудованием ТЭЦ прямого термодинамического цикла преобразования энергии, в верхней части температурного диапазона которого вырабатывают электрическую энергию, после чего полностью или частично отработанный водяной пар, как промежуточный энергоноситель (рабочее тело прямого термодинамического цикла) подают для централизованного теплоснабжения тех или иных потребителей низкопотенциального тепла [2]. Closest to the proposed inventions is a method for the combined production and supply to consumers of both heat and electric energy using steam power equipment complexes of thermoelectric power plants (CHP), including processing - burning primary energy carrier - fuel and the implementation of CHP equipment direct thermodynamic energy conversion cycle, in the upper part temperature range of which generate electric energy, after which fully or partially spent water steam, as an intermediate energy carrier (working fluid of a direct thermodynamic cycle) is supplied for centralized heat supply of various low-potential heat consumers [2].

Однако, теплоснабжение от теплоэлектроцентралей требует не только больших первоначальных капитальных затрат на сооружение самих ТЭЦ, но и связано с необходимостью прокладки (строительства) и дорогостоящей эксплуатации достаточно протяженных и разветвленных тепловых сетей, в которых теряется заметная доля тепловой энергии в процессе ее транспортировки и распределения потребителям в виде неизбежных потерь в окружающее пространство. Кроме того, и в термодинамическом отношении этот процесс является не совсем экономичным, поскольку на самих ТЭЦ значительная доля внутренней энергии перерабатываемого топлива неизбежно должна отводиться в виде отходящего тепла в циркуляционном контуре конденсации водяного пара, являющегося промежуточным энергоносителем - рабочим телом при осуществлении на ТЭЦ прямого термодинамического цикла преобразования энергии. However, heat supply from combined heat and power plants requires not only large initial capital costs for the construction of the thermal power plants themselves, but also is associated with the need to lay (build) and costly operation of sufficiently long and branched heating networks, in which a noticeable share of thermal energy is lost during its transportation and distribution to consumers in the form of inevitable losses to the environment. In addition, in the thermodynamic relation, this process is not entirely economical, since a significant proportion of the internal energy of the processed fuel must inevitably be removed to the thermal power plants themselves in the form of waste heat in the water vapor condensation circulation loop, which is an intermediate energy carrier — a working fluid when direct thermodynamic is implemented at the thermal power plants energy conversion cycle.

Задача предлагаемых изобретений состоит в повышении экономической эффективности и экологической чистоты централизованного теплоэнергоснабжения путем более полного преобразования внутренней энергии топлива в низкопотенциальное тепло потребителей и сокращения потерь ее при доставке и распределении. The objective of the proposed invention is to increase the economic efficiency and environmental friendliness of centralized heat supply by more fully converting the internal energy of the fuel into low-grade heat of consumers and reducing its losses during delivery and distribution.

Поставленная задача достигается тем, что в способе централизованного теплоэнергоснабжения, включающем переработку - сжигание топлива и осуществление прямого термодинамического цикла преобразования энергии, одновременно осуществляют прямой и обратный термодинамические циклы преобразования энергии, высокотемпературные продукты сжигания топлива преобразуют в прямом термодинамическом цикле в механическую или электрическую энергию, которую затем подают на осуществление обратного термодинамического цикла, а для парообразования в последнем используют отходящее тепло контура конденсации пара прямого термодинамического цикла. The problem is achieved in that in a method of centralized heat supply, including processing - burning fuel and performing a direct thermodynamic cycle of energy conversion, simultaneously carry out direct and reverse thermodynamic cycles of energy conversion, high-temperature products of fuel combustion are converted in a direct thermodynamic cycle into mechanical or electrical energy, which then fed to the implementation of the reverse thermodynamic cycle, and for vaporization in Lednov use waste heat steam condensation circuit direct thermodynamic cycle.

Задача решается также и тем, что комплекс оборудования для централизованного теплоэнергоснабжения, содержащий контур паросилового оборудования для сжигания топлива и получения механической либо электрической энергии с циркуляционным контуром конденсации рабочего тела, теплотрассу и потребителей низкопотенциальной тепловой энергии, снабжен, по меньшей мере, одним тепловым насосом в виде контура, включающего входной теплообменник, компрессор, выходной теплообменник и дроссель или турбину, при этом входной теплообменник включен в циркуляционный контур конденсации рабочего тела паросилового оборудования, а к выходному теплообменнику подключены потребители низкопотенциальной тепловой энергии. The problem is also solved by the fact that the complex of equipment for centralized heat and power supply, containing a steam-powered equipment circuit for burning fuel and producing mechanical or electrical energy with a circulation circuit for condensing the working fluid, the heating main and consumers of low-potential heat energy, is equipped with at least one heat pump in a circuit comprising an inlet heat exchanger, a compressor, an outlet heat exchanger and a throttle or turbine, while the inlet heat exchanger is included in the circuit the condensation circuit of the working fluid of the steam-powered equipment, and consumers of low-potential heat energy are connected to the output heat exchanger.

Предлагаемые способ и комплекс оборудования поясняются иллюстрациями, представленными на фиг. 1 - 7. The proposed method and equipment complex are illustrated by the illustrations presented in FIG. 1 - 7.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемой простейшей, так называемой одноступенчатой системы централизованного теплоснабжения одной группы относительно обособленных потребителей, удаленных от котельной на достаточно близком по условиям транспорта теплоты расстоянии, с подводом в обратный термодинамический цикл механической энергии, получаемой с помощью паровой турбины в прямом термодинамическом цикле. На фиг. 1 изображены: 1, 2 - отопительная котельная; 3 - группа (совокупность) потребителей тепловой энергии; 4 - трубопроводная теплотрасса; 5, 6 - паровой котел с водяным экономайзером; 7 - питающий насос; 8, 9 - накопительно-компенсирующий бак; 10 - паровая турбина; 16 (11) - компрессор; 12 - конденсатор; 13 - циркуляционный насос; 14 - резервуар циркуляционной воды; 15 - входной теплообменник теплового насоса; 17 - выходной теплообменник теплового насоса; 18 - расширительные вентиль (дроссель) или турбина; 19 - подающий (питающий) насос потребителей и 20 - сеть теплоотдающих приборов потребителей. In FIG. Figure 1 shows the diagram of the proposed simplest, so-called single-stage centralized heat supply system of one group of relatively isolated consumers, remote from the boiler house at a close enough distance according to the conditions of heat transport, with mechanical energy supplied to the reverse thermodynamic cycle by using a steam turbine in a direct thermodynamic cycle. In FIG. 1 shows: 1, 2 - heating boiler; 3 - group (totality) of thermal energy consumers; 4 - pipeline heating main; 5, 6 - steam boiler with a water economizer; 7 - feed pump; 8, 9 - storage-compensating tank; 10 - steam turbine; 16 (11) - compressor; 12 - capacitor; 13 - circulation pump; 14 - a tank of circulating water; 15 - input heat exchanger of the heat pump; 17 - output heat exchanger of the heat pump; 18 - expansion valve (throttle) or turbine; 19 - a supply (feed) pump for consumers and 20 - a network of heat transfer devices of consumers.

