Котельна установка

Реферат: Винахід належить до теплоенергетики і може бути використаний в газоспоживальних водогрійних котельних установках. Котельна установка містить водогрійний котлоагрегат, сполучений газоходом з димовою трубою через послідовно включені газоохолоджувач, теплоутилізатор, підігрівач хімічно очищеної води, підігрівач сирової води, газопідігрівач і димосос, водопідготувальний контур, в якому послідовно включені підігрівач сирової води з байпасним трубопроводом, система хімводоочищення, підігрівач хімічно очищеної води і вакуумний деаератор з вбудованим теплообмінником, причому котлоагрегат підключений до споживача теплової енергії подавальним трубопроводом і зворотним трубопроводом з мережним насосом з утворенням водяного циркуляційного контуру системи теплопостачання, вхід теплоутилізатора підключений до зворотного трубопроводу, його вихід з'єднувальним трубопроводом підключений до входу газопідігрівача, виходи газопідігрівача, деаератора через підживлювальний насос і теплообмінника деаератора підключено до зворотного трубопроводу на всмоктувальній стороні мережного насоса, а вхід теплообмінника деаератора підключено до з'єднувального трубопроводу між теплоутилізатором і газопідігрівачем. Винахід забезпечує підвищення теплової ефективності установки і експлуатаційної надійності роботи системи хімводоочищення. UA 104111 C2 (12) UA 104111 C2 UA 104111 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до теплоенергетики і може бути використаний в газоспоживальних водогрійних котельних установках. Відомою є котельна установка, що містить водогрійний котлоагрегат і водопідготувальний контур, в якому послідовно включені підігрівач сирової води, система хімводоочищення, підігрівач хімічно очищеної води і вакуумний деаератор з вбудованим теплообмінником, причому котлоагрегат підключений до споживача теплової енергії подавальним трубопроводом і зворотним трубопроводом з мережним насосом з утворенням водяного циркуляційного контуру системи теплопостачання, обладнаного рециркуляційним трубопроводом з насосом рециркуляції, який з'єднує подавальний трубопровід з ділянкою зворотного трубопроводу між мережним насосом і котлоагрегатом, та перепускним трубопроводом з регулювальним клапаном, який з'єднує ділянку зворотного трубопроводу між мережним насосом і місцем підключення рециркуляційного трубопроводу з ділянкою подавального трубопроводу між місцем підключення рециркуляційного трубопроводу і споживачем теплової енергії, вхід теплообмінника деаератора з'єднаний з подавальним трубопроводом, а вихід теплообмінника через підігрівач сирової води та вихід деаератора через підігрівач хімічно очищеної води і підживлювальний насос з'єднані зі зворотним трубопроводом на всмоктувальній стороні мережного насоса (див. Роддатис К.Ф. Котельные установки. - М: Энергия, 1977. - С. 301-302, рис. 7-4). Недоліком відомої установки є її низька теплова ефективність через високі значення температури і вологовмісту димових газів, які відводяться з установки. Відомою також є котельна установка, що містить водогрійний котлоагрегат, сполучений газоходом з димовою трубою через послідовно включені газоохолоджувач, теплоутилізатор, газопідігрівач і димосос, причому котлоагрегат підключений до споживача теплової енергії подавальним трубопроводом і зворотним трубопроводом з мережним насосом з утворенням водяного циркуляційного контуру системи теплопостачання, обладнаного рециркуляційним трубопроводом з насосом рециркуляції і газоохолоджувачем, який з'єднує подавальний трубопровід з ділянкою зворотного трубопроводу між мережним насосом і котлоагрегатом, та перепускним трубопроводом з регулювальним клапаном, який з'єднує зворотний трубопровід після виходу мережного насоса з ділянкою подавального трубопроводу між місцем підключення рециркуляційного трубопроводу і споживачем теплової енергії, вхід теплоутилізатора підключений до зворотного трубопроводу між місцем підключення перепускного трубопроводу і місцем підключення рециркуляційного трубопроводу, вхід газопідігрівача підключено до виходу теплоутилізатора, а вихід - до зворотного трубопроводу на всмоктувальній стороні мережного насоса (див. опис винаходу за патентом України № 96094, МПК F22B33/00, 2010). В цій установці, в порівнянні з відомою установкою (рис. 7-4 книги Роддатис К.