Термотрансформаторна система відбору теплоти з відпрацьованих газів для промислового теплопостачання

Реферат: Запропонована система належить до промислової теплоенергетики та теплопостачання на основі енергозбереження в процесах виробництва будівельних матеріалів в обертових печах. Термотрансформаторна система відбору теплоти з відпрацьованих газів для промислового теплопостачання, що містить теплообмінники (1 та 16) споживача теплоти, а також підключений до обертової печі (2) та димової труби (3) газохід (4) з піддоном (5), забезпечений в напрямку руху газів з розташованими рекуператором (12), з теплообмінником (1) споживача теплоти, дроселем (14) і нагрівачем (15), підключеними з одного боку до лінії (11) абонентського теплоспоживання, при цьому рекуператор (12) встановлено перед зрошувальною секцією (6), а теплообмінник (1) споживача теплоти, дросель (14) і проміжний теплообмінник (15) підключені послідовно в циркуляційному контурі зі зрошувальною секцією (6) з насосом (10) після піддону (5) в напрямку руху потоку, а з іншого боку до водопроводу (17, де проміжний теплообмінник (13) (в обхід рекуператора (12) споживача теплоти (1) і дроселя (14)) підключений гріючим трактом з зазначеним циркуляційним контуром до теплообмінника споживача теплоти (16), а сам проміжний теплообмінник (13) підключений до водопроводу через гріючий тракт (18) з рекуперативним теплообмінником поверхневого підігріву газів (8), система додатково забезпечена випарником (22), конденсатором (21), компресором (23) та дросельним вентилем (24), які послідовно з'єднані між собою трубопроводом та разом складають замкнутий UA 100923 C2 (12) UA 100923 C2 термотрансформаторний контур з легкокиплячою рідиною для передачі на ділянці трубопроводу після піддона (5) з насосом (10) попередньо відібраної теплоти рекуперативним теплообмінником (12) і теплообмінником глибокого охолодження (7) відпрацьованих газів, а також проміжним теплообмінником (15) на трубопроводі (17), з'єднаним з відгалуженою ділянкою холодного трубопроводу (25) перед входом в випарник (22), після поверхневого теплообмінника система оснащена триходовим температурним терморегулятором (27) витрати носія, встановленим на перерізі трубопроводу (20) після теплообмінника глибокого доохолодження відпрацьованих газів (7) та трубопроводу(19) до проміжного теплообмінника (13) попереднього нагрівання теплоносія, до того ж система містить додаткову зрошувальну секцію (28), встановлену перед рекуперативним теплообмінником глибокого охолодження газів (7). Запропонована система забезпечує покращення теплоенергетичного та технологічного процесу виробництва матеріалів в обпалювальних обертових печах. UA 100923 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонована система належить до промислової теплоенергетики та теплопостачання на основі енергозбереження в процесах виробництва будівельних матеріалів в обертових печах. Характерним недоліком обертових печей [1, 2] є те, що в умовах вкрай низької загальної ефективності використання первинного палива (до 45 %) в процесі виробництва керамзиту та цементу, питома втрата теплоти досягає 30-35 %. Зазначений ресурс енергії для найбільш обґрунтованого напрямку застосування [3] в промисловому теплопостачанні на цей час практично не використовується. Серед багатьох існуючих відома система утилізації теплоти відпрацьованих газів [4] для нагрівання води побутового і технологічного призначення, яка вибрана як аналог. Відома система [4] містить газохід з піддоном, який виходить з теплогенератора та підключений до димової труби і обладнаний розташованими послідовно в напрямку руху газів поверхневими теплообмінниками, підігрівачами та зрошувальною камерою. Теплообмінник та зрошувальна камера приєднані через насос до піддона з утворенням циркуляційного контуру, до якого після насоса в напрямку руху потоку підключені послідовно з'єднані рекуператор, споживач теплоти, дросель та нагрівач. Ρ встановлений у газоході перед теплообмінником. Нагрівач під'єднаний з одного боку до лінії гарячого водопостачання, а з іншого - до водопроводу. Проміжний теплообмінник приєднаний гріючим трактом до контуру в обхід рекуператора, споживача та дроселя, гріючим трактом - до підігрівача, а нагрівач - до водопроводу через