Котельна установка

Реферат: Об'єкт винаходу: Котельна установка. Галузь застосування: Винахід належить до теплоенергетики і може бути використаний в газоспоживальних водогрійних котельних установках. Суть винаходу: Котельна установка містить водогрійний котлоагрегат з газопальниковим пристроєм, сполучений газоходом з димовою трубою через послідовно включені повітропідігрівач, водопідігрівач, підігрівач сирової води, газопідігрівач і димосос, а газопальниковий пристрій сполучений повітроводом з атмосферою через вентилятор, поверхневий водоповітряний теплообмінник, контактний водоповітряний тепломасообмінник, повітродогрівач і повітропідігрівач, водяна система котлоагрегату містить водопідготувальний контур, в якому послідовно включені підігрівач сирової води з байпасним трубопроводом, система хімводоочищення, підігрівач хімічно очищеної води і вакуумний деаератор, водяна система установки містить водяний циркуляційний контур, в який включені контактний водоповітряний тепломасообмінник і водопідігрівач, з водяним циркуляційним відгалуженням, в яке включені повітродогрівач і піддон контактного водоповітряного тепломасообмінника, і двома розгалуженнями, в перше з яких включені підігрівач хімічно очищеної води і піддон контактного водоповітряного тепломасообмінника, а в друге - газопідігрівач і піддон контактного водоповітряного тепломасообмінника. UA 114371 C2 (12) UA 114371 C2 Технічний результат: Підвищення теплової та екологічної ефективності установки і підвищення експлуатаційної надійності роботи її водяної системи. UA 114371 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 з газопальниковим пристроєм, сполучений відвідним газоходом з димовою трубою через послідовно розміщені за напрямком руху димових газів контактний водопідігрівач з байпасним газоходом і димосос, а газопальниковий пристрій сполучений повітроводом з атмосферою через контактний водоповітряний тепломасообмінник з байпасним повітроводом, в якому розміщений поверхневий теплообмінник, і вентилятор, водопідготувальний контур, в який послідовно за напрямком руху води включені підігрівач сирової води, система хімводоочищення, контактний водопідігрівач, контактний водоповітряний тепломасообмінник, насос і вакуумний деаератор, водяний циркуляційний контур, в який послідовно за напрямком руху води включені насос, поверхневий теплообмінник, підігрівач сирової води, контактний водопідігрівач і контактний водоповітряний тепломасообмінник (див. опис винаходу до авт. свід. СРСР № 1539491, МПК F28C 3/06, 1987). Недоліками відомої установки є її низька теплова ефективність через високі значення температури та вологовмісту димових газів у відвідному газоході та недостатньо ефективне осушування дуттьового повітря після його підігрівання та зволоження у контактному водоповітряному тепломасообміннику. Найближчим аналогом за технічною суттю та результатом, що досягається, до пристрою, що заявляється, є котельна установка, що містить водогрійний котлоагрегат з газопальниковим пристроєм, сполучений відвідним газоходом з димовою трубою через послідовно розміщені за напрямком руху димових газів повітропідігрівач, двоступінчастий водопідігрівач з поверхневою і контактною частинами зі спільним байпасним газоходом і димосос, а газопальниковий пристрій сполучений повітроводом з атмосферою через вентилятор, контактний водоповітряний тепломасообмінник зі зрошувачем і піддоном, повітродогрівач і повітропідігрівач, водопідготувальний контур, в який послідовно за напрямком руху води включені підігрівач сирової води, система хімводоочищення і вакуумний деаератор, водяний циркуляційний контур, в який послідовно за напрямком руху води включені піддон контактного водоповітряного тепломасообмінника, циркуляційний насос, контактний водопідігрівач, поверхневий водопідігрівач і зрошувач контактного водоповітряного тепломасообмінника, водяне циркуляційне відгалуження, яке входом підключене до водяного циркуляційного контуру на ділянці між водопідігрівачем і зрошувачем контактного водоповітряного тепломасообмінника, а виходом - до піддона контактного водоповітряного тепломасообмінника, в яке послідовно за напрямком руху води включені водяна порожнина повітродогрівача та грійна порожнина підігрівача сирової води (див. Варварский B.C. Работы ВНИПИэнергопром в области энергосбережения //Теплоэнергетика. - 1995. - № 6. С. 22-26, рис. 5). Технічна реалізація водогрійної котельної установки передбачає обов'язкове підключення котлоагрегату до споживача теплової енергії подавальним