Ф. Котельные установки. - М: Энергия, 1977 - С. 301-302), забезпечується певне підвищення теплової ефективності завдяки зменшенню температури і вологовмісту димових газів у газоохолоджувачі та теплоутилізаторі. Але теплова ефективність установки є недостатньою через обмеження в охолодженні димових газів в теплоутилізаторі, зумовлене відносно високою температурою мережної води на вході в нього. Найближчим аналогом за технічною сутністю та результатом, що досягається, до пристрою, що заявляється, вибраним як прототип, є котельна установка, що містить водогрійний котлоагрегат, сполучений газоходом з димовою трубою через послідовно включені теплоутилізатор, підігрівач сирової води і димосос, водопідготувальний контур, в якому послідовно включені підігрівам сирової води, система хімводоочищення і вакуумний деаератор, вхід теплоутилізатора підключений до зворотного трубопроводу системи теплопостачання на напірній стороні мережного насоса, а вихід деаератора через підживлювальний насос підключений до зворотного трубопроводу на всмоктувальній стороні мережного насоса (див. Бухаркин Е.Н. Обеспечение надежных условий эксплуатации газоотводящего тракта в котельных с конденсационными экономайзерами // Теплоэнергетика. - 1997. - № 9. - С. 29-34, рис. 1). Технічна реалізація водогрійної котельної установки для систем теплопостачання передбачає обов'язкове підключення котлоагрегату до споживача теплової енергії подавальним трубопроводом і зворотним трубопроводом з мережним насосом з утворенням водяного контуру системи теплопостачання, обладнаного рециркуляційним трубопроводом з насосом рециркуляції і газоохолоджувачем, який з'єднує подавальний трубопровід з ділянкою зворотного трубопроводу між мережним насосом і котлоагрегатом, та перепускним трубопроводом з регулювальним клапаном, який з'єднує зворотний трубопровід після виходу мережного насоса з ділянкою подавального трубопроводу між місцем підключення рециркуляційного трубопроводу і споживачем теплової енергії, оснащення газопідігрівачем і розміщення його у газоході між підігрівачем сирової води і димососом, оснащення підігрівачем хімічно очищеної води, 1 UA 104111 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 підключення входу теплоутилізатора до зворотного трубопроводу між місцем підключення перепускного трубопроводу і місцем підключення рециркуляційного трубопроводу та підключення виходів газопідігрівача і теплообмінника деаератора до зворотного трубопроводу на всмоктувальній стороні мережного насоса. В котельній установці за прототипом, у порівнянні з відомою установкою за патентом України № 96094, завдяки розміщенню підігрівача сирової води в газоході після теплоутилізатора досягається додаткове охолодження димових газів, зумовлене низькою температурою сирової води на вході в підігрівам, що забезпечує певне підвищення ефективності роботи установки. Разом з тим, котельна установка-прототип має такі недоліки: - недостатня теплова ефективність через недостатнє охолодження димових газів у газоході після теплоутилізатора, що спричинене відбиранням їхньої теплоти лише у підігрівачі сирової води; - низька надійність роботи установки через можливість при пониженому споживанні сирової води перевищення обмеження температури води, що надходить у систему хімводоочищення (35-40 °C); - підвищені витрати теплової енергії на власні потреби установки внаслідок використання високотемпературного теплоносія системи теплопостачання для підігрівання через поверхню нагріву теплообмінника води (до 70 °C) у вакуумному деаераторі. В основу винаходу поставлена задача удосконалення котельної установки у напрямку підвищення теплової ефективності та надійності її роботи шляхом додаткового охолодження димових газів завдяки підігріванню ними хімічно очищеної води, а також запобіганням перевищенню нормативної температури води, що надходить у систему хімводоочищення, при забезпеченні підігрівання максимальної кількості води у підігрівачі сирової води, тобто максимального охолодження димових газів в установці, та шляхом підігрівання води у вакуумному деаераторі за рахунок теплоенергії частини зворотної мережної води, підігрітої в теплоутилізаторі димовими газами. Поставлена задача вирішується тим, що в котельній установці, що містить водогрійний котлоагрегат, сполучений газоходом з димовою трубою через послідовно розміщені газоохолоджувач, теплоутилізатор, підігрівач сирової води, газопідігрівач і димосос, водопідготувальний контур з вхідним трубопроводом, в якому послідовно включені підігрівач сирової води, система хімводоочищення, підігрівач хімічно очищеної води і вакуумний деаератор з вбудованим теплообмінником, при цьому котлоагрегат підключений до споживача теплової енергії подавальним трубопроводом і зворотним трубопроводом з мережним насосом з утворенням водяного циркуляційного контуру системи теплопостачання, обладнаного рециркуляційним трубопроводом з насосом рециркуляції і газоохолоджувачем, який