На фиг. 2 приведена схема одноступенчатой системы централизованного теплоснабжения с передачей энергии в обратный термодинамический цикл по двум независимым каналам. На фиг. 2 цифровыми позициями обозначены одни и те же объекты, что и на фиг. 1. In FIG. Figure 2 shows a diagram of a single-stage district heating system with energy transfer to the reverse thermodynamic cycle through two independent channels. In FIG. 2, the digital objects denote the same objects as in FIG. 1.

На фиг. 3 представлена схема предлагаемой многоступенчатой системы централизованного теплоэнергоснабжения большого числа потребителей, где изображены и обозначены соответственно одни и те же элементы системы одними и теми же цифровыми позициями, что и на фиг. 1, 2, за исключением следующих небольших различий. Позицией 1 на фиг. 3 обозначена обычная тепловая электрическая станция (ТЭС), позициями 2₁ - 2_n обозначены групповые теплообменные пункты, являющиеся по своему назначению как бы аналогичными отопительной котельной 1, 2 (фиг. 1, 2). Кроме того, накопительно-компенсирующий резервуар, отмеченный на фиг. 1, 2 позициями 8, 9, на фиг. 3 показан в виде двух раздельных резервуаров, а именно: 8 - накопитель подпиточной воды и 9 - сливной бак промежуточных ступеней паровой турбины. Наконец позицией 11 на фиг. 3 обозначен электрический генератор, установленный на одном валу с паровой турбиной, соответственно чему позициями 16₁ - 16_n на этой же фигуре обозначены компрессоры тепловых насосов.In FIG. 3 is a diagram of the proposed multi-stage centralized heat supply system for a large number of consumers, where the same system elements are shown and marked with the same digital positions as in FIG. 1, 2, except for the following slight differences. Reference numeral 1 in FIG. 3, a conventional thermal power plant (TPP) is indicated; positions 2 ₁ - 2 _n denote group heat-exchange points, which, as they are, are similar to a heating boiler 1, 2 (Fig. 1, 2). In addition, the storage-compensating reservoir indicated in FIG. 1, 2 at 8, 9, in FIG. 3 is shown in the form of two separate reservoirs, namely: 8 — makeup water storage tank and 9 — drain tank of intermediate stages of a steam turbine. Finally, at 11 in FIG. 3, an electric generator mounted on the same shaft as a steam turbine is indicated; accordingly, the positions 16 ₁ - 16 _n in the same figure indicate heat pump compressors.

На фиг. 4 - 7 приведены варианты реализации способа и предлагаемого комплекса оборудования с теми или иными специфическими особенностями и частными требованиями тепло- и теплоэнергоснабжения конкретных потребителей. На фиг. 4 - 7 одними и теми же цифровыми позициями обозначены одни и те же элементы - объекты соответственно, что и на фиг. 1-3. In FIG. 4 - 7 show the options for implementing the method and the proposed complex of equipment with certain specific features and particular requirements of heat and heat supply for specific consumers. In FIG. 4-7, the same numeric numerals denote the same elements — objects, respectively, as in FIG. 1-3.

Предлагаемый способ может быть реализован различными основными путями и осуществляется следующим образом. The proposed method can be implemented in various main ways and is carried out as follows.

Пример 1. Пусть требуется обеспечить централизованным теплоснабжением относительно небольшую группу потребителей тепловой энергии подобно тому, как это делается с помощью обычных отопительных котельных, располагаемых внутри жилых кварталов, но при обязательном значительном повышении экономической эффективности и экологической чистоты производства. Для этого в соответствии с предлагаемым способом отопительную котельную, обозначенную условно цифрами 1, 2 (фиг. 1), как и обычно соединяют с группой потребителей 3 трубопроводной теплотрассой 4, имеющей прямой и обратный трубопроводы. Example 1. Let it be required to provide a relatively small group of heat energy consumers with centralized heat supply, similar to how this is done with conventional heating boilers located inside residential quarters, but with a significant significant increase in economic efficiency and environmental cleanliness of production. To do this, in accordance with the proposed method, the heating boiler room, conventionally designated by the numbers 1, 2 (Fig. 1), as usual, is connected to a group of consumers 3 by a heating pipe 4 having direct and return pipelines.

В здании котельной 1, 2 устанавливают контур паросилового энергооборудования, соединенного обычным образом и предназначенного для переработки-сжигания того или иного топлива. Паросиловое энергооборудование включает в себя паровой котел 5 с водяным экономайзером 6, питательный насос 7, накопитель подпиточной воды и сливной баки 8, 9 (условно показаны одним прямоугольником), а также паровую турбину 10. Однако, к выходному валу паровой турбины 10 подсоединяют не электрический генератор, как это имеет место обычно на тепловых электростанциях, а компрессор, например винтового типа, обозначенный условно совокупностью цифр 16 (11), являющийся одним из основных элементов теплового насоса. Кроме того, здесь же в котельной 1, 2 устанавливают конденсатор 12, циркуляционный насос 13 с резервуаром циркуляционной воды 14. В качестве последнего при требующейся достаточно большой тепловой мощности отопительной котельной 1, 2 должен быть использован и тот или иной внешний источник циркуляционной охлаждающей воды 14 (пруд-охладитель, градирня и т.п.). In the building of boiler room 1, 2, a steam-powered power equipment circuit is installed, connected in the usual way and intended for processing-burning of a particular fuel. Steam-powered power equipment includes a steam boiler 5 with a water economizer 6, a feed pump 7, a make-up water storage tank and a drain tank 8, 9 (shown by one rectangle), as well as a steam turbine 10. However, a non-electric turbine 10 is connected to the output shaft a generator, as is usually the case in thermal power plants, and a compressor, for example a screw type, conventionally designated by a combination of numbers 16 (11), which is one of the main elements of a heat pump. In addition, here in the boiler room 1, 2, a condenser 12, a circulation pump 13 with a circulation water tank 14 are installed. As the last one, with a sufficiently large thermal power of the heating boiler 1, 2, one or another external source of circulating cooling water 14 must be used (cooling pond, cooling tower, etc.).

Далее в котельной 1, 2 устанавливают входной теплообменник 15, а непосредственно на объекте - совокупности потребителей тепла 3 размещают выходной теплообменник 17, замкнутые в контур через компрессор 16 (11) и вентиль 18, находящиеся в здании котельной, прямым и обратным трубопроводами теплотрассы 4. При этом компрессор (16) 11 включен в прямой трубопровод теплотрассы, а расширительный вентиль 18 включен в обратный трубопровод. Наконец, входной теплообмениик 15 теплового насоса подключают к выходу конденсатора 12 в контуре циркуляции охлаждающей воды, а к выходному теплообменнику 17 через подающий насос 19 подсоединяют сеть теплоотдающих приборов 20 потребителей тепловой энергии 3. Next, in the boiler room 1, 2, an inlet heat exchanger 15 is installed, and directly at the facility - a set of heat consumers 3, an outlet heat exchanger 17 is placed, closed in a circuit through a compressor 16 (11) and a valve 18, located in the boiler house building, with direct and return pipelines of the heating main 4. In this case, the compressor (16) 11 is included in the direct pipeline of the heating main, and the expansion valve 18 is included in the return pipe. Finally, the input heat exchanger 15 of the heat pump is connected to the output of the condenser 12 in the cooling water circulation circuit, and the network of heat transfer devices 20 of the heat energy consumers 3 is connected to the output heat exchanger 17 through the supply pump 19.

