Теплоутилізаційна установка

Реферат: Винахід належить до теплоенергетики і може бути використаний в системах утилізації теплоти димових газів газоспоживальних котельних установок. Теплоутилізаційна установка містить розміщені у газоході послідовно за ходом газів теплоутилізатор поверхневого типу, підігрівач хімічно очищеної води, підігрівач сирової води та газопідігрівач, розміщені у повітроводі послідовно за ходом повітря повітрогрійний теплообмінник, контактний водоповітряний теплообмінник і повітродогрівач, водяну систему з замкненим циркуляційним контуром, в якому включені послідовно за ходом води теплоутилізатор, контактний водоповітряний теплообмінник, насос і повітрогрійний теплообмінник, та з розімкненим водопідготувальним контуром, підключеним вхідною лінією від водойми через підігрівач сирової води і систему хімводоочищення до ділянки замкненого циркуляційного контуру між теплоутилізатором і повітрогрійним теплообмінником, а вихідною лінією - від ділянки замкненого циркуляційного контуру між насосом і повітрогрійним теплообмінником через нагрівальну порожнину підігрівача хімічно очищеної води до деаератора, вхід газопідігрівача підключено до ділянки замкненого UA 104985 C2 (12) UA 104985 C2 циркуляційного контуру між теплоутилізатором і контактним водоповітряним теплообмінником, а вихід - до піддона контактного водоповітряного теплообмінника. Досягається підвищення теплової та екологічної ефективності установки. UA 104985 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до теплоенергетики і може бути використаний в системах утилізації теплоти газоспоживальних котельних установок. Відомою є теплоутилізаційна установка, що містить розміщений у підключеному до котлоагрегату газоході теплоутилізатор (контактний водопідігрівач) з байпасним газоходом і розміщений у повітроводі контактний водоповітряний теплообмінник з повітродогрівачем (калорифером), водяну систему з замкненим циркуляційним контуром, в якому включені послідовно за ходом води теплоутилізатор, і далі - у першому відгалуженні - контактний водоповітряний теплообмінник і перший насос, у другому відгалуженні - другий насос і підігрівач сирової води, та з розімкненим водопідготувальним контуром, який з'єднує водойму (джерело водопостачання) через нагрівану порожнину підігрівача сирової води і систему хімводоочищення з деаератором (див. Левин Л.И., Смарин В.А., Арешкин А.А. и др. Перспективы использования теплоты уходящих газов котлов крупных котельных// Теплоэнергетика.-1988. -№3.-С. 24-28, рис. 1). Недоліками відомої теплоутилізаційної установки є: низька теплова ефективність через підвищену температуру води на вході в теплоутилізатор, що зумовлено її недостатнім охолодженням, а саме охолодженням лише частини води, що циркулює, після теплоутилізатора у підігрівачі сирової води; низька екологічна ефективність через надходження у контактний водоповітряний теплообмінник лише частини води, підігрітої у теплоутилізаторі. Найближчим аналогом за технічною суттю та результатом, що досягається, до пристрою, що заявляється, вибраним як прототип, є теплоутилізаційна установка, що містить розміщений у газоході теплоутилізатор з байпасним газоходом, підігрівач сирової води з системою хімводоочищення, розміщені у повітроводі контактний водоповітряний теплообмінник з піддоном і повітрогрійний теплообмінник, водяну систему з замкненим циркуляційним контуром, в якому включені послідовно за ходом води теплоутилізатор, контактний водоповітряний теплообмінник, насос і грійна порожнина повітрогрійного теплообмінника, та з розімкненим водопідготувальним контуром, підключеним вхідною лінією від водойми через нагрівану порожнину, підігрівача сирової води і систему хімводоочищення до ділянки замкненого циркуляційного контуру між повітрогрійним теплообмінником і теплоутилізатором, а вихідною лінією - від ділянки замкненого циркуляційного контуру між насосом і повітрогрійним теплообмінником до деаератора (див опис винаходу до авт. свід. СРСР № 1539491, МПК F28C 3/06, 1987). У теплоутилізаційній установці за прототипом у порівнянні з відомою установкою (див. рис. 1 статті Левин Л.И., Смарин В.А., Арешкин А.А. и др. Перспективы использования теплоты уходящих газов котлов крупных котельных // Теплоэнергетика.