Система гідравлічної ув’язки утилізатора димових газів в схемі котельної

Реферат: UA 79809 U UA 79809 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Система гідравлічної ув'язки утилізатора димових газів, що заявляється, стосується галузі енергозберігаючих технологій в теплопостачанні та може бути використана для оптимізації тепломеханічної схеми котельних установок із застосуванням жаротрубно-димогарних котлів зменшення питомого споживання палива на одиницю виробленої теплової енергії. Для зменшення питомого споживання палива на одиницю виробленої теплової енергії для котельних установок в системах гідравлічної ув'язки використовуються різноманітні утилізатори димових газів (економайзери, підігрівачі дуттьового повітря, КТАНи (контактні теплообмінники), тощо). Утилізація димових газів є найбільш ефективним енергозберігаючим заходом для котелень, як спосіб зменшення самої вагомої втрати в котельних установках. Відомі численні моделі утилізаторів димових газів, що пропонуються для жаротрубно-димогарних котлів. Умовно їх можна розділити на два класи: "сухі" утилізатори - утилізатори, в яких не допускається конденсація водяної пари з димових газів; та "вологі" утилізатори - утилізатори, що передбачають можливість конденсації водяної пари з димових газів та можливість часткової утилізації прихованої теплоти пароутворення. Для першого типу утилізаторів є нагальним завдання - запобігти конденсації водяної пари. Для цього застосовуються засоби автоматизації та механізми, що регулюють витрату теплоносія (димових газів або води). "Сухі" утилізатори, попри відносно невисоку вартість та відсутність проблеми утилізації підкисленого конденсату, у випадку застосування їх в котельнях із жаротрубно-димогарними котлами ефективність роботи котельні збільшується на 1-2 %, при їх використанні складно регулювати систему, що запобігає утворенню конденсату, також вимоги до безпеки при регулюванні витрати димових газів є підвищеними. Найбільш ефективними є "вологі" утилізатори - значення збільшення ефективності роботи котельні становить 4-7 % за відсутності вимог до регулювання потоків теплоносіїв. Проте такий тип утилізаторів високовартісний у зв'язку із використанням у своїй конструкції корозійностійких матеріалів. Ще одним недоліком є необхідність знешкодження підкисленого конденсату димових газів. Обидва типи утилізаторів мають загальний недолік - відсутність універсальної системи їх гідравлічної ув'язки в схемі котельні із жаротрубно-димогарними котлами. Останнім часом в системах гідравлічної ув'язки набуває широкого вжитку застосування, так званих, гідравлічних розподілювачів (або гідравлічних вирівнювачів, гідравлічних відсікачів, гідравлічних "стрілок", колекторів з малим перепадом тиску, динамічного гідравлічних компенсаторів тиску, анулоїдів, Hydraulische Weiche (him.)). [Махов Л. Μ., Использование гидравлического разделителя при децентрализованном теплоснабжении здания, АВОК №4/2000: Хаванов П. Α., Принципиальные тепловые схемы автономных источников теплоснабжения с коллекторами малых перепадов давления, АВОК №3/2002: Хаванов П. Α., Барынин К. П., Оптимизация тепловых и гидравлических режимов работы универсального ряда автономных котельных для ЖКХ, АВОК №4/2005]. Відомо багато систем гідравлічної ув'язки "вологого" утилізатора димових газів за допомогою гідравлічних розподілювачів, що пропонуються деякими виробниками теплотехнічного обладнання, наприклад - Erensan Isi Cihazlan Pazarlama ve Servis A.5-, Турція [http://www.erensan.com.tr/pdf/e-kataloq/tr/ecomax.pdf]. Відома система гідравлічної ув'язки передбачає використання послідовно гідравлічно під'єднаних між собою котла, системи теплопостачання та утилізатора із димоходом таким чином, що гідравлічний контур системи теплопостачання, контур котла та контур утилізатора із димоходом складають єдиний контур. Циркуляція теплоносія в такому контурі забезпечується загальним циркуляційним насосом. В такій системі відсутня необхідність встановлення додаткових засобів автоматизації та виконавчих механізмів, вона є найдешевшою у реалізації. Проте така система не дозволяє забезпечити захист котла від низькотемпературної корозії, відсутнє узгодження циркуляції теплоносія в контурах систем теплопостачання, котла та утилізатора (витрата теплоносія в цих контурах, різних за потужністю та температурним градієнтом, може різнитися в рази, а загальний насос не дає можливості варіювати циркуляцією в послідовно підключених ділянках гідравлічного контуру). Окрім зазначеного, система може забезпечувати регулювання потужності тільки для одного споживача; її також неможливо застосовувати для "сухих" утилізаторів через відсутність можливості керування циркуляцією води для підтримання процесу теплообміну в утилізаторі без конденсації димових газів. Відома система змішаної гідравлічної ув'язки "вологого" утилізатора димових газів, що пропонується зокрема виробником Loos International Bosch