После запуска в работу всего оборудования котельной в котле 5 ведут сжигание топлива с максимально возможной или заданной эффективностью и в целом с помощью описанного паросилового энергооборудования котельной осуществляют прямой термодинамический цикл преобразования внутренней химической энергии топлива в механическую работу - вращение паровой турбины 10, на одном валу с которой установлен компрессор 16 (11), являющийся одним из основных элементов теплового насоса. After putting into operation all the equipment of the boiler room in boiler 5, the fuel is burned with the highest possible or specified efficiency and, in general, using the steam-powered power equipment of the boiler room described above, a direct thermodynamic cycle is carried out for converting the internal chemical energy of the fuel into mechanical work - rotation of the steam turbine 10, on one shaft with which installed compressor 16 (11), which is one of the main elements of the heat pump.

Далее, так как в контур циркуляции охлаждающей воды 12 включен входной теплообменник 15, то в последнем за счет отходящего тепла контура конденсации водяного пара, то есть за счет тепла, отводимого от рабочего тела в процессе прямого термодинамического цикла преобразования энергии, происходит парообразование (испарение) рабочего тела теплового насоса, имеющего низкую температуру кипения, например аммиака, угольной кислоты и т.п. Поэтому этот пар отводится из теплообменника 15 компрессором 16 (11) и за счет механической энергии паровой турбины 10 сжимается. Температура его при этом повышается до заданного уровня и он поступает по прямому трубопроводу теплотрассы 4 в выходной теплообменник 17, который от этого рабочего тела теплоту отбирает и она подающим насосом 19 направляется в сеть теплоотдающих приборов потребителей 20, а само рабочее тело теплового насоса по обратному трубопроводу теплотрассы возвращается в котельную. После расширительного вентиля или турбины 18 пар этого рабочего тела конденсируется и снова поступает на стадию парообразования во входной теплообменник 15. Further, since the input heat exchanger 15 is included in the cooling water circuit 12, in the latter due to the waste heat of the condensation circuit of water vapor, i.e. due to the heat removed from the working fluid during the direct thermodynamic cycle of energy conversion, vaporization (evaporation) occurs the working fluid of a heat pump having a low boiling point, for example ammonia, carbonic acid, etc. Therefore, this steam is discharged from the heat exchanger 15 by the compressor 16 (11) and is compressed due to the mechanical energy of the steam turbine 10. At the same time, its temperature rises to a predetermined level and it enters through the direct pipeline of the heat pipe 4 to the output heat exchanger 17, which takes heat from this working fluid and it is sent by the supply pump 19 to the network of heat-transfer devices of consumers 20, and the working body of the heat pump through the return pipe heating main returns to the boiler room. After the expansion valve or turbine 18, the pairs of this working fluid condenses and again enters the vaporization stage in the inlet heat exchanger 15.

Таким образом, одновременно с осуществлением в контуре паросилового энергооборудования прямого термодинамического цикла преобразования энергии в котельной одновременно осуществляется и обратный термодинамический цикл с помощью оборудования теплового насоса (устройства 15 - 16 (11) - 17 -18). При этом и парообразование в обратном цикле, и подвод в него внешней энергии, осуществляют непосредственно из прямого термодинамического цикла, а именно: на стадию парообразования в виде отходящего тепла циркуляционного контура конденсации водяного пара и на стадию сжатия рабочего тела в виде механической энергии от паровой турбины, то есть со стадии расширения рабочего тела прямого термодинамического цикла. Thus, at the same time that a direct thermodynamic cycle of energy conversion in the boiler room is implemented in the steam power equipment circuit, the reverse thermodynamic cycle is simultaneously carried out using the heat pump equipment (devices 15-16 (11) - 17-18). In this case, both steam formation in the reverse cycle and external energy supply into it are carried out directly from the direct thermodynamic cycle, namely, to the stage of vaporization in the form of waste heat from the circulating condensation circuit of water vapor and to the stage of compression of the working fluid in the form of mechanical energy from a steam turbine , that is, from the stage of expansion of the working fluid of the direct thermodynamic cycle.

Следует особо подчеркнуть, что эффективность осуществления прямого термодинамического цикла преобразования энергии является, как известно, тем более высокой, чем выше температурный диапазон, в котором он осуществляется, в частности чем более высокой является температура, при которой к рабочему телу (в данном случае к водяному пару) подводится теплота. Поэтому в отличие от существующих отопительных котельных тепловая энергия продуктов сгорания топлива, имеющих температуру 1000^oC и даже более, а следовательно и обладающих достаточно высокой энергией, как основной мерой "работоспособности" тепловой энергии, не теряется бесполезно, а в наиболее выгодном в энергетическом отношении превращается в механическую энергию, которая затем поступает в обратный термодинамический цикл, имеющий в свою очередь высокую эффективность, поскольку коэффициент преобразования энергии в нем, как известно, является большим единицы. Тем самым в предлагаемой, так называемой термодинамической отопительной котельной обеспечивается наиболее экономичное и наиболее полное преобразование внутренней энергии топлива в низкопотенциальную теплоту, необходимую для коммунально-бытовых потребителей, а следовательно, и повышение экономической эффективности и экологической чистоты централизованного теплоснабжения в целом.It should be emphasized that the efficiency of the direct thermodynamic cycle of energy conversion is, as you know, the higher the higher the temperature range in which it is carried out, in particular, the higher the temperature at which the working fluid (in this case, water a couple) heat is supplied. Therefore, unlike existing heating boiler houses, the thermal energy of fuel combustion products having a temperature of 1000 ^o C and even more, and therefore having a sufficiently high energy, as the main measure of the "operability" of thermal energy, is not lost uselessly, but in the most favorable energy sense turns into mechanical energy, which then enters the reverse thermodynamic cycle, which in turn has high efficiency, since the energy conversion coefficient in it is known to be It is large units. Thus, the proposed so-called thermodynamic heating boiler provides the most economical and most complete conversion of the internal energy of the fuel into low-grade heat, which is necessary for domestic consumers, and therefore, increase the economic efficiency and environmental friendliness of district heating as a whole.

Пример 2. Известно, что в существующих системах централизованного теплоснабжения одним из самых слабых звеньев являются теплотрассы и тепловые сети. Это обусловлено тем, что, как при водяном, так и при паровом отоплении, теплотрассы одновременно находятся под воздействием и повышенных температур, и под избыточным давлением относительно окружающей среды. Эти параметры в общем случае являются тем большими, чем большие количества тепла должны подаваться по теплотрассам потребителям. Соответственно этому с ростом этих параметров все в большей степени возрастают и потери тепла в них, а возникающие здесь дефекты имеют как бы саморазвивающийся - прогрессирующий характер. Предлагаемый способ позволяет по-новому решать и эту серьезную проблему, что достигается следующим образом. Example 2. It is known that in existing district heating systems, one of the weakest links is heating mains and heating networks. This is due to the fact that, both with water and steam heating, heating mains are simultaneously exposed to both elevated temperatures and overpressure relative to the environment. In general, these parameters are the larger, the larger amounts of heat must be supplied to consumers by heating mains. Accordingly, with the growth of these parameters, the heat loss in them also increases to a greater extent, and the defects that arise here have a self-developing, progressive character. The proposed method allows a new solution to this serious problem, which is achieved as follows.