з'єднує подавальний трубопровід з ділянкою зворотного трубопроводу між мережним насосом і котлоагрегатом, та перепускним трубопроводом з регулювальним клапаном, що з'єднує ділянку зворотного трубопроводу між мережним насосом і місцем підключення рециркуляційного трубопроводу з ділянкою подавального трубопроводу між місцем підключення рециркуляційного трубопроводу і споживачем теплової енергії, вхід теплоутилізатора підключений до зворотного трубопроводу між місцями підключення до нього перепускного та рециркуляційного трубопроводів, а його вихід з'єднувальним трубопроводом підключений до входу газопідігрівача, виходи газопідігрівача, деаератора через підживлювальний насос і теплообмінника деаератора підключено до зворотного трубопроводу на всмоктувальній стороні мережного насоса, згідно з винаходом, водопідготувальний контур додатково оснащено байпасним трубопроводом і триходовим регулювальним клапаном з одним підвідним і двома відвідними патрубками, причому підвідний і перший відвідний патрубки включено у вхідний трубопровід, а до другого відвідного патрубка підключено вхід байпасного трубопроводу, вихід якого підключено до трубопроводу, що з'єднує підігрівач сирової води та систему хімводоочищення, підігрівач хімічно очищеної води розміщено у газоході між теплоутилізатором і підігрівачем сирової води, грійні порожнини підігрівачів води оснащено патрубками відведення конденсату, які через гідравлічні затвори з'єднано з входом додатково встановленого збірника водяного конденсату з димових газів, вихід якого через конденсатний насос підключено до трубопроводу, що з'єднує підігрівач хімічно очищеної води і деаератор, а вхід теплообмінника деаератора підключено до з'єднувального трубопроводу між теплоутилізатором і газопідігрівачем. Завдяки розміщенню підігрівача хімічно очищеної води у газоході між теплоутилізатором і підігрівачем сирової води забезпечується додаткове охолодження і відповідне зменшення температури відхідних димових газів. Внаслідок додаткового оснащення водопідготувального контуру байпасним трубопроводом і триходовим регулювальним клапаном з одним підвідним і 2 UA 104111 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 двома відвідними патрубками, підвідний і перший відвідний патрубки якого включено у вхідний трубопровід, а до другого відвідного патрубка підключено вхід байпасного трубопроводу, вихід з якого підключено до трубопроводу, що з'єднує підігрівач сирової води та систему хімводоочищення, досягається можливість регулювання витрати води в байпасному трубопроводі і відповідне регулювання температури води, що надходить в систему хімводоочищення. Завдяки з'єднанню виходу теплоутилізатора з входом теплообмінника деаератора, тобто підключенню входу теплообмінника деаератора до з'єднувального трубопроводу між теплоутилізатором і газопідігрівачем, забезпечується підігрівання води в деаераторі з використанням теплоти відхідних димових газів. Крім того, згідно з винаходом, установка додатково містить регулятор водорозподілення, до якого підключено триходовий регулювальний клапан і датчик температури води, розміщений у трубопроводі, що з'єднує підігрівач сирової води та систему хімводоочищення між місцем підключення байпасного трубопроводу і системою хімводоочищення. Завдяки цьому додатково забезпечується автоматичне регулювання температури води, що надходить у систему хімводоочищення при максимальному охолодженні димових газів в установці. Внаслідок введення цих нових конструктивних ознак досягається підвищення як теплової ефективності установки, так і експлуатаційної надійності роботи системи хімводоочищення. Суть запропонованого винаходу пояснюється кресленням, на якому зображена схема котельної установки. Котельна установка містить водогрійний котлоагрегат 1, сполучений газоходом 2 з димовою трубою 3. В газоході 2 послідовно за ходом руху димових газів розміщено газоохолоджувач 4, теплоутилізатор 5, підігрівач 6 хімічно очищеної води з патрубком 7 відведення конденсату, підігрівач 8 сирової води з патрубком 9 відведення конденсату, газопідігрівач 10, датчик 11 температури димових газів і димосос 12. Водяний циркуляційний контур котельної установки, підключений до споживача 13 теплової енергії, містить котлоагрегат 1, подавальний трубопровід 14, зворотний трубопровід 15 з мережним насосом 16. Паралельно до котлоагрегату 1 між подавальним і зворотним трубопроводами 14 і 15 підключені рециркуляційний трубопровід 17 з насосом 18 рециркуляції, регулювальним клапаном 19 і газоохолоджувачем 4, перепускний трубопровід 20 з регулювальним клапаном 21. Крім того, водяний циркуляційний контур оснащено