Industriekessel GmbH, Німеччина Отраслевой доклад. Полное использование теплоты сгорания (http://www.boschindustrial.com/files/fb023 ru.pdf), Гідравлічний контур утилізатора під'єднаний до трубопроводу зворотної води котельного контуру. Циркуляція теплоносія в контурі утилізатора забезпечується циркуляційним насосом 1 UA 79809 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 контуру утилізатора. Циркуляція теплоносія в котельному контурі забезпечується циркуляційним насосом контуру теплоносія. В системі передбачений захист від низькотемпературної корозії в котлі - можливість регулювання температури зворотної води котла триходовим змішувальним клапаном за сигналом датчика температури. Перевагами такої системи її відносно невелика собівартість при реалізації, при цьому для деяких варіантів схем під'єднання систем теплопостачання та режимів роботи в котельному контурі та контурі утилізатора забезпечується циркуляція, погоджена з потужністю та температурними градієнтами відповідно котла та утилізатора. Недоліками такої системи є неузгодженість циркуляції в усіх контурах, неможливість застосування такої схеми для "сухих" утилізаторів через відсутність можливості керування циркуляцією води для підтримання процесу теплообміну в утилізаторі без конденсації димових газів. Відома система гідравлічної ув'язки утилізатора [публікація Махов Л. М., Использование гидравлического разделителя при децентрализованном теплоснабжении здания, АВОК №4/2000], що передбачає наявність гідравлічно з'єднаних між собою контура котла, контура системи теплопостачання, контура утилізатора та обладнання для гідравлічного компенсування динамічного тиску (2 гідророзділювачі), що дозволяє відокремити контури, та відповідно забезпечити циркуляцію, погоджену з потужністю та температурними градієнтами відповідно котла, утилізатора та системи теплопостачання. Перший контур - котельний, циркуляція теплоносія в якому забезпечується насосом котельного контуру. Другий контур - контур утилізатора, циркуляція теплоносія в якому забезпечується циркуляційним насосом контуру теплоносія. Третій контур - контур системи теплопостачання, циркуляція теплоносія в якому забезпечується окремим циркуляційним насосом контуру системи теплопостачання. В системі передбачений захист від низькотемпературної корозії в котлі - можливість регулювання температури зворотної води котла триходовим змішувальним клапаном за сигналом датчика температури в конторі котла на вході теплоносія в котел. Перевагами такої системи є те, що у трьох контурах забезпечується циркуляція, погоджена з потужністю та температурними градієнтами відповідно котла, утилізатора та системи теплопостачання, при цьому система передбачає захист котла від низькотемпературної корозії. Недоліками згаданої системи є можливість регулювання потужності тільки для одного споживача, для перехідних режимів опалення така схема може бути неузгодженою по температурному графіку для системи теплопостачання, також таку систему неможливо застосовувати для "сухих" утилізаторів відсутня можливості керування циркуляцією води для підтримання процесу теплообміну в утилізаторі без конденсації димових газів. Найближчим аналогом до рішення, що заявляється, взято систему гідравлічної ув'язки утилізатора [http://www.secplateandframe.com/manuals/SEC Economizer eLINE Br ochure 2010.pdf, Діаграма 4], яка конструктивно передбачає розділення системи на п'ять контурів, що досягається використанням трьох гідравлічних розподілювачів (обладнання для гідравлічного компенсування динамічного тиску). Перший контур - котельний, циркуляція теплоносія в якому забезпечується насосом контуру котла. Другий контур - контур утилізатора, циркуляція теплоносія в якому забезпечується циркуляційним насосом контуру утилізатора. Третій контур перший контур системи теплопостачання, циркуляція теплоносія в якому забезпечується насосом першого контуру системи теплопостачання. Четвертий контур - другий контур системи теплопостачання, циркуляція теплоносія в якому забезпечується циркуляційним насосом. П'ятий контур - проміжний. В системі передбачений захист від низькотемпературної корозії в котлі через можливість регулювання температури зворотної води котла триходовим змішувальним клапаном за сигналом датчика температури. Система забезпечує незалежне регулювання потужності двох контурів системи теплопостачання. Для кожного нового незалежного контуру теплопостачання передбачається застосування відповідного нового гідравлічного розподілювача. Перевагами такої схеми є забезпечення циркуляції, погодженої з потужністю та температурними градієнтами відповідно котла, утилізатора та відповідних незалежних систем теплопостачання та захист котла від низькотемпературної корозії. Недоліками такої системи є її складність та відповідно більша собівартість при реалізації. Така система унеможливлює застосування її для "сухих" утилізаторів через відсутність можливості керування циркуляцією води для підтримання процесу теплообміну в утилізаторі без конденсації димових газів. