Система с использованием вторичных тепловых энергоресурсов

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, а именно к оборудованию, предназначенному для выработки и отпуска потребителям тепловой энергии (горячая вода, пар). Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении тепловой экономичности путем более полного использования теплоты уходящих газов и в повышении степени их очистки от сажи. Система с использованием вторичных тепловых энергоресурсов содержит теплотехническую установку, соединенную с тепловой сетью потребителя посредством трубопроводов прямой и обратной сетевой воды. От теплотехнической установки отходит газоход уходящих газов к дымовой трубе. К газоходу через регулятор расхода уходящих газов установленным в рассечку подсоединен дополнительный подогреватель, выполненный как утилизатор теплоты уходящих газов, который включает расположенный в верхней части корпуса разбрызгиватель, соединенный через трубопровод и насос с нижней частью корпуса утилизатора, являющейся резервуаром промежуточного теплоносителя, и установленный под разбрызгивателем теплообменник сетевой воды, причем внутреннее пространство корпуса утилизатора после теплообменника сетевой воды соединено с трубопроводом подвода уходящих газов для выхода в атмосферу посредством трубопровода, снабженного вытяжным вентилятором, а трубопровод до вытяжного вентилятора сообщается с атмосферой и в месте соединения установлен регулятор расхода атмосферного воздуха. 1 ил.

 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, а именно к оборудованию, предназначенному для выработки и отпуска потребителям тепловой энергии (горячая вода, пар).

Ведущее место в ряде отраслей промышленности принадлежит различным высокотемпературным процессам нагрева, плавления, обжига, восстановления и другим теплотехнологическим производствам, на осуществление которых расходуется около 20% потребляемого органического топлива и примерно столько же вырабатываемой электрической энергии. Вместе с тем, как известно, применяемые на практике различные теплотехнологические установки часто характеризуются рядом серьезных принципиальных недостатков: низкой интенсивностью протекающих в них процессов и малой единичной мощностью агрегатов, цикличностью отдельных процессов, уменьшением длительности рабочей компании, загрязнением окружающей среды и др. Коэффициент полезного теплоиспользования для большинства таких установок не превышает 20-30%. Повышение энергетической эффективности существующих теплотехнологических установок достигается улучшением режимов их работы, возвратом (регенерацией) части тепловых отходов технологическому процессу (внутренним теплоиспользованием) и внешним их использованием в качестве вторичных энергоресурсов (ВЭР) для выработки дополнительной энергетической или технологической продукции в дополнительном теплоиспользующем устройстве ("Котлы-утилизаторы и энерготехнологические агрегаты", М.: Энергоатомиздат, 1989 г., с.8-10). Из патентов и авторских свидетельств известно значительное число технических решений, направленных на повышение коэффициента полезного действия энергетических установок, работающих за счет жидкого или газообразного топлива. Например, в описании к авторскому свидетельству СССР №1495483, с приоритетом от 24.04.87, МПК F02G 5/00 "Система автономного теплоэлектроснабжения". Данное техническое решение направлено на повышение экономических показателей установки путем использования во внешней тепловой сети устройства для дополнительного использования вторичных тепловых энергоресурсов, которое выполнено в виде бака-аккумулятора с газовой рубашкой и внутренней водяной полостью, включенной в обратный трубопровод внешней тепловой сети. В описании к патенту РФ №2077606, с приоритетом от 03.06.91, МПК F02G 5/04 "Установка для автономного теплоснабжения" представлено техническое решение, в котором в качестве устройства для использования вторичных тепловых энергоресурсов применен дополнительный газожидкостный теплообменник, соединенный газовым трактом с выпускным газовым патрубком газожидкостного теплообменника, а вводным контуром - с обратным трубопроводом внешней тепловой сети. Следует заметить, что в уровне техники имеется ограниченное количество патентов, в которых вопрос полезной утилизации теплоты, уносимой с уходящими газами энергетических установок в атмосферу, решается за счет введения дополнительных утилизаторов теплоты уходящих газов с непрямым обогревом и расположенных вне газоходов уходящих газов.