Пусть отопительная котельная 1, 2 (фиг. 2) находится от потребителей тепловой энергии на таком удалении, что потери тепла в теплотрассе 4 становятся уже недопустимыми, независимо от того, каким образом оно вырабатывается. Тогда согласно предлагаемому способу, как и ранее (пример 1), в процессе теплоснабжения одновременно осуществляют прямой и обратный термодинамические циклы преобразования энергии. Однако, на валу паровой турбины устанавливают обычный электрический генератор 11, а компрессор 16, выходной теплообменник 17 и расширительные вентиль или турбину 18 размещают совместно в конце теплотрассы 4 - в непосредственной близости от потребителей тепла 3. При этом компрессор 16 дополнительно снабжают электроприводом, который подключают к электрическому генератору 11 котельной 1, 2 с помощью той или иной линии электропередачи (на фиг. 2 она условно не показана). Let the heating boiler room 1, 2 (Fig. 2) be located at such a distance from the consumers of heat energy that the heat losses in the heating line 4 are already unacceptable, regardless of how it is generated. Then, according to the proposed method, as before (example 1), in the process of heat supply, direct and reverse thermodynamic cycles of energy conversion are simultaneously carried out. However, a conventional electric generator 11 is installed on the shaft of the steam turbine, and the compressor 16, the output heat exchanger 17, and the expansion valve or turbine 18 are placed together at the end of the heating pipe 4, in close proximity to the heat consumers 3. Moreover, the compressor 16 is additionally equipped with an electric drive, which is connected to the electric generator 11 of the boiler room 1, 2 using one or another power line (in Fig. 2 it is not shown conditionally).

В результате этого в котельной 1, 2, как и в предыдущем примере, с высокой термодинамической эффективностью внутренняя - химическая энергия топлива в прямом цикле превращается в электроэнергию, которая в данном случае с самыми минимальными потерями передается к месту расположения потребителей тепла 3, а отходящее тепло из циркуляционного контура конденсации водяного пара отбирается входным теплообменником 15 теплового насоса и поступает туда же по прямому трубопроводу теплотрассы 4. As a result of this, in boiler room 1, 2, as in the previous example, with high thermodynamic efficiency, the internal - chemical energy of the fuel in a direct cycle is converted into electricity, which in this case is transmitted with the lowest possible losses to the location of heat consumers 3, and the waste heat from the circulating circuit, the condensation of water vapor is selected by the input heat exchanger 15 of the heat pump and enters there through a direct pipeline of the heating main 4.

Таким образом, к месту расположения потребителей тепла 3 энергия из прямого термодинамического цикла (из котельной 1, 2) с малыми потерями поступает по двум независимым каналам, а именно: в виде теплоты с температурой, не на много отличающейся от температуры окружающей среды по прямому трубопроводу теплотрассы 4 и в виде электрической энергии по воздушной или кабельной линии. Непосредственно у потребителей оба эти вида энергии с достаточно высокой термодинамической эффективностью оборудованием обратного термодинамического цикла - тепловым насосом (теплообменник 15 - компрессор с электроприводом 16 - теплообменник 17 - расширительные вентиль или турбина 18, фиг. 2) превращаются в низкопотенциальное тепло потребителей 3. Следствием такого осуществления обратного термодинамического цикла и приведенного на фиг. 2 расположения оборудования теплового насоса является тот факт, что трубопроводы теплотрассы 4 выполняются не только на значительно меньшую пропускную способность по теплу и имеют температуру, близкую к температуре окружающей среды, но и постоянно находятся не под избыточным давлением, а имеют определенную депрессию, создаваемую компрессором 16. Thus, to the location of heat consumers 3, energy from the direct thermodynamic cycle (from boiler room 1, 2) with small losses enters through two independent channels, namely: in the form of heat with a temperature not much different from the ambient temperature through a direct pipeline heating mains 4 and in the form of electric energy through an overhead or cable line. Directly to consumers, both of these types of energy with a sufficiently high thermodynamic efficiency, equipment of the reverse thermodynamic cycle - a heat pump (heat exchanger 15 - electric compressor 16 - heat exchanger 17 - expansion valve or turbine 18, Fig. 2) turn into low-potential heat of consumers 3. The consequence of this the reverse thermodynamic cycle shown in FIG. 2 of the location of the heat pump equipment is the fact that the pipelines of the heating main 4 are not only run at a significantly lower heat throughput and have a temperature close to the ambient temperature, but they are not constantly under excessive pressure, but have a certain depression created by the compressor 16 .

Поэтому эксплуатационная надежность теплотрассы 4 в этом случае существенно повышается, хотя при этом и появляется необходимость использования в качестве теплоносителя по сравнению с существующими системами централизованного теплоснабжения специального рабочего тела (газа или жидкости), имеющего низкую температуру кипения. Сама же котельная 1, 2 при этом превращается фактически в тепловую электрическую станцию. Therefore, the operational reliability of the heating main 4 in this case is significantly increased, although this also necessitates the use of a special working fluid (gas or liquid) having a low boiling point as a heat carrier in comparison with the existing systems of centralized heat supply. The boiler room 1, 2 itself turns into a thermal power station.

Необходимо также особо подчеркнуть, что в обоих рассмотренных примерах реализации способа сложность и капиталоемкость оборудования котельной 1, 2 существенно повышаются. Однако, более высокая эффективность использования первичного энергоносителя - топлива, снижение потерь тепловой энергии в теплотрассах, доходящих до 10-15% и даже более, повышение надежности централизованного теплоснабжения потребителей в конечном итоге будут при этом быстро окупать соответствующее увеличение капитальных затрат. It is also necessary to emphasize that in both examples of the method implementation, the complexity and capital intensity of the boiler equipment 1, 2 are significantly increased. However, a higher efficiency of using primary energy carrier - fuel, reduction of heat energy losses in heating mains, reaching up to 10-15% and even more, increase of reliability of district heating of consumers will ultimately quickly pay off the corresponding increase in capital costs.

Рассмотренные в примерах 1, 2 системы, реализующие предлагаемый способ по сравнению с системами централизованного теплоснабжения от обычных отопительных котельных, являются, как уже было отмечено ранее, простейшими (названными условно) одноступенчатыми системами. Они безусловно имеют не только важное самостоятельное значение, но будучи в чем-то даже и принципиально отличными друг от друга, создают существенно новую основу для построения достаточно больших, высокоэффективных, так называемых многоступенчатых (с точки зрения процесса теплоснабжения в целом) систем централизованного теплоэнергоснабжения, одна из которых рассматривается в следующем примере реализации предлагаемого способа. The systems considered in Examples 1 and 2, which implement the proposed method in comparison with district heating systems from conventional heating boiler houses, are, as already noted, the simplest (conditionally named) single-stage systems. They certainly have not only important independent significance, but being somewhat fundamentally different from each other, they create a fundamentally new basis for constructing sufficiently large, highly efficient, so-called multi-stage (from the point of view of the heat supply process as a whole) centralized heat supply systems, one of which is considered in the following example implementation of the proposed method.