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлена задача спростити систему гідравлічної ув'язки утилізатора димових газів при паралельному забезпеченні захисту котла від низькотемпературної корозії за рахунок досягнення узгодженості циркуляції в контурах котла, утилізатора та інших незалежних контурах системи теплопостачання для різної кількості контурів та котлів та можливості одночасного застосування такої системи як для "сухого", так і 2 UA 79809 U 5 10 15 20 25 30 35 для "мокрого" утилізатора. Додатковою задачею є зменшення собівартості такої системи при її реалізації. Для вирішення поставленої задачі запропонована система гідравлічної ув'язки утилізатора димових газів, яка включає гідравлічно з'єднані між собою щонайменше один контур котла, щонайменше один контур утилізатора та щонайменше один контур теплопостачання, циркуляція теплоносія в яких здійснюється окремими відповідними насосами контурів, при цьому система містить обладнання для гідравлічного компенсування динамічного тиску та обладнання для регулювання температури зворотної води, при цьому як обладнання для гідравлічного компенсування динамічного тиску використовують один загальний гідравлічний розподілювач із додатковими входами для теплоносія по довжині розподілювача. Як насос контуру утилізатора можуть використовувати циркуляційний насос контуру утилізатора з керованою частотою обертів або насос з триходовим змішувальним клапаном. Один загальний гідравлічний розподілювач із додатковими входами для теплоносія по його довжині застосовують із використанням принципу стратифікації - розшарування температурних шарів в гідравлічному розподілювачі. На Фіг. 1, 2, 3 та 4 запропоновані варіанти виконання корисної моделі. В варіантах виконання умовні позначення: 1 - котел; 2 - циркуляційний насос котельного контуру; 3 - утилізатор; 4 - димохід; 5 - гідравлічний розподілювач; 6 - циркуляційний насос контуру утилізатора; 7 - датчик температури зворотної води котла; 8-насос контуру системи вентиляції; 9 - триходовий змішувальний клапан; 10 - датчик температури повітря системи вентиляції; 11 - насос контуру системи ГВП; 12 - триходовий змішувальний клапан; 13 датчик температури гарячої води системи ГВП; 14 - насос контуру системи опалення; 15 триходовий змішувальний клапан; 16 - датчик температури прямої води системи опалення; 17 триходовий змішувальний клапан, 18 - датчик температури димових газів; 19 - триходовий змішувальний клапан. На Фіг. 1 запропонований варіант виконання системи гідравлічної ув'язки утилізатора димових газів для одного котла, трьох незалежних контурів системи теплопостачання та "мокрого" утилізатора. Для наочності наведені контури системи теплопостачання із різними способами керування (система опалення, система ГВП та система вентиляції). Запропонована система вирізняється можливістю під'єднання любої кількості контурів системи теплопостачання без застосування додаткових гідравлічних розподілювачів та без проміжного циркуляційного контуру, тобто є більш суттєвим спрощенням конструкції аналогу, також є дешевою при реалізації та передбачає менші експлуатаційні витрати. На Фіг. 2 підтримання значення температури димових газів за сигналом датчику 18 в діапазоні значень, що не призводять до конденсації, здійснюється зміною частоти оберту насосу 6, а на Фіг. 3 - зміною положення триходового клапана 19. Принципово вибір конкретної системи для застосування обумовлюється вартістю насоса з триходовим змішувальним клапаном або насосу з керованою частотою обертів. Для варіанту під'єднання двох та більше котлів пропонується Фіг. 4, що є різновидом рішення на Фіг. 1. На Фіг. 4 зображені під'єднані "мокрі" утилізатори. Під'єднання "сухих" утилізаторів можна виконати способом, аналогічним зображеному на Фіг. 2 або Фіг. 3 40 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 1. Система гідравлічної ув'язки утилізатора димових газів, яка включає гідравлічно з'єднані між собою щонайменше один контур котла, щонайменше один контур утилізатора та щонайменше один контур теплопостачання, циркуляція теплоносія в яких здійснюється окремими відповідними насосами контурів, при цьому система містить обладнання для гідравлічного компенсування динамічного тиску та обладнання для регулювання температури зворотної води, яка відрізняється тим, що як обладнання для гідравлічного компенсування динамічного тиску використовують один загальний гідравлічний розподілювач із додатковими входами для теплоносія по довжині розподілювача. 2. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що як насос контуру утилізатора можуть використовувати циркуляційний насос контуру утилізатора з керованою частотою обертів або насос з триходовим змішувальним клапаном. 3 UA 79809 U 4 UA 79809 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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