гріючий тракт теплообмінника. Недоліками аналізованої системи з позиції відбору теплоти з відпрацьованих газів для промислового теплопостачання є наступні: - порівняно низька теплоенергетична ефективність відібраного теплового потоку для промислового теплопостачання через відносно високу температуру відпрацьованих газів на вході в трубу після утилізації; - відносно низький температурний потенціал та об'єм теплоти, що утилізується з призначенням для промислового теплопостачання; вищезазначена система відрізняється низькою екологічною ефективністю шламовидалення та теплового забруднення повітряного басейну. Тому технічною задачею запропонованого винаходу є підвищення ефективності процесу відбору теплоти та ефективності теплопостачання зі збільшенням температурного потенціалу і потужності теплового потоку, що утилізується, та екологічної складової загального технікоекономічного позитивного результату. Вирішення поставленої задачі досягається сукупною взаємодією в роботі системи наступних ознак, а саме: - наявністю випарника, конденсатора, компресора, дросель-вентиля, що разом складають термотрансформаторний контур для відбору теплоти з ділянки трубопроводу після зрошувальної камери на вході в теплообмінник для глибокого доохолодження відпрацьованих газів після зрошувальної камери; - забезпеченням системи триходовим температурним терморегулятором на ділянці трубопроводу після теплообмінника для глибокого доохолодження відпрацьованих газів; - наявністю трубопровода до теплообмінника для попереднього нагрівання теплоносія системи гарячого водопостачання; додатковою зрошувальною камерою, встановленою перед рекуперативним теплообмінником глибокого охолодження газів. Зазначенні ознаки є суттєвими, тому що їхня практична реалізація саме в такому взаємозв'язку безпосередньо визначає позитивний результат поставленої технічної задачі, вирішення якої забезпечується цілком визначеною причинно-наслідковою сукупністю взаємозв'язаних вище вказаних елементів в роботі інтегрованої системи теплопостачання. Робота запропонованої системи відбору теплоти відпрацьованих газів передбачає їх попередню високоефективну очистку від газопилових домішок. Концептуальний підхід до підвищення ефективності промислового теплопостачання полягає в тому, що запропонована система базується на основі процесу більш інтенсивного і глибокого відбору теплоти з потоку відпрацьованих газів. З аналізу особливостей теплотехнології виробничого процесу в обпалювальних печах очевидна логічність використання цієї енергії для промислового теплопостачання та супутнього покращення теплоенергетичної ефективності теплотехнологічного процесу на цій основі. Детальніше суть винаходу розкривається наведеним кресленням та викладеним в наступному. Споживач теплоти з теплообмінниками 1 та 16, а також підключений до обертової печі 2 та димової труби 3 газохід 4 з піддоном 5, який забезпечений послідовно в напрямку руху газів розташованими зрошувальною секцією 6 та додатковою зрошувальною секцією 28 для 1 UA 100923 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 більш глибокого доохолодження, поверхневим теплообмінниками 7 глибокого охолодження та рекуперативним теплообмінником 8 поверхневого підігріву. Зрошувач 9 в секції попереднього зрошування 6 на ділянці трубопроводу після піддона 5 з насосом 10 та конденсаторним теплообмінником 21 послідовно з'єднані трубопроводом 11 з рекуператором попереднього охолодження газів 12 та теплообмінником 1 споживача теплоти і проміжним теплообмінником 15 з дроселем 14. З іншого боку цей контур з трубопроводом 18 забезпечений теплообмінниками 16 споживача теплоти для системи гарячого водопостачання та проміжного теплообмінника для попереднього нагрівання теплоносія 13 і рекуперативного теплообмінника 8 для нагрівання газу з ділянкою трубопровода 19 між ними. Трубопровід 19 після рекуперативного теплообмінника 8 з'єднаний збірним трубопроводом на вході в теплообмінник 7 і послідовно забезпечений випарником 22 термотрансформаторного контуру та насосом 10. З іншого боку трубопровід 25 з'єднаний з трубопроводом холодної води 17 та зі збірним трубопроводом на шляху до теплообмінника 7.