Теплоутилізатор

1. Теплоутилізатор, який містить блочний вертикально-водотрубний двобарабанний підігрівач (1), підвідний (2) та відвідний (3) газоходи, клапан U 1 3 Відомий також контактний теплоутилізатор (SU №1231330, 15.05.86, №18) містить вертикальний корпус із верхнім газовідвідним і нижнім газовідвідним колекторами, останній з яких виконаний з отворами, насадку зі зрошувачем, що регулює заслінку й перфороване конусне кільце із центральним газо-перепускним патрубком, вихідний торець якого розміщений вище нижньої підстави тарілки підведення гарячого газу. Однак пропоноване технічне рішення також має певні недоліки. Бічне розташування газового патрубка, що підводить, створює нерівномірність подаваного гарячого газу по перетині корпуса. Основний потік газу проходить через центральну ділянку корпуса. Пристінні ділянки корпуса утворять неефективні зони. Відсутнє регулювання напрямку подачі гарячого газу. Теплоутилізатор має значну складність. Ні можливості досягнення оптимального режиму роботи цього апарата для забезпечення збільшення продуктивності при невеликих температурах теплоносія. Відомий також теплоутилізатор (патент України №78177 від 15.02.2007), який містить верхню і нижню камери, розташовані одна над одною у вертикальному корпусі, відокремлені одна від одної перегородкою з дренажним пристроєм, причому верхня камера оснащена патрубком підведення повітря і патрубком відведення повітря, в якому розміщено поверхневий теплообмінник, розбризкувальним пристроєм і теплообмінною насадкою, розміщеною між розбризкувальним пристроєм і перегородкою, а між насадкою і патрубками встановлено обмежувальні решітки, в нижній камері, яка оснащена патрубками підведення і відведення димових газів та піддоном, розміщено послідовно за ходом димових газів перший, другий і третій поверхневі теплообмінники, між теплообмінниками і піддоном розміщено додаткову суцільну перегородку, а в боковій стінці корпусу над перегородкою розміщено патрубок відведення конденсату, циркуляційний контур проміжного теплоносія, що сполучує піддон через перший і третій теплообмінники з входом поверхневого теплообмінника, розміщеного в патрубку відведення повітря верхньої камери, а дренажний пристрій - з піддоном, в якому нижню камеру додатково оснащено патрубками входу і виходу повітря, які підключено до другого поверхневого теплообмінника, патрубок виходу повітря нижньої камери з'єднано повітроводом з патрубком підведення повітря верхньої камери, а вихід поверхневого теплообмінника, розміщеного в патрубку відведення повітря верхньої камери, з'єднано з розбризкувальним пристроєм. Відомі конструкції установок для утилізації тепла димових газів, що містить корпус з патрубками підводу та відводу продуктів згорання, розміщений в корпусі пучок теплообмінних труб з поперечним ребрами, встановлених рядами поперечно потоку продуктів згоряння, піддон для збору конденсату і штуцери для підведення і відведення води нагрівається. Недоліком таких конструкцій є неефективна робота установки, за рахунок затоплення ребер поверхні конденсатом, тому, що більш глибоке охолодження продуктів згоряння супроводжується виділенням великої кількості конденсату. Утворе 42696 4 ний на верхніх рядах конденсат стікає на нижні труби, на яких також має місце конденсація водяних парів. Тому метою таких конструкцій є підвищення ефективності роботи теплоутилізатора за рахунок запобігання затоплення межреберного простору труб конденсатом. Найбільш близьким до технічного рішення, яке заявляється за технічною сутністю та очікуваним технічним результатом є теплоутилізатор (патент РФ №2045697 від 10.10.1995), що містить корпус з патрубками підводу та відводу продуктів згорання, розміщений в корпусі пучок теплообмінних труб із зовнішнім поперечним ребрами, причому труби розміщені рядами поперечно потоку продуктів згоряння, встановлений в нижній частині корпуса піддон, підключені до трубам пучка штуцери для підведення і відведення нагрівається води, де крок ребра труб виконаний зростаючим від ряду до ряду по ходу продуктів згоряння. У пропонованому технічному рішенні, крок ребра труб виконаний наростаючим від ряду до ряду. При такій конструкції отриманий конденсат утворює на ребра трубах теплоутилізатора плівку невеликої товщини, що практично не зменшує площі перетину міжреберного простору завдяки збільшенню кроку ребра від верхнього ряду до нижнього у відповідності із зростанням кількості конденсату. Однак, така конструкція не передбачає рівномірного зменшення конденсату, який накопичується близько до нижнього ряду, саме за рахунок не рівномірного збільшення міжреберного простору (кроку ребра) ближче до нижнього ряду. В цілому збільшення кроку ребер в кожному наступному ряду вимагає наявності труб з великим діапазоном зміни кроку ребер, а також ускладнює виробництво теплоутилізатора. Завданням корисної моделі є створення конструкції теплоутилізатора, в якому, за рахунок спрощення конструкції, відсутність циркулярного насосу але за рахунок удосконалення конструкції конвективного пучка досягається підвищення ефективності шляхом інтенсифікації тепломасообміну. В основу технічного рішення