Спосіб підтримання необхідної кількості мережевої води в системі централізованого водяного опалення, спосіб видалення з поверхонь нагрівання системи водяного опалення карбонатних відкладень і пристрій для їхньо

1. Спосіб підтримання необхідної кількості мережевої води в системі централізованого водяного опалення, який включає контролювання необхідної кількості води за рахунок вимірювання рівня води в розширювальному баку з подальшим його поповненням додатковою водою за рахунок додаткових джерел, попередньо провівши підготовку додаткової води, який відрізняється тим, що додаткову воду одержують з димових газів, що відходять від генератора тепла в результаті спалювання природного газу в середовищі атмосферного повітря, при цьому димові гази охолоджують до температури нижче 100°С, направляючи їх у пристрій конденсації парів води з димових газів, а поповнення води до необхідної кількості проводять шляхом збору конденсату в системі відводу димових газів і направленням конденсованої води в систему централізованого водяного опалення, при цьому одержують додаткову воду з РН=7,5...7,8, а її підготовку здійснюють тільки шляхом видалення механічних домішок. 2. Спосіб підтримання необхідної кількості мережевої води в системі централізованого водяного опалення за п. 1, який відрізняється тим, що збір конденсату проводять у димовій трубі. 3. Спосіб запобігання утворенню карбонатних відкладень на поверхнях системи водяного опалення, який включає заповнення системи водяного опалення попередньо підготовленою водою та прокачування останньої по системі водяного опалення за допомогою циркуляційного насоса, який відрізняється тим, що систему водяного опалення після заповнення й першого запуску, в міру нормативних безповоротних втрат води, постійно поповнюють 2 (19) 1 3 86845 4 заний з додатковим датчиком мінімального рівня води, що встановлений в розширювальному баку. 8. Система опалення за п. 4, яка відрізняється тим, що генератор тепла виконаний з додатковим рекуператором, що понижує температуру димових газів, що відходять, нижче 100°С. Винаходи стосуються систем опалення, які використовують в якості палива природний газ. Відомий спосіб підтримання необхідної кількості мережевої води в системі централізованого водяного опалення, при якому контролюють необхідну кількість води в мережі, з подальшим, якщо буде потреба, її поповненням додатковою водою за рахунок інших джерел, наприклад із трубопроводу, попередньо провівши підготовку цієї води осадженням кальцієвих і магнієвих розчинних солей шляхом пропущення крізь пристрій хімічної підготовки води у вигляді натрій-катіонітних фільтрів (див. а.с. СРСР №1257060, МПК C02F5/02, 1986). Однак такий спосіб підтримання необхідної кількості мережевої води в системі централізованого водяного опалення вимагає наявності обслуговуючого персоналу високої кваліфікації, лабораторного устаткування для проведення періодичного контролю хімічного складу підготовленої води (знання хімічних процесів, уміння працювати з лабораторним хімічним устаткуванням тощо). Крім того висока трудомісткість виконання цих робіт, значні витрати матеріальних ресурсів на хімічні реактиви й додаткове устаткування. При цьому, практично, вода, підготовлена шляхом пропущення крізь пристрій хімічної підготовки, в процесі експлуатації однаково дає карбонатні відкладення в системі, особливо на поверхнях нагрівання котла, що може призводити до перевитрат газу, до можливого перепалу котла. Відомий спосіб видалення накипу, що може бути використаний для видалення з поверхонь нагрівання системи водяного опалення карбонатних відкладень, при якому ємності з поверхнями теплообміну нагрівають до температури 80°С із застосуванням 5 -10% розчину карбонових кислої і амінокислот (спиртової барди, відфільтрованої від твердих домішок), прокачують впродовж 4-8 годин (в залежності від товщини карбонатних відкладень) з подальшим промиванням чистою водою (див. а.с. СРСР №844584, МПК С02 F 5/02, 1981). Однак при такому способі видалення карбонатних відкладень із поверхонь нагрівання не можливо контролювати процес, при його здійсненні або не досягається повного очищення від карбонатних відкладень поверхонь нагрівання, або проходить надмірна корозія метала. Крім того, даний спосіб трудомісткий, вимагає високої кваліфікації обслуговуючого персоналу, наявності лабораторного устаткування для проведення періодичного контролю хімічного складу води (знання хімічних процесів, уміння працювати з лабораторним хімічним устаткуванням тощо). Немає можливості чистити систему в процесі опалювального сезону. Відома система опалення, що містить генератор тепла, систему видалення димових газів з димовою трубою, теплообмінний пристрій первинного типу, з'єднаний із подаючим й зворотним трубопроводами, пристрій створення надлишкового тиску в системі, периферійні теплообмінні пристрої, установлені в приміщеннях, що обігріваються, розширювальний бак і пристрій резервного запасу води (див. а.