вентилями 22 і 23. Водопідготувальний контур установки містить вхідний трубопровід 24, триходовий регулювальний клапан 25 з одним підвідним і двома відвідними патрубками, байпасний трубопровід 26, причому підвідний і перший відвідний патрубки клапану 25 включено у вхідний трубопровід 24, а до другого відвідного патрубка підключено вхід байпасного трубопроводу 26, підігрівач 8 сирової води, систему 27 хімводоочищення, підігрівач 6 хімічно очищеної води, проміжний трубопровід 28, вакуумний деаератор 29, який вихідним трубопроводом 30 з підживлювальним насосом 31 підключено до зворотного трубопроводу 15 на всмоктуваній стороні мережного насоса 16. Патрубки 7 і 9 відведення конденсату через гідравлічні затвори з'єднано з входом збірника 32 водяного конденсату з димових газів, вихід з якого через конденсатний насос 33 підключено до проміжного трубопроводу 28. Внутрішній водяний циркуляційний контур установки містить вхідний трубопровід 34, підключений до зворотного трубопроводу 15 між мережним насосом 16 і вентилем 22, теплоутилізатор 5, проміжний трубопровід 35 з регулювальним клапаном 36, газопідігрівач 10, вихідний трубопровід 37, а також проміжний трубопровід 38 з вентилем 39, теплообмінник деаератора 29, вихідний трубопровід 40. Трубопроводи 37 і 40 підключено до зворотного трубопроводу 15 на всмоктувальній стороні мережного насоса 16. Регулювальний клапан 19 з'єднано з автоматичним регулятором 41 витрати води, яка подається на рециркуляцію, сполученим з датчиком 42 температури води на вході в котлоагрегат 1. Регулювальний клапан 21 з'єднано з автоматичним регулятором 43 витрати води через перепускний трубопровід 20, сполученим з датчиком 44 температури води, яка надходить в теплову мережу. Регулювальний клапан 36 з'єднано з автоматичним регулятором 45 витрати води через газопідігрівач 10, сполученим з датчиком 11 температури димових газів перед димососом 12 та датчиком 46 температури зовнішнього повітря. Регулювальний клапан 25 з'єднано з автоматичним регулятором 47 водорозподілення, сполученим з датчиком 48 температури води на вході у систему 27 хімводоочищення. Котельна установка працює таким чином. Димові гази, що утворюються в процесі спалювання природного газу в топці котлоагрегату 1, проходять через його теплообмінні поверхні, де охолоджуються, і надходять до газоходу 2. Далі 3 UA 104111 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 димові гази послідовно проходять газоохолоджувач 4, де охолоджуються, теплоутилізатор 5, де охолоджуються, підігрівач 6 хімічно очищеної води і підігрівач 8 сирової води, де доохолоджуються з випадінням конденсату з димових газів, який через патрубки 7 і 9 та гідрозатвори надходить у збірник 32, та газопідігрівач 10, де підігріваються, що запобігає конденсатоутворенню при подальшому їх проходженні у газоході 2 через димосос 12 і димову трубу 3. Зворотна вода системи теплопостачання з допомогою мережного насоса 16 трубопроводом 15 через вентиль 22 подається в котлоагрегат 1, де нагрівається. Основна частина нагрітої води трубопроводом 14 подається споживачу 13 теплової енергії, де охолоджується, а інша частина нагрітої води з допомогою насоса 18 рециркуляційним трубопроводом 17 через регулювальний клапан 19 і газоохолоджувач 4, де додатково підігрівається, подається в трубопровід 15, де змішується зі зворотною тепломережною водою, в результаті чого температура води на вході в котлоагрегат 1 підвищується. Частина охолодженої зворотної води перепускним трубопроводом 20 через регулювальний клапан 21 спрямовується в трубопровід 14, де змішується з водою, яка подається споживачу 13 теплової енергії, внаслідок чого температура цієї води знижується. Частина зворотної тепломережної води трубопроводом 34 через теплоутилізатор 5, де підігрівається, і вентиль 39 проходить через теплообмінник деаератора 29, де охолоджується, і надходить у зворотний трубопровід 15. Частина підігрітої в теплоутилізаторі 5 води трубопроводом 35 через регулювальний вентиль 36 і газопідігрівач 10, де охолоджується, подається в трубопровід 15, де змішується зі зворотною тепломережною водою. Сирова вода від джерела водопостачання надходить в установку трубопроводом 24, а далі через триходовий регулювальний клапан 25 частина води надходить у підігрівач 8, де підігрівається, а інша частина - через байпасний трубопровід 26 - у трубопровід, що з'єднує підігрівач 8 з системою 27 хімводоочищення, і змішується з водою, підігрітою у підігрівачі 8. Загальна кількість змішаної сирової води проходить систему 27 хімводоочищення, в якій показники якості води досягають відповідних стандартних величин. Далі хімічно очищена