трубопроводом і зворотним трубопроводом з мережним насосом, а також її оснащення підігрівачем хімічно очищеної води, який підігрівною порожниною включений у водопідготувальний контур між системою хімводоочищення і вакуумним деаератором, а грійною - між даератором і підживлювальним насосом, підключеним виходом до зворотного трубопроводу на всмоктувальній стороні мережного насоса. В котельній установці відповідно до найближчого аналога, в порівнянні з відомою установкою за авторським свідоцтвом СРСР № 1539491, завдяки розміщенню у відвідному газоході повітропідігрівача та поверхневої частини водопідігрівача забезпечується зниження температури відхідних димових газів, тобто підвищується теплова ефективність установки. Крім цього, підвищується температура повітря перед газопальниковим пристроєм і температура води перед контактним водоповітряним тепломасообмінником, що забезпечує підвищення рівня зволоження дуттьового повітря та відповідне зниження температури горіння природного газу в топці котлоагрегату, в результаті чого зменшується вміст оксидів азоту в димових газах, тобто збільшується екологічна ефективність установки. Разом з тим, котельна установка, що є найближчим аналогом, має такі недоліки: - низька теплова ефективність через підвищені втрати теплової енергії на осушування вологих відхідних димових газів, що спричинене байпасуванням значної частини димових газів повз теплоутилізаційне устаткування; - недостатня екологічна ефективність внаслідок низької вологоємності дуттьового повітря через його низьку температуру на вході у контактний водоповітряний тепломасообмінник; - недостатня експлуатаційна надійність роботи установки через зниження ресурсу довговічності, спричинене збільшенням корозійної здатності води після контактування її з димовими газами в контактній частині водопідігрівача; 1 UA 114371 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 - низька теплова ефективність через відносно високу температуру відхідних димових газів, зумовлену високою температурою води на вході в останній за напрямком руху газів теплообмінник - водопідігрівач; - недостатня теплова ефективність через витрачання теплової енергії на підігрівання хімічно очищеної води деаерованою водою, яка надходить у зворотний трубопровід на всмоктувальній стороні мережного насоса. В основу винаходу поставлена задача удосконалення котельної установки у напрямку підвищення її теплової та екологічної ефективності, а також надійності роботи шляхом додаткового її оснащення газопідігрівачем та поверхневим водоповітряним теплообмінником, виконання водопідігрівача поверхневим, розміщення грійної порожнини підігрівача сирової води у відвідному газоході та підключення грійної порожнини підігрівача хімічно очищеної води до водяного циркуляційного відгалуження - для досягнення додаткового осушування охолоджених димових газів через їхнє підігрівання у поверхневому теплообміннику частиною води, підігрітою у водопідігрівачі, додаткового підігрівання у поверхневому теплообміннику дуттьового повітря перед його надходженням до контактного водоповітряного тепломасообмінника водою, що подається у водопідігрівач, відсутності контактування води з димовими газами, охолодження димових газів, які виходять з водопідігрівача, холодною сировою водою, та підігрівання хімічно очищеної води частиною води, підігрітою у водопідігрівачі. Поставлена задача вирішується тим, що котельну установку, що містить водогрійний котлоагрегат з газопальниковим пристроєм, сполучений відвідним газоходом з димовою трубою через послідовно розміщені за напрямком руху димових газів повітропідігрівач, водопідігрівач і димосос, а газопальниковий пристрій сполучений повітроводом з атмосферою через вентилятор, контактний водоповітряний тепломасообмінник зі зрошувачем і піддоном, повітродогрівач і повітропідігрівач, водопідготувальний контур, в який послідовно за напрямком руху води включені підігрівач сирової води, система хімводоочищення, підігрівач хімічно очищеної води і вакуумний деаератор, водяний циркуляційний контур, в який послідовно за напрямком руху води включені піддон контактного водоповітряного тепломасообмінника, циркуляційний насос, водопідігрівач і зрошувач контактного водоповітряного тепломасообмінника, водяне циркуляційне відгалуження, яке входом підключене до водяного циркуляційного контуру на ділянці між водопідігрівачем і зрошувачем контактного водоповітряного тепломасообмінника, а виходом – до піддона контактного водоповітряного тепломасообмінника, в яке включена водяна