с. СРСР №1618979, МПК F24D3/08, 1991). Однак дана система передбачає попередню підготовку води (зм'якшення) для подачі її в систему й на поповнення можливих нормативних безповоротних втрат води в результаті витоків, тобто протягом опалювального періоду на котельні персонал змушений постійно займатися хімічної водопідготовкою, що вимагає значних матеріальних витрат, наявність додаткових трудових ресурсів. Крім того, немає можливості чистити систему в процесі опалювального сезону, тому що для чищення необхідно зливати робочу воду із системи й внаслідок цього необхідно працювати із забрудненою системою, що призводить до перевитрати газу, до можливості перепалу котла. Завданням створення способу підтримання необхідної кількості мережевої води в системі централізованого водяного опалення, що заявляється, є спрощення процесу поповнення запасу циркуляційної води в системі, що дозволить зменшити потребу в наявності висококваліфікованого обслуговуючого персоналу зі знанням хімічних процесів, уміння працювати з лабораторним хімічним устаткуванням, а також знизити витрати матеріальних ресурсів на хімічні реактиви, додаткове устаткування, воду, природний газ, усунення аварійних ситуацій, пов'язаних з перепалом котла. Завданням створення способу запобігання утворенню карбонатних відкладень на поверхнях нагрівання системи водяного опалення, що заявляється, є досягнення повного очищення системи від карбонатних відкладень при гарантованій відсутності останніх у процесі подальшої експлуатації системи протягом опалювального періоду з одночасним зниженням трудомісткості очищення й підтримки системи в належному стані, що сприятиме зниженню витрати природного газу, уникненню аварійних ситуацій, пов'язаних з перепалом котла. Завданням створення системи опалення, що заявляється, є створення конструкції, що дозволяє виключити необхідність попередньої підготовки води (зм'якшення) для подачі її в систему й на заповнення можливого витікання, спростити процедуру обслуговування котельні, забезпечити відсутність карбонатних відкладень у системі, що забезпечить економію природного газу, виключить можливість перепалу котла. 5 Поставлене завдання вирішується тим, що при здійсненні способу підтримки необхідної кількості зм'якшеної води в системі централізованого водяного опалення, при якому необхідну кількість води контролюють за рахунок вимірювання рівня води в розширювальному баку з подальшим, якщо буде потреба, його поповненням додатковою водою, за рахунок додаткових джерел, попередньо провівши підготовку додаткової води, відповідно до винаходу додаткову воду беруть із димових газів, що відходять від генератора тепла в результаті спалювання природного газу в середовищі атмосферного повітря, у кількості 0... 1,607 кг із одного кубометра спаленого природного газу, при цьому димові гази охолоджують до температури нижче 100°С, направляють їх у пристрій конденсації парів води з димових газів, а поповнення води до необхідної кількості проводять шляхом збору конденсату в системі відводу димових газів і направленням води із зібраного конденсату в систему централізованого водяного опалення, при цьому одержують додаткову воду з РН = 7,5...7,8, а її підготовку здійснюють тільки шляхом видалення можливих механічних домішок. Крім того, збір конденсату може бути виконаний у димовій трубі. Поставлене завдання вирішується також тим, що при здійсненні способу запобігання утворенню карбонатних відкладень на поверхнях нагрівання системи водяного опалення, при якому проводять заповнення системи водяного опалення попередньо підготовленою водою й прокачують останню по системі водяного опалення за допомогою циркуляційного насоса, відповідно до винаходу систему водяного опалення після заповнення й першого запуску в міру нормативних безповоротних втрат води постійно поповнюють додатковою водою, що беруть із відпрацьованих від генератора тепла димових газів шляхом конденсації в системі відводу димових газів, при цьому додаткову воду одержують с РН = 7,5...7,8 за рахунок спалювання природного газу в генераторі тепла в середовищі атмосферного повітря, а її підготовку здійснюють тільки