Трубопровід 19 з трубопроводом 20 з'єднані між собою триходовим 27 регулятором витрати теплоносія. Після секції попереднього зрошення 6 в напрямку руху газового потоку встановлена додаткова секція зрошування 28 для більш глибокого його охолодження. Запропонована система працює таким чином. Відпрацьовані гази з обертової печі 2 після фільтра тонкої очистки 26 по газоходу 4 надходять в рекуператор попереднього охолодження газів 12 і проходять послідовно секцію попереднього зрошення 6 та додаткову секцію 28 для більш глибокого їх охолодження. Особливість тепломасообмінних процесів в секціях зрошення 6 та 28 полягає в тому, що в секції попереднього зрошення процес взаємодії контактуючих потоків проходить при більш високій температурі води після проміжного теплообмінника 15 та зрошувача 9. В секції 28 проходить більш глибоке доохолодження парогазової суміші. Теплообмінник глибокого охолодження 7 з найбільш холодною водою після випарника 22 забезпечує кінцеве глибоке охолодження парогазової суміші, наприклад до 20 °C, з виділенням прихованої теплоти пароутворення. Після проходження газів через теплообмінник глибокого охолодження 7 та теплообмінник підігріву 8 для його нагрівання на 2-3 °C з метою попередження появи конденсату в димовій трубі, а потім він виходить в атмосферу з температурою, наприклад 20-25 °C. Вода з трубопроводу холодної води 17 безпосередньо надходить в додаткову секцію зрошування для більш глибокого охолодження газів 28.Частина потоку холодної води з трубопроводу 17 по відгалуженому трубопроводу 25 після попереднього нагрівання в проміжному теплообміннику 15 надходить в випарник 22 термотрансформаторного контуру разом з рециркуляційним потоком після рекуперативного теплообмінника 8. Теплоенергетична ефективність застосування циркуляційного трубопроводу 25 полягає в можливості відбору теплоти проміжним теплообмінником 15 з охолодженої води перед зрошувачем 9 та наступній передачі її в випарник 22 для здійснення корисного в подальшому термотрансформаторному процесі нагрівання води, яка надходить з піддона 5 через конденсатор 21. Для покращення надійності роботи зрошувальних секцій та всієї системи водно-шламова суміш з бажаною густиною видаляється, наприклад, шнековою системою 29, для наступного корисного використання суміші в вихідному процесі замкнутого технологічного циклу. З піддона 5 вода з секцій зрошення 6 та 28 за допомогою циркуляційного насоса 10 проходить через конденсатор 21. В ньому проходить нагрівання води за рахунок відібраної теплоти в випарнику 22 та частини приводної енергії в роботі компресора 23. Особливість роботи термотрансформаторного циклу в роботі термотрансформатора полягає в корисній дії не тільки випарника 22, але й конденсатора 21. В випарнику 22 теплоносій охолоджується до максимально низької температури, що необхідно для високоефективної роботи теплообмінника 7 глибокого охолодження, а в конденсаторі 21 здійснюється подальше нагрівання контактуючої води для підвищення ефективності, як для теплообмінників 12, 1, та 13, 16, а також проміжного теплообмінника 15. Після конденсатора 21 вода з підвищеною температурою розділяється на два паралельно працюючих рециркуляційних контури. Перша частина загального потоку по трубопроводу 11 через рекуператор попереднього охолодження газів 12 та теплообмінник 1 споживання теплоти для опалювально-вентиляційних систем і дросельний вентиль 14 поступає, охолонувши в проміжному теплообміннику 15, надходить в секцію для попереднього зрошення через зрошувач 9. Друга частина загального потоку теплої води через проміжний теплообмінник 13 та теплообмінник 16 споживача теплоти системи гарячого водопостачання надходить по трубопроводах в той же зрошувач 9. Охолоджена вода після випарника 22 термотрансформаторного контуру за допомогою насоса 10 надходить в теплообмінник глибокого охолодження 7 для кінцевого рекуперативного доохолодження газів після секцій зрошування. Після теплообмінника 7 з попереднім нагрівом по 2 UA 100923 C2 5 10 15 20 25 30 трубопроводу 20 основна частина теплоносія за допомогою триходового температурного терморегулятора 27 після нагрівання в теплообміннику 16 споживача теплоти поступає в систему гарячого водопостачання. Друга частина води після догрівання в проміжному теплообміннику 13 надходить через трубопровід 19 в рекуперативний теплообмінник 8 до випарника 22 