встановлена задача, удосконалення теплоутилізатора, який включає блочний вертикально-водотрубний двобарабанний підігрівач (1), підвідний (2) та відвідний (3) газоходи, клапан-відсікач (4), компенсатори (5) та оребернений конвективний пучок (6), в якому оребернений конвективний пучок має рівномірний шаг ребра та працює за рахунок природної циркуляції, причому оребернений конвективний пучок працює без допомоги циркуляційного насосу, а площа нагріву ореберненого конвективного пучка складає 600-900м2, при міжреберній відстані ореберненого конвективного пучка складає 2-8мм, висота ребра ореберненого конвективного пучка складає 5-15мм, крім того, блочний вертикальноводотрубний двобарабанний підігрівач виконаний з можливістю накопичення та очищення бруду, який подає у теплоутилізатор з мережевою водою. Винахідницький рівень, пропонованого технічного рішення полягає у наступному. Відомо, що для збільшення площі теплообміну у теплоутилізаторах та інших подібних пристроях використовують конвективний пучок (певну кількість верти 5 кальних труб), кожна із яких на зовнішній поверхні має навиті ребра, які приварюються з допомогою високочастотного зварювання у місці контакту стрічки (ребра) та труби методом безперервної кореневої приварки стрічки до поверхні труби. В процесі наварювання стрічки (ребра) можливо встановити крок, розмір та міжреберну відстань стрічки (ребра), яке навивається навколо труби. Винахідницький рівень пропонованого технічного рішення полягає в оптимально підібраних параметрах оребернення конвективного пучка, які в своїй сукупності та в технічному зв'язку з кількість конвективного пучка впливають на спрощення конструкції теплоутилізатора, а саме дають змогу відмовитися від циркуляційного насосу, який є традиційним елементом конструкції подібних пристроїв. Економічний ефект, який передбачається, з використанням пропонованого технічного рішення полягає у наступному. Економія природного газу, що раніше використовувався в промислових котельнях на опалення (дві котельні загальною потужністю 17МВт) склала - 4774 тис. м3, що складає 1856 тис грн. за сезон (при вартості газу - 388,8грн. за 1 тис. м3). При використанні теплоутилізатора в складі компресорних станції газотурбінних установок газоперекачувального агрегату потужністю 10МВт к.к.д. установки в цілому збільшилась з 26 до 50 %. Крім того досягнуто наступних екологічних та соціальних характеристик: зниження температури викидних газів газоперекачувального агрегату з 500 до 180°С ("Парниковий ефект"); відсутність шкідливих викидів від роботи котелень; відсутність постійного обслуговуючого персоналу - зменшення ризику виробничого травматизму і впливу шкідливих факторів; На Фіг.1, 2, 3, 4 зображено теплоутилізатор та його основні елементи. Теплоутилізатор включає блочний вертикально-водотрубний двобарабанний підігрівач (1), підвідний (2) та відвідний (3) газоходи, клапанвідсікач (4), компенсатори (5) та оребернений конвективний пучок (6). Теплоутилізатор працює наступним чином. 42696 6 Гарячий газ подається у блочний вертикальноводотрубний двобарабанний підігрівач (1) через підвідний газохід (2) де потрапляє на оребернений конвективний пучок (6), який має площу нагріву реберного конвективного пучка складає 600-900м2, при міжреберній відстані ореберненого конвективного пучка складає 2-8мм та висоті ребра ореберненого конвективного пучка складає 5-15мм. Залишки продуктів згорання газу виходять через відвідний газохід (3). Клапан-відсікач служить для швидкого перекриття доступу гарячого газу до теплоутилізатора. Створення теплоутилізатора такого типу є одним з основних напрямів підприємства, яке експлуатує дільницю газопроводу "Союз". Проектна потужність нового теплоутилізатора при застосуванні на діючих ГПА становить 8Гкал/год. Ця потужність забезпечується під час його роботи навіть в умовах низьких зовнішніх температур, коли необхідно витрачати частину вихлопних газів на роботу системи протиобледеніння. В той же час прораховано можливість використання теплоутилізатора з газотурбінними двигунами нового типу АИ-336-2-10 виробництва заводу "Мотор Січ". Двигунами даного типу планується оснащення всіх ГТУ, що працюють на КС газопроводу "Союз". З новими газотурбінними двигунами потужність утилізатора може досягти 10Гкал/год. Використання цього утилізатора можливо на всіх ГПА даного типу, що експлуатуються в ГТС України. Пропоноване технічне рішення дозволяє одержати додаткову теплову енергію та дає можливості використання надлишків тепла (особливо в літній період) в паровій турбіні для вироблення електроенергії, що в свою чергу дає можливість зекономити значну кількість ПЕР й впровадити нову техніку для зміцнення енергетичної незалежності України. Як видно із опису конструкції корисної моделі, вона є промислове придатною та може бути втілена для інтенсифікація процесу теплообміну, збільшення продуктивності й наближення до оптимального режиму роботи теплоутилізатора та забезпечується простими у виготовленні й використанні пристроями. 7 42696 8 9 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 42696 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601