порожнина повітродогрівача, причому котлоагрегат підключений до споживача теплової енергії подавальним трубопроводом і зворотним трубопроводом з мережним насосом, а вихід вакуумного деаератора через підживлювальний насос підключений до зворотного трубопроводу на всмоктувальній стороні мережного насоса, згідно з винаходом, додатково оснащено газопідігрвачем, розміщеним у відвідному газоході за напрямком руху димових газів перед димососом, та поверхневим водоповітряним теплообмінником, розміщеним у повітроводі між вентилятором і контактним водоповітряним тепломасообмінником, водяну порожнину поверхневого водоповітряного теплообмінника включено у водяний циркуляційний контур між циркуляційним насосом і водопідігрівачем, водопідігрівач виконано поверхневим, грійну порожнину підігрівача сирової води розміщено у відвідному газоході між водопідігрівачем і газопідігрівачем, вхід водяної порожнини газопідігрівача та вхід грійної порожнини підігрівача хімічно очищеної води підключено до ділянки водяного циркуляційного відгалуження між його входом до водяного циркуляційного контуру та входом у повітродогрівач, а виходами до піддона контактного водоповітряного тепломасообмінника. Завдяки додатковому оснащенню установки газопідігрівачем, розміщенню його у відвідному газоході перед димососом та підключенню входу водяної порожнини газопідігрівача до водяного циркуляційного контуру, а виходу до піддона контактного водоповітряного тепломасообмінника, зменшуються втрати теплової енергії на осушування відхідних димових газів. Внаслідок додаткового оснащення установки поверхневим водоповітряним теплообмінником, розміщення його у повітроводі між вентилятором і контактним водоповітряним тепломасообмінником та включення водяної порожнини поверхневого водоповітряного теплообмінника у водяний циркуляційний контур між циркуляційним насосом і водопідігрівачем підвищується температура дуттьового повітря на вході у контактний водоповітряний тепломасообмінник, що забезпечує більш високий рівень його зволоження. Завдяки виконанню водопідігрівача поверхневим забезпечується відсутність контактування в ньому води з димовими газами, а отже незмінність її корозійної здатності. 2 UA 114371 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Завдяки низькій температурі води на вході у підігрівач сирової води та розміщенню його трійної порожнини у відвідному газоході між водопідігрівачем і газопідгрівачем знижується температура відхідних димових газів. Внаслідок підключення входу трійної порожнини підігрівача хімічно очищеної води до ділянки водяного циркуляційного відгалуження між його входом до водяного циркуляційного контуру та входом у повітропідігрівач, а виходом - до піддона, контактного водоповітряного тепломасообмінника, для підігрівання хімічно очищеної води подається частина води, підігрітої у водопідігрівачі, тобто витрачається частина утилізованої теплової енергії. Внаслідок введення цих нових конструктивних ознак досягається підвищення теплової та екологічної ефективності установки, а також підвищення експлуатаційної надійності роботи її водяної системи. Суть запропонованого винаходу пояснюється кресленням, на якому зображена схема котельної установки. Котельна установка містить водогрійний котлоагрегат 1 з газопальниковим пристроєм 2, сполучений відвідним газоходом 3 з димовою трубою 4 через послідовно за напрямком руху димових газів розміщені повітропідігрівач 5, водопідігрівач 6 з патрубком 7 відведення конденсату, підігрівач 8 сирової води з патрубком 9 відведення конденсату, газопідігрівач 10 і димосос 11. Повітряний тракт установки містить повітровід 12, в якому послідовно за напрямком руху дуттьового повітря розміщені вентилятор 13, поверхневий водоповітряний теплообмінник 14, контактний водоповітряний тепломасообмінник 15 зі зрошувачем 16 і піддоном 17, повітродогрівач 18 і повітропідігрівач 5. Водяна система котлоагрегата 1, підключеного через систему теплопостачання до споживача теплової енергії подавальним трубопроводом 19 і зворотним трубопроводом 20 з мережним насосом 21, містить водопідготувальний контур, в який включені вхідний трубопровід 22, триходовий регулювальний клапан 23 з одним підвідним і двома відвідними патрубками, байпасний трубопровід 24, підігрівач 8 сирової води, систему 25 хімводоочищення, підігрівач 26 хімічно очищеної води та вакуумний деаератор 27, який вихідним трубопроводом 28 з підживлювальним насосом 29 підключено до зворотного трубопроводу 20 на всмоктувальній стороні мережного насоса 21. Вхід