Пример 3. Пусть требуется создать высокоэффективную систему централизованного теплоэнергоснабжения для достаточно крупного города, совокупности микрорайонов или небольших городов и поселков, рассредоточенных и удаленных друг от друга с точки зрения транспорта тепловой энергии на довольно значительных расстояниях. Согласно предлагаемому способу эта проблема решается с помощью так называемой многоступенчатой системы централизованного теплоэнергоснабжения, технологическая схема работы которой представлена на фиг. 3. Система включает в себя центральную тепловую электрическую станцию (ТЭС) 1, место расположения которой выбирают исходя из обеспечения наиболее подходящих условий работы прежде всего самой станции и исходя, в частности, из минимизации затрат на доставку и хранение запасов топлива, например угля. Ясно, что последнее будет иметь место в том случае, когда уголь будет перерабатываться всего лишь в одном-единственном месте. На выбранном месте сооружают достаточно мощную тепловую электрическую станцию (ТЭС) 1 (фиг. 3), являющуюся фактически описанной в примере 2 (фиг. 2) термодинамической котельной, вырабатывающей в прямом термодинамическом цикле электроэнергию и низкопотенциальное отходящее тепло циркуляционного контура конденсации водяного пара. В местах относительно обособленного расположения групп потребителей тепловой энергии 3₁ - 3_n оборудуют центральные (групповые) теплообменные пункты 2₁ - 2_n, которые соединяют каждый в отдельности с ТЭС 1 групповыми теплотрассами 4₁ - 4_n.Example 3. Let it be required to create a highly efficient centralized heat supply system for a sufficiently large city, a set of microdistricts or small cities and towns dispersed and remote from each other in terms of heat energy transport at rather considerable distances. According to the proposed method, this problem is solved with the help of the so-called multi-stage centralized heat supply system, the technological scheme of which is presented in FIG. 3. The system includes a central thermal power station (TPP) 1, the location of which is selected on the basis of providing the most suitable working conditions, especially for the station itself and, in particular, minimizing the cost of delivery and storage of fuel supplies, such as coal. It is clear that the latter will take place in the case when coal will be processed in only one single place. A sufficiently powerful thermal power station (TPP) 1 (Fig. 3) is being constructed at the chosen site, which is actually the thermodynamic boiler house described in Example 2 (Fig. 2), which generates electricity and a low-grade waste heat from the circulating condensation circuit of water vapor in the direct thermodynamic cycle. In a separate ground relative to the location of the consumers of heat energy 3 ₁ - 3 _n equip central (group) exchanging items 2 ₁ - 2 _n, which connect individually with the heating duct TES group 1 4 ₁ - 4 _n.

Сливной трубопровод (канал) циркуляции охлаждающей воды контура конденсации отработанного водяного пара на ТЭС выполняют в виде n параллельных ветвей - трубопроводов (по числу n обособленных групп потребителей тепловой энергии), в каждую из которых устанавливают (включают) входной теплообменник 15₁ - 15_n тепловых насосов. На каждом из 2₁-2_n групповых теплообменных пунктов размещают компрессоры 16₁- 16_n с электроприводами, выходные теплообменники 17₁-17_n, а также расширительные вентили (дроссели) или турбины 18₁ -18_n, которые соответственно в совокупности со входными теплообменниками 15₁ - 15_n образуют n схем тепловых насосов. К групповым теплообменным пунктам 2₁ - 2_n через питающие насосы 19₁ - 19_n подключают соответственно группы потребителей тепловой энергии 3₁- 3_n с теми или иными сетями отопительных и других теплоотдающих приборов. Электроприводы компрессоров 16₁- 16_n в обычном порядке с помощью линий электропередачи (на фиг. 3 условно не показаны) подсоединяют к электрическому генератору 11 центральной ТЭС 1.A drain pipe (channel) for cooling water circulation of the condensed water vapor condensation circuit at TPPs is made in the form of n parallel branches - pipelines (according to the number of n separate groups of thermal energy consumers), each of which is installed (include) an input heat exchanger 15 ₁ - 15 _n heat pumps. At each of 2 ₁ -2 _n group of heat exchange points disposed compressors 16 ₁ - 16 _n-electric, the output coils January ₁₇ -17 _n, and expansion valves (choke) or turbine January ₁₈ -18 _n, which are respectively combined with the input heat exchangers 15 ₁ - 15 _n form n heat pump circuits. To group heat exchange points 2 ₁ - 2 _n through the supply pumps 19 ₁ - 19 _n , respectively, groups of consumers of thermal energy 3 ₁ - 3 _{n are} connected with one or another network of heating and other heat-releasing devices. The electric drives of the compressors 16 ₁ - 16 _n in the usual manner using power lines (not shown conventionally in Fig. 3) are connected to the electric generator 11 of the central TPP 1.

Работа всего энерготехнологического оборудования этой системы централизованного теплоэнергоснабжения практически полностью совпадает с изложенным в примере 1 и в особенности с изложением примера 2. Тем не менее целесообразно подчеркнуть, что в чисто пространственном отношении здесь имеется не два, а три явно выраженных иерархических уровня производства, доставки и распределения тепловой энергии на различных стадиях, начиная со стадии переработки-сжигания первичного энергоносителя - топлива. Первый уровень - это уровень центральной ТЭС, второй уровень - это уровень групповых теплообменных пунктов 2₁-2_n и третий уровень - теплоотдающие приборы групп потребителей 3₁ - 3_n Наличие указанных трех уровней и позволяет, собственно говоря, относить рассматриваемую систему централизованного теплоэнергоснабжения к классу многоступенчатых. Ясно, что системы в приведенных выше примерах 1, 2, названные условно одноступенчатыми, имеют только два уровня, поскольку первый и второй, а также второй и третий уровни в указанном смысле как бы совпадают, смещаясь в ту или другую сторону.The work of all the energy-technological equipment of this centralized heat supply system almost completely coincides with that described in example 1 and especially with the statement of example 2. Nevertheless, it is advisable to emphasize that in purely spatial terms there are not two, but three clearly defined hierarchical levels of production, delivery and distribution of thermal energy at various stages, starting from the stage of processing and burning of the primary energy carrier - fuel. The first level is the level of the central thermal power station, the second level is the level of group heat exchange points 2 ₁ -2 _n and the third level is heat transfer devices of consumer groups 3 ₁ - 3 _n The presence of these three levels allows, in fact, to refer the considered system of centralized heat supply to multistage class. It is clear that the systems in the above examples 1, 2, called conditionally single-stage, have only two levels, since the first and second, as well as the second and third levels in the indicated sense coincide, shifting in one direction or another.

Далее, по сравнению с существующими теплоэлектроцентралями (ТЭЦ) в предлагаемой системе комбинировано, то есть одновременно осуществляются прямой и обратный термодинамические циклы преобразования энергии, что дает основание относить их к принципиально новому классу, назовем условно, классу термодинамических теплоэлектроцентралей (ТТЭЦ) по аналогии с использованным в примерах 1, 2 термином "термодинамическая котельная". Правомочность такого акцента совершенно очевидна, поскольку на существующих отопительных котельных термодинамические циклы, как круговые процессы с тем или иным рабочим телом для получения той или иной энергии (механической или электрической), в отличие от предлагаемых, не используются. Предлагаемый способ централизованного теплоэнергоснабжения допускает и ряд других путей его реализации, рассматриваемых ниже. Further, in comparison with the existing heat and power plants (CHP), the proposed system is combined, that is, direct and reverse thermodynamic cycles of energy conversion are simultaneously carried out, which gives reason to classify them as a fundamentally new class, let's call it, the class of thermodynamic power plants (CHP) by analogy with the used in examples 1, 2, the term "thermodynamic boiler". The legitimacy of such an emphasis is completely obvious, since thermodynamic cycles, such as circular processes with one or another working fluid, are not used in existing heating boiler houses to obtain this or that energy (mechanical or electrical). The proposed method of district heating allows for a number of other ways of its implementation, discussed below.