шляхом видалення можливих механічних домішок. Поставлене завдання вирішується також тим, що система опалення, що містить генератор тепла, систему видалення димових газів з димовою грубою, теплообмінний пристрій первинного типу, з'єднаний із подаючим й зворотним трубопроводами, пристрій створення надлишкового тиску в системі, периферійні теплообмінні пристрої, установлені в приміщеннях, що обігріваються, розширювальний бак і пристрій резервного запасу води, відповідно до винаходу теплообмінний пристрій первинного типу виконаний із забезпеченням можливості охолодження димових газів, що відходять від генератора тепла, нижче 100 °С, а димова труба забезпечена пристроєм збору конденсату, причому генератор тепла виконаний з можливістю одержання тепла за рахунок спалювання природного газу в середовищі атмосферного повітря, при цьому пристрій резервного запасу води виконаний у вигляді бака резервної води, а пристрій збору конденсату з'єднаний з баком резервної води за 86845 6 допомогою трубопроводу, причому димова труба виконана з матеріалу з підвищеною теплопровідністю й з мінімальним коефіцієнтом водопоглинення, бак резервної води пов'язаний зі зворотним трубопроводом, а пристрій створення надлишкового тиску в системі виконаний в вигляді циркуляційного насоса. Крім того, пристрій збору конденсату може бути виконаний у вигляді встановленої в нижній частині димової труби обичайки у вигляді напівтора з живильником для відводу конденсату, а димова труба - металевою, при цьому бак резервної води може бути пов'язаний зі зворотним трубопроводом за допомогою трубопроводу й підживлюючого насоса зі зворотним клапаном, а підживлюючий насос - із датчиком мінімального рівня води, встановленим в розширювальному баку, причому генератор тепла може бути виконаний з додатковим рекуператором, здатним понизити температуру димових газів, що відходять, нижче 100°С. Використання пропонованих способу підтримки необхідної кількості мережевої води в системі централізованого водяного опалення, способу запобігання утворенню карбонатних відкладень на поверхнях нагрівання системи водяного опалення і пристрою для їхнього здійснення дозволяє забезпечити наступний технічний результат: - спрощується процес поповнення запасу циркуляційної води в системі; - досягається повне очищення системи від карбонатних відкладень за рахунок надлишкового вмісту хлоридів і нітритів у конденсаті; - гарантується відсутність карбонатних відкладень у процесі експлуатації системи протягом опалювального періоду; - знижується трудомісткість очищення й підтримки системи в належному стані; - підвищується коефіцієнт передачі тепла від спалювання природного газу теплоносієві. Крім того: - знижується витрата природного газу протягом опалювального періоду; - зменшується кількість обслуговуючого персоналу, необхідного для забезпечення працездатності котельної установки протягом опалювального періоду; - зменшуються експлуатаційні витрати; - поліпшуються умови праці обслуговуючого персоналу, підвищується продуктивність праці; - з'являється можливість використання конденсату від згоряння природного газу як у технічних, так і в технологічних процесах у промисловості. На фіг. 1 зображена принципова схема системи опалення, що пропонується, загальний вид, на фіг. 2 - ділянка димової труби в місці встановлення збірника конденсату. Система опалення, за допомогою якої можуть бути реалізовані пропоновані спосіб підтримки необхідної кількості мережевої води в системі централізованого водяного опалення й спосіб запобігання утворенню карбонатних відкладень на поверхнях нагрівання системи водяного опалення, містить генератор тепла 1 із з'єднаною з ним системою видалення димових газів у вигляді газоходу 7 2 і димової труби 3, теплообмінний пристрій первинного типу у вигляді теплообмінника 4, з'єднані з останнім подаючий (нагріту воду) 5 і зворотний 6 трубопроводи, периферійні теплообмінні пристрої у вигляді радіаторів 7, циркуляційний насос 8, розширювальний бак 9, бак резервної води 10, підживлюючий насос 11. Розширювальний бак 9 пов'язаний із входом і виходом циркуляційного насоса 8 трубопроводами 12 і 13. відповідно, а також забезпечений трубопроводом 14 для видалення надлишків води в бак резервної води 10. Останній також зв'язаний за допомогою підживлюючого насоса 11 і трубопровода 15 зі зворотним трубопроводом 6 (врізаний перед циркуляційним насосом 8). У нижній частині димової труби 3 встановлений збірник конденсату у вигляді напівтора 16, живильник 17 якого зв'язаний за допомогою газоходу 2, колектора 18 