вбудованого в деаератор 27 теплообмінника підключено до подавального трубоповоду 19, вихід - до зворотного трубопроводу 20 на всмоктувальній стороні мережного насоса 21. Підвідний і перший відвідний патрубки клапана 23 включено у вхідний трубопровід 22, а до другого відвідного патрубка підключено вхід байпасного трубопроводу 24. Патрубки 7 і 9 відведення конденсату через гідравлічні затвори з'єднано з входом збірника 30 водяного конденсату з димових газів, вихід з якого через конденсатний насос 31 підключено до входу вакуумного деаератора 27. Водяна система установки містить циркуляційний контур з водяним циркуляційним відгалуженням і двома розгалуженнями. У водяний циркуляційний контур послідовно за напрямком руху води включені піддон 17 контактного водоповітряного тепломасообмінника 15, циркуляційний насос 32, поверхневий водоповітряний теплообмінник 14, водопідігрівач 6 і зрошувач 16 контактного водоповітряного тепломасообмінника 15. У водяне циркуляційне відгалуження послідовно за напрямком руху води включені вентиль 33, водяна порожнина повітродогрівача 18 і піддон 17 контактного водоповітряного тепломасообмінника 15. У перше розгалуження послідовно за напрямком руху води включені вентиль 34, грійна порожнина підігрівача 26 хімічно очищеної води та піддон 17 контактного водоповітряного тепломасообмінника 15. У друге розгалуження послідовно за напрямком руху води включені вентиль 35, водяна порожнина газопідігрівача 10 та піддон 17 контактного водоповітряного тепломасообмінника 15. Котельна установка працює таким чином. Природний газ і зволожене дуттьове повітря надходять до газопальникового пристрою 2, де змішуються, і газоповітряна суміш в процесі спалювання в топці котлоагрегату 1 утворює димові гази з підвищеним вологовмістом, які проходять через теплообмінні поверхні котлоагрегату 1, де охолоджуються, у відвідний газохід 3. Далі димові гази проходять повітропідігрівач 5, де охолоджуються, водопідігрівач 6, де охолоджуються з випадінням водяного конденсату, який через патрубок 7 та гідравлічний затвор відводиться у збірник 30 водяного конденсату з димових газів, підігрівач 8 сирової води, де охолоджуються з випадінням водяного конденсату, який через патрубок 9 та гідрозатвор відводиться у збірник 30 і газопідігрівач 10, де підігріваються, що забезпечує зменшення відносної вологості димових газів і запобігає конденсатоутворенню при подальшому їх проходженні через димосос 11 і димову трубу 4. 3 UA 114371 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Дуттьове повітря вентилятором 13 подається у повітровід 12 і проходить через поверхневий водоповітряний теплообмінник 14, де підігрівається, контактний водоповітряний тепломасообмінник 15, де підігрівається і зволожується, повітродогрівач 18, де догрівається для забезпечення зменшення відносної вологості зволоженого дуттьового повітря, що запобігає конденсатоутворенню при подальшому його проходженні у повітроводі 12 до повітропідігрівача 5, повітропідігрівач 5 і газопальниковий пристрій 2 котлоагрегату 1. Сирова вода від джерела водопостачання надходить в установку трубопроводом 22, а далі через триходовий регулювальний клапан 23 частина води надходить у підігрівач 8, де підігрівається, а інша частина через байпасний трубопровід 24-у трубопровід, що з'єднує підігрівач 8 з системою 25 хімводоочищення і змішується з водою, підігрітою у підігрівачі 8. Загальна кількість змішаної сирової води проходить систему 25 хімводоочищення, в якій показники якості води досягають відповідних стандартних величин. Далі хімічно очищена вода проходить підігрівач 26, де підігрівається, та надходить у вакуумний деаератор 27, в якому з води практично повністю видаляється кисень та вуглекислий газ. Далі за допомогою підживлювального насоса 29 трубопроводом 28 деаерована вода надходить у зворотний трубопровід 20 і змішується з охолодженою водою, що надходить від споживача теплової енергії. Загальна кількість змішаної води мережним насосом 21 подається в котлоагрегат 1, де підігрівається, і подавальним трубопроводом 19 надходить в систему теплопостачання, до якої підключено споживача теплової енергії. У водяному циркуляційному контурі вода подається циркуляційним насосом 32 у поверхневий водоповітряний теплообмінник 14, де охолоджується, проходить водопідігрівач 6, де підігрівається, і надходить у зрошувач 16 контактного водоповітряного тепломасообмінника 15, в робочій камері якого охолоджується та частково випаровується у дуттьове повітря і стікає у його піддон 17, з якого