Пример 4. Пусть требуется обеспечить централизованное теплоснабжение группы потребителей в условиях, когда доставка и переработка-сжигание топлива в зоне, непосредственно примыкающей к месту расположения потребителей тепла, являются нежелательными или просто недопустимыми по тем или иным соображениям. Тогда согласно предлагаемому способу прямой термодинамический цикл преобразования внутренней энергии топлива осуществляют далеко за пределами этой зоны, а к котельной 1, 2 (фиг. 4, а) подводят линию электропередачи, по которой электрическую энергию из прямого цикла, осуществляемого, образно выражаясь "где-то", подают в обратный термодинамический цикл, осуществляемый в теплообменном пункте - котельной. При этом в последней в качестве источника энергии входного теплообменника теплового насоса может быть использован электрический кипятильник типа "Титан", обозначенный условно позицией 22, питающийся от все той же электрической сети (фиг. 4, а) либо, как и в примерах 1-3, собственно входной теплообменник, если имеется какой-либо внешний источник (фиг. 4, б) низкопотенциального тепла (река скважина, тепловые отходы какого- либо технологического процесса и т.д.). Example 4. Suppose that it is required to provide centralized heat supply to a group of consumers under conditions when the delivery and processing-burning of fuel in an area directly adjacent to the location of heat consumers is undesirable or simply unacceptable for one reason or another. Then, according to the proposed method, the direct thermodynamic cycle of converting the internal energy of the fuel is carried out far beyond this zone, and a power line is brought to the boiler room 1, 2 (Fig. 4, a), through which the electric energy from the direct cycle, figuratively expressed "where- then ", is fed into the reverse thermodynamic cycle, carried out in a heat exchanger point - a boiler room. Moreover, in the latter, an electric boiler of the type "Titan", conventionally designated 22, powered from the same electrical network (Fig. 4a) or, as in examples 1-3, can be used as the energy source of the input heat exchanger of the heat pump , actually the input heat exchanger, if there is any external source (Fig. 4, b) of low potential heat (river borehole, thermal waste of any technological process, etc.).

Наконец, если имеется возможность переработки-сжигания относительно небольшого количества топлива в качестве источника первичной энергии, то входной теплообменник теплового насоса выполняют в виде того или иного подогревателя-испарителя низкокипящего рабочего тела, применяемого в обратном термодинамическом цикле (фиг. 4, в). Работа на сжатие паров рабочего тела во всех этих случаях осуществляется компрессором за счет электрической энергии, получаемой из сети. В остальном же осуществление предлагаемого способа и работа используемого оборудования при этом остаются такими же, как и в предыдущих примерах. Finally, if there is the possibility of processing-burning a relatively small amount of fuel as a source of primary energy, then the heat pump inlet heat exchanger is made in the form of one or another low-boiling medium heater-evaporator used in the reverse thermodynamic cycle (Fig. 4, c). Work on the compression of the vapor of the working fluid in all these cases is carried out by the compressor due to the electrical energy received from the network. Otherwise, the implementation of the proposed method and the operation of the equipment used remain the same as in the previous examples.

Как следует из вышеизложенного, обеспечение эффективной реализации предлагаемого способа предполагает, в частности, использование в качестве рабочего тела, транспортирующего тепло к потребителям по тепловым трассам 4, специальной жидкости или газа с низкой температурой парообразования (кипения) и достаточно приемлемыми эксплуатационными свойствами (высокая теплота парообразования, низкая стоимость, инертность, безвредность и т.д.). Наиболее предпочтительным здесь было бы применение летучих жидкостей (например, этилхлорида C₂H₂Cl с температурой кипения 12,5^oC), которые практически безвредны, не образуют взрывоопасных смесей с воздухом и не реагируют с металлами.As follows from the foregoing, ensuring the effective implementation of the proposed method involves, in particular, the use of a special fluid or gas with a low vaporization (boiling) temperature and sufficiently acceptable operational properties (high heat of vaporization) as a working fluid transporting heat to consumers through heat routes 4 , low cost, inertness, harmlessness, etc.). The most preferred here would be the use of volatile liquids (for example, ethyl chloride C ₂ H ₂ Cl with a boiling point of 12.5 ^o C), which are practically harmless, do not form explosive mixtures with air and do not react with metals.

Возможно также применение и других низкотемпературных теплоносителей (аммиак, метиламин, окись этилена и т.д.), температура парообразования которых лежит в том или ином температурном диапазоне, как отрицательных, так и положительных температур по Цельсию, а также фреонов, которые сегодня очень широко применяются в холодильной технике. Вместе с тем применение в теплотрассах коммунально-бытового теплоснабжения принципиально нового теплоносителя потребует, конечно, определенного промежутка времени, повышения уровня их эксплуатации, качества применяемых материалов и т.д. Однако, предлагаемый способ допускает и ряд реализаций, рассматриваемых ниже, хотя, вероятно, и с некоторым снижением эффективности, при которых и передача тепла по теплотрассам будет осуществляться практически так же, как и в существующих системах централизованного теплоснабжения, то есть без применения какого-либо специального теплоносителя. It is also possible to use other low-temperature coolants (ammonia, methylamine, ethylene oxide, etc.), the vaporization temperature of which lies in one or another temperature range, both negative and positive Celsius temperatures, as well as freons, which are very wide today used in refrigeration. At the same time, the use in heating pipelines of domestic heating of a fundamentally new coolant will, of course, require a certain period of time, increase the level of their operation, the quality of the materials used, etc. However, the proposed method allows a number of implementations, which are considered below, although it is likely with a slight decrease in efficiency, in which the heat transfer along the heating mains will be carried out almost in the same way as in existing district heating systems, that is, without any special heat carrier.

Пример 5. Простейшим примером такой реализации предлагаемого способа является случай, когда все оборудование теплового насоса (входной теплообменник - компрессор - выходной теплообменник - дроссельный вентиль) располагается сосредоточенно в самой котельной 1, 2 (фиг. 5), а потребители 3 подключаются к выходному теплообменнику не непосредственно, а через теплотрассу 4. Фактически в данном случае предлагаемая система централизованного теплоснабжения отличается от существующих только тем, что сама котельная выполняется не как обычно, а является более сложной - термодинамической, поскольку в ней осуществляется не просто сжигание топлива, а имеет место одновременное протекание прямого и обратного термодинамических циклов преобразования энергии со всеми вытекающими отсюда последствиями (примеры 1, 2). Однако такая простейшая реализация предлагаемого способа централизованного теплоснабжения не позволяет достичь улучшения работы и тепловых сетей, о чем уже говорилось ранее. В частности, потери тепла в теплотрассах при этом будут практически неизменными, поскольку по ним транспортируется тепло точно так же, как и в существующих системах. Example 5. The simplest example of such an implementation of the proposed method is the case when all the heat pump equipment (inlet heat exchanger - compressor - outlet heat exchanger - throttle valve) is concentrated in the boiler room 1, 2 (Fig. 5), and consumers 3 are connected to the outlet heat exchanger not directly, but through the heating main 4. In fact, in this case, the proposed district heating system differs from the existing ones only in that the boiler house itself is not executed as usual, but is It is more complex - thermodynamic, because it does not just burn fuel, but simultaneously takes place direct and reverse thermodynamic cycles of energy conversion with all the ensuing consequences (examples 1, 2). However, such a simple implementation of the proposed method of district heating does not allow to improve the work and heating networks, as mentioned earlier. In particular, the heat loss in heating mains will be practically unchanged, since heat is transported through them in the same way as in existing systems.