Ближайшим аналогом заявляемого изобретения, выбранным в качестве прототипа, является техническое решение по а.с. СССР №1751592 МПК F22D 1/00 "Полупиковая газотурбинная теплоэлектроцентраль", опубл. 30.07.92 г.

Полупиковая газотурбинная теплоэлектроцентраль содержит включенные в трубопровод воды, теплотехнологическую установку, дополнительный подогреватель-утилизатор теплоты уходящих газов, установленный в трубопроводе подвода уходящих газов после теплотехнологической установки, также содержит баки-аккумуляторы подпиточной и химочищенной воды, размещенные в тракте подпиточной воды. В качестве устройства для утилизации теплоты уходящих газов применен установленный в газоходе уходящих газов котел-утилизатор, размещенный в отдельном корпусе и выполненный в виде обычного трубчатого теплообменника.

Недостатком ближайшего аналога является: высокая стоимость установки, обусловленная конструктивной сложностью, и невысокая тепловая экономичность из-за недостаточной эффективности использования теплоты уходящих газов, так как не в полной мере используется скрытая теплота конденсации паров воды, содержащаяся в уходящих газах. Устройство не обеспечивает требуемой степени очистки от сажи уходящих газов.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении тепловой экономичности путем более полного использования теплоты уходящих газов и в повышении степени их очистки от сажи.

Поставленная задача достигается тем, что в системе с использованием вторичных тепловых энергоресурсов, содержащаей включенные в трубопровод воды, теплотехнологическую установку, дополнительный подогреватель-утилизатор теплоты уходящих газов, установленный в трубопроводе подвода уходящих газов после теплотехнологической установки, согласно изобретению, в трубопроводе подвода уходящих газов на входе в дополнительный подогреватель-утилизатор теплоты уходящих газов установлен регулятор расхода уходящих газов, теплотехнологическая установка установлена в трубопроводе сетевой воды, дополнительный подогреватель-утилизатор теплоты уходящих газов установлен своими входом и выходом в трубопровод обратной сетевой воды перед теплотехнологической установкой и включает расположенный в верхней части корпуса разбрызгиватель, соединенный через трубопровод и насос с нижней частью корпуса утилизатора, являющейся резервуаром промежуточного теплоносителя, и установленный под разбрызгивателем теплообменник сетевой воды, причем внутреннее пространство корпуса утилизатора, после теплообменника сетевой воды, соединено с трубопроводом подвода уходящих газов для выхода в атмосферу посредством трубопровода, снабженного вытяжным вентилятором, а трубопровод, до вытяжного вентилятора, сообщается с атмосферой и в месте сообщения подсоединен регулятор расхода атмосферного воздуха.

За счет того, что в системе с использованием вторичных тепловых энергоресурсов, в трубопроводе подвода уходящих газов на входе в дополнительный подогреватель-утилизатор теплоты уходящих газов установлен регулятор расхода уходящих газов, теплотехнологическая установка установлена в трубопроводе сетевой воды, дополнительный подогреватель-утилизатор теплоты уходящих газов установлен своими входом и выходом в трубопровод обратной сетевой воды перед теплотехнологической установкой и включает расположенный в верхней части корпуса разбрызгиватель, соединенный через трубопровод и насос с нижней частью корпуса утилизатора, являющейся резервуаром промежуточного теплоносителя, и установленный под разбрызгивателем теплообменник сетевой воды, причем внутреннее пространство корпуса утилизатора, после теплообменника сетевой воды, соединено с трубопроводом подвода уходящих газов для выхода в атмосферу посредством трубопровода, снабженного вытяжным вентилятором, а трубопровод, до вытяжного вентилятора, сообщается с атмосферой и в месте сообщения подсоединен регулятор расхода атмосферного воздуха, повышается тепловая экономичность системы, путем более полного использования теплоты уходящих газов, и степень очистки от сажи выбрасываемых в атмосферу газов.

Таким образом, совокупность заявляемых признаков позволяет расширить эксплутационные возможности системы.

Заявляемая «Система с использованием вторичных тепловых энергоресурсов» обладает новизной и изобретательским уровнем, отличаясь от прототипа перечисленными выше признаками, и обеспечивает достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Заявляемая «Система с использованием вторичных тепловых энергоресурсов» может найти широкое применение в качестве оборудования, предназначенного для выработки и отпуска потребителям тепловой энергии (горячая вода, пар), поэтому соответствует критерию «промышленная применимость».