і трубопроводу 19 з баком резервної води 10. Димова труба 3 виконана металевою, а зовнішня поверхня напівтора 16 виконана в розмір внутрішнього діаметра димової труби 3 і встановлена в ній із забезпеченням стікання конденсату всередину напівтора 16. Крім того система забезпечена відстійником 20 з вхідними трубопроводами 21, 22, 23 і вихідним трубопроводом 24. Останній за допомогою насоса 25 і трубопровода 26 зв"язаний з баком резервної води 10. На виході з радіаторів 7 встановлений уловлювач 27 для видалення механічних домішок, які можуть потрапити в систему із радіаторів 7. При підключенні системи опалення на початку опалювального сезону систему заповнюють водою (бажано попередньо зм'якшеною за допомогою хімводоочищення) з бака резервної води 10 закачуванням за допомогою підживлюючого насоса 11 через трубопровід 15. При цьому повітря витісняється в розширювальний бак 9. Після заповнення останнього водою до необхідного рівня проводиться злив надлишків води назад у бак резервної води по трубопроводу 14. За рахунок генератора тепла 1, теплообмінника 4 і циркуляційного насоса 8 виводять на задані параметри температури в подаючому трубопроводі 5, радіаторах 7 і зворотному трубопроводі 6. Механічні домішки, що потрапляють до води із радіаторів 7, видаляють за допомогою уловлювача 27. Димові гази, що утворюються в результаті згоряння природного газу в генераторі тепла 1 і охолоджені після теплообмінника 4 до температури нижче 100 °С, попадають через газохід 2 у димову трубу 3, де відбувається їхнє подальше охолодження й конденсація парів води, які утворюються за рахунок хімічної реакції спалювання природного газу, на стінках металевої димової труби 3 (за рахунок високої теплопровідності димової труби 3 і відносно низької температури навколишнього повітря). Конденсат стікає до напівтора 16, звідки по живильнику 17, газоходу 2, колектору 18 (де віддаляються механічні домішки) і трубопроводу 19 подається в бак резервної води 86845 8 10. У процесі роботи системи опалення можливе витікання (при одержанні сигналу з контрольного пристрою, встановленого в розширювальному баку 9) поповнюються з бака резервної води 10 за допомогою підживлюючого насоса 11. Забір води із системи може здійснюватися також і на технічні потреби. Поступово вся вода в системі опалення заміщується на конденсат. Після заповнення баку резервної води 10 до контрольного рівня надлишки конденсату можуть зливатися по трубопроводу 23 у відстійник 20. В останній також можуть зливатися надлишки води в системі (при перевищенні робочого тиску в подаючому трубопроводі 5) за допомогою трубопровода 22 та вода, яка утворюється в результаті продувки теплообмінника 4 - за допомогою трубопровода 21. Із відстійника 20 вода за допомогою насоса 25 і трубопроводів 24, 26 подається знову у бак резервної води, а надлишки - в каналізацію. Можливість здійснення пропонованого технологічного процесу підтверджується наступним. Вода в димових газах утворюється за рахунок наступної хімічної реакції: СН4 + 2(О2) = СО2 + 2(Н2О) - формула згоряння природного газу, атомна маса СО2 = 44, 2(Н2О) = 36, в % відношенні це становить СО2 = 55 %, 2(Н2О) = 45 % з даного співвідношення видно, що при згорянні 1 метра кубічного природного газу СН4 водяних парів утвориться 45 %. По масі це буде становити: Μ (Η2О)= 18 г/моль V (водяної пари) = 22,4л. 18x2000/22,4 -36000/22,4 = 1607 г Таким чином, при спалюванні 1 метра кубічного природного газу СН4 утвориться 1607 грам води. При середньому спалюванні за добу природного газу на котельні 500 куб. метрів надходження в систему опалення конденсату може становити більше 800 літрів, що цілком достатньо для повної заміни води в системі на конденсат і компенсацій витікання, забору на технічні цілі. Якщо є потреба очищення системи опалення від карбонатних відкладень проводять заповнення системи конденсатом, отриманим при проходженні димових газів через димову трубу 3, причому постійне поповнення системи при витіканні здійснюють також за рахунок конденсату. Конденсат має РН = 7,5...7,8 (надлишковий зміст хлоридів і нітритів) тобто лужне середовище розчиняє з'єднання Са (нагар) на поверхнях нагрівання й виводить їх в осад. Таким чином, протягом опалювального періоду проводиться повне очищення системи опалення від карбонатних відкладень (нагару), що забезпечує поряд із виключенням можливості перепалу теплообмінників і можливість зменшення споживання природного газу. 9 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 86845 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