Высокая универсальность и большие потенциальные возможности, которыми обладает предлагаемый способ централизованного теплоэнергоснабжения, обеспечивают тем не менее и ряд других высокоэффективных реализаций и примеров построения систем теплоснабжения, рассматриваемых ниже, в которых исключается необходимость применения в теплотрассах специальных рабочих тел. The high universality and great potentialities that the proposed method of centralized heat supply has, however, provide a number of other highly efficient implementations and examples of constructing heat supply systems, discussed below, which eliminate the need for special working fluids in heating mains.

Пример 6. Пусть потребители тепловой энергии 3 удалены от котельной 1, 2 на значительное по условиям транспорта теплоты расстояние, вследствие того, что потери тепла в теплотрассе 4 становятся уже неприемлемыми. Тогда предлагаемые способ и комплекс оборудования реализуются так, как это показано на фиг. 6. Оборудование теплового насоса также устанавливается (компонуется) в полностью сосредоточенном виде, но сам тепловой насос устанавливается в непосредственной близости от потребителей тепла 3. Энергию к тепловому насосу, как и в примере 2 (фиг. 2), здесь также подают по двум независимым каналам, а именно - по теплотрассе 4 и по линии электропередачи. Однако, по теплотрассе 4 к потребителям 3 из прямого термодинамического цикла (из котельной) энергию-тепло подают не с помощью специального рабочего тела, а за счет циркуляции обычной охлаждающей воды контура конденсации водяного пара термодинамической котельной 1, 2. Это достигается тем, что входной теплообменник 15 теплового насоса вместе с его остальными устройствами установлен непосредственно у потребителей тепловой энергии 3 и включен с помощью трубопроводов теплотрассы 4 в циркуляционный контур охлаждающей воды для конденсации водяного пара котельной. Поэтому, как и в рассмотренных выше примерах 1-4, к месту расположения потребителей тепла 3 из котельной 1, 2 передается весьма низкопотенциальное отходящее тепло прямого термодинамического цикла, а следовательно имеют место и незначительные потери тепловой энергии в теплотрассе. При этом, как и требовалось, необходимости в применении специального низкокипящего рабочего тела просто не возникает, а сама теплотрасса 4 фактически ничем не отличается от обычных теплотрасс существующих систем центрального водяного отопления. Example 6. Let consumers of thermal energy 3 be removed from the boiler 1, 2 at a considerable distance under the conditions of heat transport, due to the fact that heat losses in the heating main 4 are already unacceptable. Then, the proposed method and complex of equipment are implemented as shown in FIG. 6. The heat pump equipment is also installed (assembled) in a fully concentrated form, but the heat pump itself is installed in close proximity to heat consumers 3. The energy to the heat pump, as in example 2 (Fig. 2), is also supplied by two independent channels, namely - through the heating main 4 and the power line. However, through heating line 4, energy-heat is supplied to consumers 3 from a direct thermodynamic cycle (from the boiler room) not using a special working fluid, but due to the circulation of ordinary cooling water from the steam condensation circuit of the thermodynamic boiler 1, 2. This is achieved by the fact that the input the heat exchanger 15 of the heat pump, together with its other devices, is installed directly at the consumers of thermal energy 3 and is connected via the pipelines of the heating main 4 to the cooling water circulation loop for condensation st steam boiler. Therefore, as in examples 1-4 above, a very low-potential waste heat of the direct thermodynamic cycle is transferred to the location of heat consumers 3 from boiler 1, 2, and therefore there are also insignificant losses of thermal energy in the heating main. At the same time, as required, the need for a special low-boiling working fluid simply does not arise, and the heating main 4 itself is practically no different from conventional heating mains of existing central water heating systems.

Аналогичную схему с рассматриваемых позиций, как это показано на фиг. 7, имеет и многоступенчатая система централизованного теплоэнергоснабжения (система типа "термодинамическая теплоэлектроцентраль" - ТТЭЦ), реализующая предлагаемые способ и комплекс оборудования. Здесь также по аналогии с последним случаем все элементы тепловых насосов установлены сосредоточенно в групповых теплообменных пунктах 2₁ -2_n, а их входные теплообменники 15₁ - 15_n трубопроводами групповых теплотрасс 4₁ - 4_n включены в циркуляционный контур охлаждающей воды для конденсации водяного пара на центральной тепловой электрической станции (ТЭС) 1. Поэтому здесь также во всех внешних теплотрассах и сетях циркулирует как теплоноситель только низкотемпературная (низкопотенциальная) охлаждающая вода, а само специальное рабочее тело с низкой температурой парообразования - кипения используется лишь в полностью замкнутых и герметичных системах тепловых насосов.A similar circuit from the considered positions, as shown in FIG. 7, there is also a multistage system of centralized heat and power supply (a system of the type "thermodynamic heat and power plant" - TPP) that implements the proposed method and complex of equipment. Here, by analogy with the latter case, all the elements of the heat pumps are installed concentrated in the group heat exchangers 2 ₁ -2 _n , and their inlet heat exchangers 15 ₁ - 15 _{n by} pipelines of the group heating pipes 4 ₁ - 4 _n are included in the cooling water circulation circuit for condensing water vapor at the central thermal power station (TPP) 1. Therefore, here also in all external heating mains and networks only low-temperature (low-potential) cooling water circulates as a heat carrier, and the special working fluid itself low evaporation temperature - boiling point is used only in a fully closed and sealed systems, heat pumps.

Следует тем не менее еще раз подчеркнуть, что применение специальных рабочих тел и для транспорта тепла по теплотрассам 4 (примеры 1-4) является наиболее перспективным, поскольку при этом, как уже отмечалось ранее, может быть повышена эксплуатационная надежность теплотрасс и сведены до минимума затраты энергии на перекачку по ним теплоносителя. Nevertheless, it should be emphasized once again that the use of special working fluids for heat transport along heating mains 4 (examples 1-4) is the most promising, since, as already noted, the operational reliability of heating mains can be increased and costs can be minimized energy for pumping coolant through them.