-1988. - №3. - С. 24-28) завдяки охолодженню всієї води, що циркулює, після контактного водоповітряного теплообмінника послідовно у повітрогрійному теплообміннику і підігріванні сирової води досягається зниження температури води на вході в теплоутилізатор, додаткове охолодження димових газів у теплоутилізаторі і відповідне підвищення теплової ефективності установки та завдяки надходженню у контактний водоповітряний теплообмінник всієї води, підігрітої у теплоутилізаторі, у збільшеній кількості за рахунок додаткової води, що проходить через водопідготувальний контур, досягається збільшення вологовмісту дуттьового повітря і відповідне підвищення екологічної ефективності установки. Разом з тим, теплоутилізаційна установка-прототип має такі недоліки: недостатня екологічна ефективність через істотний вміст оксидів азоту в димових газах, що зумовлюється недостатнім вологовмістом дуттьового повітря на вході в газопальниковий пристрій котлоагрегату, що спричинене недостатнім зволоженням дуттьового повітря, яке здійснюється у контактному водоповітряному теплообміннику, внаслідок обмеження температури підігріву води у теплоутилізаторі (контактному водопідігрівачі) її граничним значенням, близьким до температури адіабатного насичення газів, та внаслідок низької температури повітря на вході в контактний водоповітряний теплообмінник; понижена теплова ефективність через витрачення частини виробленого котлоагрегатом високопотенційного теплоносія для підігрівання хімічно очищеної води у деаераторі; понижена теплова ефективність через підвищені втрати теплової енергії на осушування охолоджених вологих димових газів перед їхнім надходженням до газовідвідного тракту, що спричинене байпасуванням значної частини димових газів повз теплоутилізатор. В основу винаходу поставлена задача удосконалення теплоутилізаційної установки у напрямку підвищення її теплової та екологічної ефективності шляхом додаткового охолодження димових газів завдяки підігріванню ними додаткової кількості води у теплоутилізаторі, частиною якої підігрівається хімічно очищена вода перед надходженням до деаератора, шляхом 1 UA 104985 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 осушування охолоджених димових газів через їхнє підігрівання у поверхневому теплообміннику частиною додаткової кількості води, підігрітою у теплоутилізаторі, а також шляхом підвищення температурних рівнів води та повітря на вході в контактний водоповітряний теплообмінник. Поставлена задача вирішується тим, що теплоутилізаційну установку, яка містить теплоутилізатор, розміщений у газоході, підігрівач сирової води, систему хімводоочищення, підключену до виходу підігрівача сирової води, розміщені у повітроводі контактний водоповітряний теплообмінник з піддоном та повітрогрійний теплообмінник, водяну систему з замкненим циркуляційним контуром, в якому включені послідовно за ходом води теплоутилізатор, контактний водоповітряний теплообмінник, насос і грійна порожнина повітрогрійного теплообмінника, та з розімкненим водопідготувальним контуром, підключеним вхідною лінією від водойми через нагрівальну порожнину, підігрівача сирової води і систему хімводоочищення до ділянки замкненого циркуляційного контуру між теплоутилізатором і повітрогрійним теплообмінником, а вихідною лінією - від ділянки замкненого циркуляційного контуру між насосом і повітрогрійним теплообмінником до деаератора, згідно з винаходом, додатково оснащено підігрівачем хімічно очищеної води і газопідігрівачем, розміщеними у газоході послідовно за ходом газів після теплоутилізатора, який виконано поверхневим, при цьому підігрівач сирової води розміщено у газоході між підігрівачем хімічно очищеної води і газопідігрівачем, теплоутилізатор, підігрівач хімічно очищеної води і підігрівач сирової води оснащено патрубками відведення конденсату, які через гідравлічні затвори підключено до піддона контактного водоповітряного теплообмінника, нагрівальну порожнину підігрівача хімічно очищеної води включено у вихідну лінію водопідготувального контуру, вхід газопідігрівача підключено до ділянки замкненого циркуляційного контуру між теплоутилізатором і контактним водоповітряним теплообмінником, його вихід - до піддона контактного водоповітряного теплообмінника, а повітрогрійний теплообмінник розміщено за ходом повітря перед контактним водоповітряним теплообмінником. Завдяки додатковому оснащенню установки підігрівачем хімічно очищеної води, розміщенню його у газоході і включенню його нагрівальної порожнини у вихідну лінію водопідготувального контуру, а також завдяки