вода проходить підігрівач 6, де підігрівається, і трубопроводом 28 надходить у вакуумний деаератор 29, в якому з води практично повністю видаляються кисень та вуглекислий газ. Далі за допомогою підживлювального насоса 31 трубопроводом 30 деаерована вода надходить у зворотний трубопровід 15. За допомогою регулятора 41, в залежності від температури води, що вимірюється датчиком 42, відповідним ступенем відкриття клапана 19 встановлюється така витрата води на рециркуляцію, що забезпечує рівень температури води на вході в котлоагрегат 1, яка запобігає конденсації вологи на його конвективній поверхні. За допомогою регулятора 43, в залежності від температури води, що вимірюється датчиком 44, відповідним ступенем відкриття клапана 21 встановлюється така витрата води через перепускний трубопровід 20, яка забезпечує підтримання заданої температури води, що подається споживачу 13. За допомогою регулятора 47 в залежності від температури води, що вимірюється датчиком 48, відповідним впливом триходового клапана 25 встановлюється така витрата води через байпасний трубопровід 26, яка забезпечує підтримання необхідної температури сирової води на вході в систему 27 хімводоочищення при максимальному охолодженні димових газів в установці. За допомогою регулятора 45, в залежності від температури димових газів, що вимірюється датчиком 11, і температури зовнішнього повітря, що вимірюється датчиком 46, відповідним ступенем відкриття клапана 36 встановлюється витрата води через газопідігрівач 10, що забезпечує рівень температури димових газів перед димососом 12, який запобігає конденсації вологи в газовідвідному тракті, що містить димосос 12 і димову трубу 3. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 60 1. Котельна установка, що містить водогрійний котлоагрегат, сполучений газоходом з димовою трубою через послідовно розміщені газоохолоджувач, теплоутилізатор, газопідігрівач і димосос, водопідготувальний контур з вхідним трубопроводом, в якому послідовно включені підігрівач сирової води, система хімводоочищення, підігрівач хімічно очищеної води і вакуумний деаератор з вбудованим теплообмінником, при цьому котлоагрегат підключений до споживача теплової енергії подавальним трубопроводом і зворотним трубопроводом з мережним насосом з утворенням водяного циркуляційного контуру системи теплопостачання, обладнаного рециркуляційним трубопроводом з насосом рециркуляції і газоохолоджувачем, який з'єднує подавальний трубопровід з ділянкою зворотного трубопроводу між мережним насосом і котлоагрегатом, та перепускним трубопроводом з регулювальним клапаном, що з'єднує ділянку зворотного трубопроводу між мережним насосом і місцем підключення рециркуляційного 4 UA 104111 C2 5 10 15 20 трубопроводу з ділянкою подавального трубопроводу між місцем підключення рециркуляційного трубопроводу і споживачем теплової енергії, вхід теплоутилізатора підключений до зворотного трубопроводу між місцями підключення до нього перепускного та рециркуляційного трубопроводів, а його вихід з'єднувальним трубопроводом підключений до входу газопідігрівача, виходи газопідігрівача, деаератора через підживлювальний насос і теплообмінника деаератора підключено до зворотного трубопроводу на всмоктувальній стороні мережного насоса, яка відрізняється тим, що її водопідготувальний контур оснащено байпасним трубопроводом і триходовим регулювальним клапаном з одним підвідним і двома відвідними патрубками, причому підвідний і перший відвідний патрубки включено у вхідний трубопровід, а до другого відвідного патрубка підключено вхід байпасного трубопроводу, вихід якого підключено до трубопроводу, що з'єднує підігрівач сирової води та систему хімводоочищення, підігрівач хімічно очищеної води розміщено у газоході між теплоутилізатором і підігрівачем сирової води, грійні порожнини підігрівачів води оснащено патрубками відведення конденсату, які через гідравлічні затвори з'єднано з входом додатково встановленого збірника водяного конденсату з димових газів, вихід якого через конденсатний насос підключено до трубопроводу, що з'єднує підігрівач хімічно очищеної води і деаератор, а вхід теплообмінника деаератора підключено до з'єднувального трубопроводу між теплоутилізатором і газопідігрівачем. 2. Установка за п. 1, яка відрізняється тим, що вона додатково містить регулятор водорозподілення, до якого підключено триходовий регулювальний клапан і датчик температури води, розміщений у трубопроводі, що з'єднує підігрівач сирової води та систему хімводоочищення, між місцем підключення байпасного трубопроводу і системою хімводоочищення. 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 5