Предлагаемый комплекс оборудования централизованного теплоэнергоснабжения для осуществления описанного способа включает контур паросилового энергооборудования, скомпонованного в отопительной котельной 1, 2 (фиг. 1, 2) либо в центральной тепловой электрической станции 1 (фиг. 3, 7), снабжен тепловыми насосами, которые теплотрассами 4 соединены с относительно обособленными группами потребителей тепловой энергии 3 либо интегрированы другим подходящим образом в структуру той или иной системы централизованного теплоснабжения (фиг. 4-6). Паросиловое энергооборудование комплекса имеет общепринятые состав и компоновку и в качестве основных элементов включает паровой котел 5, экономайзер 6, питающий насос 7, водяные баки 8, 9, паровую турбину 10 с электрическим генератором 11, конденсатор 12, циркуляционный насос 13 и пруд-охладитель или градирню 14 (фиг. 1, 2). The proposed set of equipment for district heating for the implementation of the described method includes a steam-powered power equipment arranged in a heating boiler 1, 2 (Fig. 1, 2) or in a central thermal power station 1 (Fig. 3, 7), equipped with heat pumps, which are 4 connected to relatively separate groups of consumers of thermal energy 3 or integrated in another suitable way in the structure of a particular district heating system (Fig. 4-6). The steam-powered power equipment of the complex has generally accepted composition and layout and includes the steam boiler 5, economizer 6, feed pump 7, water tanks 8, 9, steam turbine 10 with electric generator 11, condenser 12, circulation pump 13, and a cooling pond as the main elements. cooling tower 14 (Fig. 1, 2).

Тепловые насосы выполнены в виде входных теплообменников 15 и выходных теплообменников 17, замкнутых через компрессор 16 и расширительные вентиль или турбину 18 прямым и обратным трубопроводами теплотрасс 4 соответственно. Входные теплообменники 15 тепловых насосов включены в циркуляционный контур охлаждающей воды для конденсации водяного пара отопительных котельных 1, 2 (фиг. 1, 2, 5, 6) или центральной ТЭС (фиг. 3, 7), или же выполнены каким-либо другим подходящим по условиям осуществления обратного термодинамического цикла преобразования энергии образом (фиг. 4), например в виде электрических кипятильников типа "Титан". The heat pumps are made in the form of inlet heat exchangers 15 and outlet heat exchangers 17, closed through a compressor 16 and an expansion valve or turbine 18 with direct and return pipelines of heating mains 4, respectively. The inlet heat exchangers 15 of the heat pumps are included in the cooling water circulation circuit for condensing water vapor from the heating boiler rooms 1, 2 (Fig. 1, 2, 5, 6) or the central thermal power plant (Fig. 3, 7), or they are made by some other suitable according to the conditions for the reverse thermodynamic cycle of energy conversion in the manner (Fig. 4), for example in the form of electric boilers of the type "Titan".

Выходные теплообменники 18 тепловых насосов установлены непосредственно у потребителей тепловой энергии, а к их выходу подключены через подающие насосы 19 сети теплоотдающих отопительных приборов 20. The output heat exchangers 18 of the heat pumps are installed directly at the consumers of thermal energy, and connected to their output through the supply pumps 19 of the network of heat-releasing heating devices 20.

Компрессоры 16 соединены с выходным валом паровой турбины 10 (фиг. 1) или же имеют электропривод и подключены к электрическому генератору 11 паровой турбины (фиг. 2, 3). Установлены компрессоры 16 в котельной 1, 2 (фиг. 1) либо в групповых теплообменных пунктах (фиг. 3, 7). Входные теплообменники 15, компрессоры 16, выходные теплообменники 17 и расширительные вентиль или турбина 18 установлены совместно или в одной из комбинаций на том или ином конце теплотрасс 4, соединяясь в замкнутый контур в последнем случае прямым и обратным трубопроводами теплотрасс. Compressors 16 are connected to the output shaft of the steam turbine 10 (Fig. 1) or have an electric drive and are connected to the electric generator 11 of the steam turbine (Fig. 2, 3). Compressors 16 are installed in boiler room 1, 2 (Fig. 1) or in group heat exchange points (Fig. 3, 7). The inlet heat exchangers 15, the compressors 16, the outlet heat exchangers 17 and the expansion valve or turbine 18 are installed together or in one of the combinations on one or the other end of the heating mains 4, connecting in a closed circuit in the latter case with direct and return heating pipelines.

Работа предлагаемого комплекса оборудования для централизованного теплоэнергоснабжения, реализующего описанный выше способ, детально описывалась ранее (примеры 1-6) и дополнительных пояснений не требует. The work of the proposed complex of equipment for district heating, which implements the method described above, was described in detail earlier (examples 1-6) and does not require additional explanations.

В целом практическое осуществление в том или ином виде предлагаемых способа и комплекса оборудования обеспечивает более полное использование для выработки тепловой энергии внутренней (химической) энергии топлива (исходного энергоносителя), снижение потерь энергии, как при производстве тепла и электроэнергии, так и в процессе доставки и распределения тепла потребителям. Все это создает возможности для существенного повышения экономической эффективности, экологической чистоты и надежности централизованного теплоэнергоснабжения, как относительно небольших и обособленных, так и довольно больших региональных групп потребителей. In general, the practical implementation in one form or another of the proposed method and complex of equipment provides a more complete use of the internal (chemical) energy of the fuel (the source of energy) to generate thermal energy, reducing energy losses, both in the production of heat and electricity, and in the delivery process and heat distribution to consumers. All this creates opportunities for a significant increase in economic efficiency, environmental friendliness and reliability of centralized heat and power supply, both relatively small and isolated, and rather large regional consumer groups.

Литература
1. Отопление и вентиляция, 2-е изд., часть 1. М.: Стройиздат. 1965, с. 380.Literature
1. Heating and ventilation, 2nd ed., Part 1. M .: Stroyizdat. 1965, p. 380.

2. Энергетика СССР в 1986-1990 годах. Под ред. А.А. Троицкого. М., Энергоатомиздат. 1987, с. 127-156 (прототип). 2. Energy of the USSR in 1986-1990. Ed. A.A. Trinity. M., Energoatomizdat. 1987, p. 127-156 (prototype).

Claims

1. A method of centralized heat and power supply, including processing-burning of fuel and the implementation of a direct thermodynamic cycle of energy conversion, characterized in that both direct and reverse thermodynamic cycles of energy conversion are carried out, high-temperature products of fuel combustion are converted in a direct thermodynamic cycle into mechanical or electrical energy, which is then fed to the implementation of the reverse thermodynamic cycle, and for vaporization in the latter use from odyaschee heat steam condensation circuit direct thermodynamic cycle.

2. A set of equipment for district heating, containing a circuit of steam-powered equipment for burning fuel and obtaining mechanical or electrical energy with a circulation loop for condensing the working fluid, heating main and consumers of low-grade heat energy, characterized in that the complex is equipped with at least one heat pump in a circuit comprising an inlet heat exchanger, a compressor, an outlet heat exchanger and a throttle or turbine, while the inlet heat exchanger is included in the circulation nny circuit working fluid condensing steam-power equipment, and a heat exchanger connected to the output of low-potential thermal energy consumers.

3. The complex according to claim 1, characterized in that the heating main is located between the outlet heat exchanger and the throttle or turbine and compressor.

4. The complex according to claim 1, characterized in that the heating main is located between the inlet heat exchanger and the compressor and the throttle or turbine.

5. The complex according to claim 1, characterized in that the heating main is located between the outlet heat exchanger and the heat consumer.

6. The complex according to claim 1, characterized in that the heating main is located between the inlet heat exchanger and the condensation circuit of the working fluid.