надходить до циркуляційного насоса 32, і цикл повторюється. Для компенсування втрат води у водяному циркуляційному контурі на її часткове випаровування здійснюється підживлення контуру водою з джерела водопостачання. У водяному циркуляційному відгалуженні водяного циркуляційного контуру вода з водопідігрівача 6 проходить вентиль 33, повітродогрівач 18, де охолоджується, і надходить у піддон 17 контактного водоповітряного тепломасообмінника 15. У першому розгалуженні водяного циркуляційного відгалуження вода проходить вентиль 34, грійну порожнину підігрівача 26 хімічно очищеної води, де охоложується, і надходить у піддон 17 контактного водоповітряного тепломасообмінника. У другому розгалуженні водяного циркуляційного відгалуження вода проходить вентиль 35, водяну порожнину газопідігрівача 10, де охолоджується, і надходить у піддон 17 контактного водоповітряного тепломасообмінника 15. За допомогою вентиля 33 встановлюється витрата води через повітродогрівач 18, яка забезпечує необхідну для осушування вологого дуттьового повітря температуру на виході з повітряної порожнини повітродогрівача 18, яка запобігає конденсації вологи в повітроводі 12 між повітродогрівачем 18 і повітропідігравачем 5. За допомогою вентиля 34 встановлюється витрата води через грійну порожнину підігрівача 26 хімічно очищеної води співрозмірною з витратою сирової води. За допомогою вентиля 35 в залежності від температури димових газів і температури зовнішнього повітря встановлюється витрата води через трійну порожнину газопідігрівача 10, яка забезпечує рівень температури димових газів перед димососом 11, який запобігає конденсації вологи в газовідвідному тракті, що містить димосос 11 і димову трубу 4. За допомогою триходового регулювального клапана 23 в залежності від температури води на вході в систему 25 хімводоочищення встанолюється така витрата сирової води через байпасний трубопровід 24, яка забезпечує підтримання необхідної температури води на вході в систему 25 хімводоочищення при максимальному охолодженні димових газів в установці. 50 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 60 Котельна установка, що містить водогрійний котлоагрегат з газопальниковим пристроєм, сполучений відвідним газоходом з димовою трубою через послідовно розміщені за напрямком руху димових газів, повітропідігрівач, водопідігрівач і димосос, а газопальниковий пристрій сполучений повітроводом з атмосферою через вентилятор, контактний водоповітряний тепломасообмінник зі зрошувачем і піддоном, повітродогрівач і повітропідігрівач, водопідготувальний контур, в який послідовно за напрямком руху води включені підігрівач сирової води, система хімводоочищення, підігрівач хімічно очищеної води і вакуумний деаератор, водяний циркуляційний контур, в який послідовно за напрямком руху води включені 4 UA 114371 C2 5 10 15 піддон контактного водоповітряного тепломасообмінника, циркуляційний насос, водопідігрівач і зрошувач контактного водоповітряного тепломасообмінника, водяне циркуляційне відгалуження, яке входом підключене до водяного циркуляційного контуру на ділянці між водопідігрівачем і зрошувачем контактного водоповітряного тепломасообмінника, а виходом до піддона контактного водоповітряного тепломасообмінника, в яке включена водяна порожнина повітродогрівача, причому котлоагрегат підключений до споживача теплової енергії подавальним трубопроводом і зворотним трубопроводом з мережним насосом, а вихід вакуумного деаератора через підживлювальний насос підключений до зворотного трубопроводу на всмоктувальній стороні мережного насоса, яка відрізняється тим, що її додатково оснащено газопідігрівачем, розміщеним у відвідному газоході за напрямком руху димових газів перед димососом, та поверхневим водоповітряним теплообмінником, розміщеним у повітроводі між вентилятором і контактним водоповітряним тепломасообмінником, водяну порожнину поверхневого водоповітряного теплообмінника включено у водяний циркуляційний контур між циркуляційним насосом і водопідігрівачем, водопідігрівач виконано поверхневим, грійну порожнину підігрівача сирової води розміщено у відвідному газоході між водопідігрівачем і газопідігрівачем, вхід водяної порожнини газопідігрівача та вхід грійної порожнини підігрівача хімічно очищеної води підключено до ділянки водяного циркуляційного відгалуження між його входом до водяного циркуляційного контуру та входом у повітродогрівач, а виходами - до піддона контактного водоповітряного тепломасообмінника. Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5