розміщенню підігрівача сирової води у газоході досягається додаткове охолодження відхідних димових газів. Внаслідок додаткового оснащення установки газопідігрівачем, розміщення його у газоході на виході з установки та підключення його входу до ділянки замкненого циркуляційного контуру між теплоутилізатором і контактним водоповітряним теплообмінником, а виходу - до піддона контактного водоповітряного теплообмінника скорочуються втрати теплової енергії на осушування охолоджених вологих димових газів перед їхнім надходженням до газовідвідного тракту котельної установки. Завдяки виконанню теплоутилізатора поверхневим забезпечується підвищення температури води на вході у контактний водоповітряний теплообмінник, а завдяки розміщенню повітрогрійного теплообмінника за ходом повітря перед контактним водоповітряним теплообмінником забезпечується підвищення температури повітря на вході в контактний водоповітряний теплообмінник і відповідно на виході, отже і збільшення вологоємкості підігрітого і зволоженого повітря. Внаслідок введення цих нових конструктивних ознак досягається підвищення як теплової, так і екологічної ефективності теплоутилізаційної установки. Суть запропонованого винаходу пояснюється кресленням, на якому зображена схема установки. Теплоутилізаційна установка містить газохід 1, який з'єднує котлоагрегат з димовою трубою. В газоході 1 послідовно за ходом димових газів розміщені теплоутилізатор 2 поверхневого типу з патрубком З відведення конденсату, підігрівач 4 хімічно очищеної води з патрубком 5 відведення конденсату, підігрівач 6 сирової води з патрубком 7 відведення конденсату та газопідігрівач 8. Повітряний тракт установки містить повітровід 9, який з'єднує атмосферу з топкою котлоагрегату. В повітроводі 9 послідовно за ходом повітря розміщені повітрогрійний теплообмінник 10, контактний водоповітряний теплообмінник 11 і повітродогрівач 12. Контактний водоповітряний теплообмінник 11 містить робочу насадку 13, водорозподільник 14, краплеуловну насадку 15, патрубок 16 підведення підігрітої води та піддон 17 з патрубком 18 підведення конденсату, патрубком 19 підведення охолодженої води і патрубком 20 відведення води. Водяна система установки суміщає замкнений циркуляційний контур і розімкнений водопідготувальний контур. У замкненому циркуляційному контурі послідовно за ходом води включені теплоутилізатор 2, регулювальний вентиль 21, контактний водоповітряний теплообмінник 11, насос 22, регулювальний вентиль 23 і повітрогрійний теплообмінник 10. До 2 UA 104985 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 замкненого циркуляційного контуру також підключені два відгалуження від трубопроводу 24 підігрітої води, що з'єднує теплоутилізатор 2 з регулювальним вентилем 21, до трубопроводу 25 охолодженої води: перше - через регулювальний вентиль 26 і повітродогрівач 12, друге - через регулювальний вентиль 27 і газопідігрівач 8. Від водойми до замкненого циркуляційного контуру підключена вхідна лінія 28 розімкненого водопідготувального контуру через нагрівальну порожнину підігрівача 6 сирової води і систему 29 хімводоочищення, а від замкненого циркуляційного контуру до деаератора підключена вихідна лінія 30 розімкненого водопідготувального контуру через регулювальний вентиль 31 та нагрівальну порожнину підігрівача 4 хімічно очищеної води. Патрубки 3, 5 і 7 відведення конденсату через відповідні гідрозатвори трубопроводом 32 конденсату підключені до патрубка 18 підведення конденсату піддона 17 контактного водоповітряного теплообмінника 11. Установка працює таким чином. Димові гази від котлоагрегату, що споживає природний газ, надходять у газохід 1, в якому проходять через теплоутилізатор 2, підігрівач 4 хімічно очищеної води і підігрівач 6 сирової води, в яких охолоджуються з випадінням конденсату, котрий через патрубки 3, 5 і 7 відведення конденсату та відповідні гідрозатвори, трубопроводом 32 через патрубок 18 підведення конденсату надходить у піддон 17 контактного водоповітряного теплообмінника 11. На виході з газоходу 1 охолоджені димові гази проходять через газопідігрівач 8, де підігріваються для забезпечення відсутності подальшого конденсатоутворення при їхньому проходженні через газовідвідний тракт і димову трубу котельної установки. Дуттьове повітря подається у повітровід 9, проходить через повітрогрійний теплообмінник 10, де підігрівається, і надходить у контактний водоповітряний