термотрансформаторного контуру, після чого циркуляційний цикл повторюється. Саме такий розподіл теплоносія після теплообмінника 7 за допомогою автоматизованого терморегулятора 27 витрати теплоносія забезпечує найбільш ефективний процес розподілу та його нагрівання в проміжному теплообміннику 13 і часткового доохолодження в рекуперативному теплообміннику 8. Покращення екологічної ефективності застосування запропонованої системи полягає не тільки в можливості передачі водно-шламової суміші з піддону зрошувальних камер в початковий процес технологічного циклу, а й в зниженні теплового та газопилового забруднення повітря та навколишнього середовища. Техніко-економічна ефективність і доцільність застосування запропонованої системи теплопостачання на основі контактно-рекуперативної термотрансформації енергії відпрацьованих газів обпалювальних печей полягає у тому, що саме таке нетрадиційне рішення дозволяє підвищити ефективність процесу відбору теплоти та ефективність теплопостачання зі збільшенням температурного потенціалу і потужності теплового потоку, що утилізується, а також покращення екологічної складової загального техніко-економічного позитивного результату. В запропонованій термотрансформаторній системі відбору теплоти з відпрацьованих газів для промислового теплопостачання реалізується з максимальним позитивним ефектом в процесі використання з підвищеною ефективністю енергії первинного палива, що застосовується в роботі обпалювальних печей. Джерела інформації: 1. Ходоров Е.И. Печи цементной промышленности. – Л., 1968. - 456 с. 2. Онацкий С.П. Производство керамзита. - Μ., 1971. - 333 с. 3. Петраш В.Д., Теплоснабжение на основе утилизации энергии регулируемого охлаждения вращающихся печей. - Одесса: ВМВ, 2006. - 280 с. 4. Петраш А.Д., В.Д. Петраш и Полунин М.М., Авторское свидетельство № 1474376 "Установка утилизации теплоты горячих газов", 1989. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 40 45 50 55 60 Термотрансформаторна система відбору теплоти з відпрацьованих газів для промислового теплопостачання, що містить теплообмінники (1 та 16) споживача теплоти, а також підключений до обертової печі (2) та димової труби (3) газохід (4) з піддоном (5), забезпечений в напрямку руху газів з розташованими рекуператором (12), з теплообмінником (1) споживача теплоти, дроселем (14) і нагрівачем (15), підключеними з одного боку до лінії (11) абонентського теплоспоживання, при цьому рекуператор (12) встановлено перед зрошувальною секцією (6), а теплообмінник (1) споживача теплоти, дросель (14) і проміжний теплообмінник (15) підключені послідовно в циркуляційному контурі зі зрошувальною секцією (6) з насосом (10) після піддона(5) в напрямку руху потоку, а з іншого боку до водопроводу (17), де проміжний теплообмінник (13) (в обхід рекуператора (12) споживача теплоти (1) і дроселя (14)) підключений гріючим трактом з зазначеним циркуляційним контуром до теплообмінника споживача теплоти (16), а сам проміжний теплообмінник (13) підключений до водопроводу через гріючий тракт (18) з рекуперативним теплообмінником поверхневого підігріву газів (8), яка відрізняється тим, що система додатково забезпечена випарником (22), конденсатором (21), компресором (23) та дросельним вентилем (24), які послідовно з'єднані між собою трубопроводом та разом складають замкнутий термотрансформаторний контур з легкокиплячою рідиною для передачі на ділянці трубопроводу після піддона (5) з насосом (10) попередньо відібраної теплоти рекуперативним теплообмінником (12) і теплообмінником глибокого охолодження (7) відпрацьованих газів, а також проміжним теплообмінником (15) на трубопроводі (17), з'єднаним з відгалуженою ділянкою холодного трубопроводу (25) перед входом в випарник (22), після поверхневого теплообмінника система оснащена триходовим температурним терморегулятором (27) витрати носія, встановленим на перерізі трубопроводу (20) після теплообмінника глибокого доохолодження відпрацьованих газів (7) та трубопроводу(19) до проміжного теплообмінника (13) попереднього нагрівання теплоносія, до того ж система містить додаткову зрошувальну секцію (28), встановлену перед рекуперативним теплообмінником глибокого охолодження газів (7). 3 UA 100923 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4