теплообмінник 11. Далі, проходячи через робочу насадку 13, повітря підігрівається і зволожується, а при проходженні через краплевловну насадку 15 у повітрі зменшується вміст крапель і бризок, після чого воно надходить у повітродогрівач 12, де підігрівається, і далі спрямовується через повітряну систему котлоагрегату в його топку. Охолоджена до температури 40-45 C у водяній системі установки вода з піддона 17 контактного водоповітряного теплообмінника 11 через патрубок 20 надходить у насос 22. Далі вода, що циркулює, через регулювальний вентиль 23 подається у повітрогрійний теплообмінник 10, де доохолоджується, і надходить на змішування з хімічно очищеною водою до вхідної лінії 28 розімкненого водопідготувального контуру. Сирова вода від джерела водопостачання - водойми надходить у нагрівну порожнину підігрівача 6 сирової води, де підігрівається, і далі проходить систему 29 хімводоочищення, в якій показники якості води досягають відповідних стандартних величин. Хімічно очищена вода підмішується до охолодженої, і загальна кількість води, що циркулює, надходить у теплоутилізатор 2, де підігрівається до температури 65-70 C, трубопроводом 24 через регулювальний вентиль 21 і патрубок 16 подається у водорозподільник 14 контактного водоповітряного теплообмінника 11 і далі проходить робочу насадку 13, де охолоджується і декарбонізується, та стікає у піддон 17 контактного водоповітряного теплообмінника 11. Частина підігрітої води відводиться з трубопроводу 24, проходить першим відгалуженням через регулювальний вентиль 27 і газопідігрівач 8, де охолоджується, а другим відгалуженням через регулювальний вентиль 26 і повітродогрівач 12, де охолоджується, і далі трубопроводом 25 загальна кількість охолодженої води через патрубок 19 підведення охолодженої води надходить у піддон 17 контактного водоповітряного теплообмінника 11. Частина охолодженої води з піддона 17 контактного водоповітряного теплообмінника 11 через патрубок 20, насос 22 і регулювальний вентиль 31 вихідною лінією 30 водопідготувального контуру надходить у підігрівач 4 хімічно очищеної води, де підігрівається, і далі - до деаератора котельної установки, після чого цикл повторюється. В залежності від навантаження котлоагрегату та зовнішніх атмосферних чинників регулювання роботи теплоутилізаційної установки здійснюється за допомогою регулювальних вентилів 23, 31, 21, 26 і 27. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 60 Теплоутилізаційна установка, що містить розміщені у газоході теплоутилізатор і підігрівач сирової води, систему хімводоочищення, підключену до виходу підігрівача сирової води, розміщені у повітроводі контактний водоповітряний теплообмінник з піддоном та повітрогрійний теплообмінник, водяну систему з замкненим циркуляційним контуром, в якому включені послідовно за ходом води за теплоутилізатором контактний водоповітряний теплообмінник, 3 UA 104985 C2 5 10 15 насос і грійна порожнина повітрогрійного теплообмінника, та з розімкненим водопідготувальним контуром, підключеним вхідною лінією від водойми через нагрівальну порожнину підігрівача сирової води і систему хімводоочищення до ділянки замкненого циркуляційного контуру між теплоутилізатором і повітрогрійним теплообмінником, а вихідною лінією - від ділянки замкненого циркуляційного контуру між насосом і повітрогрійним теплообмінником до деаератора, яка відрізняється тим, що її додатково оснащено підігрівачем хімічно очищеної води і газопідігрівачем, розміщеними у газоході послідовно за ходом газів після теплоутилізатора, який виконано поверхневим, при цьому підігрівач сирової води розміщено у газоході між підігрівачем хімічно очищеної води і газопідігрівачем, теплоутилізатор, підігрівач хімічно очищеної води і підігрівач сирової води оснащено патрубками відведення конденсату, які через гідравлічні затвори підключено до піддона контактного водоповітряного теплообмінника, нагрівну порожнину підігрівача хімічно очищеної води включено у вихідну лінію водопідготувального контуру, вхід газопідігрівача підключено до ділянки замкненого циркуляційного контуру між теплоутилізатором і контактним водоповітряним теплообмінником, його вихід - до піддона контактного водоповітряного теплообмінника, а повітрогрійний теплообмінник розміщено за ходом повітря перед контактним водоповітряним теплообмінником. Комп’ютерна верстка І. Мироненко 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