Сущность предлагаемой «Системы с использованием вторичных тепловых энергоресурсов» поясняется чертежом, представлен на котором общий вид «Системы с использованием вторичных тепловых энергоресурсов».

Система с использованием вторичных тепловых энергоресурсов (см. чертеж) содержит теплотехническую установку 1, соединенную с тепловой сетью потребителя посредством трубопровода прямой сетевой воды 2 и трубопровода обратной сетевой воды 3 (вход установки 1 соединен с трубопроводом 3 обратной сетевой воды (приходящей от потребителя), выход установки 1 соединен с трубопроводом 2 прямой сетевой воды (поступающей к потребителю). От установки 1 отходит газоход 4 уходящих газов к дымовой трубе 5. К газоходу 4 трубопроводом 6 подвода уходящих газов, через регулятор расхода уходящих газов 7, установленным в рассечку трубопровода 6, подсоединен дополнительный подогреватель 8, выполненный как утилизатор теплоты уходящих газов. Дополнительный подогреватель 8 выполнен в виде корпуса 9, внутри которого в его верхней части установлен разбрызгиватель 10. Ниже разбрызгивателя 10 размещен теплообменник 11 с присоединенными подводящим 12 и отводящим 13 трубопроводами сетевой воды. Подводящий 12 и отводящий 13 трубопроводы подсоединены к трубопроводу обратной сетевой воды 3, причем первым по ходу обратной сетевой воды подсоединен подводящий трубопровод 12, причем в рассечку подводящего трубопровода 12 установлен насос 14. Нижняя часть корпуса 1 служит резервуаром для промежуточного теплоносителя 15 и снабжена узлом слива 16 излишков конденсата паров воды. Разбрызгиватель 10 соединен с нижней частью корпуса 9 посредством трубопровода 17 и насоса 18 промежуточного теплоносителя 15. Нижняя часть корпуса 9 снабжена указателем уровня 19 промежуточного теплоносителя 15. Внутреннее пространство 20 корпуса 9 через трубопровод отвода уходящих газов 21, в рассечку которого установлен вытяжной вентилятор 22, соединено с атмосферой либо непосредственно, либо через газоход 4 и дымовую трубу 5 теплотехнологической установки 1. К трубопроводу отвода уходящих газов 21 перед вентилятором 22 подсоединен регулятор расхода атмосферного воздуха 23. Трубопровод 6 подвода уходящих газов и трубопровод отвода уходящих газов 21 подсоединены к газоходу уходящих газов 4, причем первым по ходу уходящих газов подсоединен трубопровод подвода уходящих газов 6.

Заявляемая система работает следующим образом. При работе теплотехнологической установки 1, например отопительной котельной (см. чертеж), потребителю подается тепловая энергия в виде горячей воды (пара) по трубопроводу прямой сетевой воды 2. От потребителя сетевая вода с пониженной температурой возвращается в теплотехнологическую установку 1 по трубопроводу обратной сетевой воды 3. Уходящие газы, образующиеся при работе теплотехнологической установки 1, по газоходу уходящих газов 4 направляются в дымовую трубу 5 и далее в атмосферу. Подогрев обратной сетевой воды перед возвратом ее в теплотехнологическую установку 1 осуществляется в дополнительном подогревателе 8 - утилизаторе теплоты уходящих газов (устройстве для использования вторичных тепловых энергоресурсов). Из трубопровода 3 обратная сетевая вода по подводящему трубопроводу 12 насосом 14 подается в теплообменник сетевой воды 11, расположенный во внутреннем пространстве корпуса 9, и по отводящему трубопроводу 13 возвращается в трубопровод обратной сетевой воды 3. Из теплотехнологической установки 1 нагретые уходящие газы по газоходу уходящих газов 4 направляются в дымовую трубу 5 и далее в атмосферу. По пути следования из газохода уходящих газов 4 часть уходящих газов принудительно пропускается через внутреннее пространство корпуса 9 по присоединенному трубопроводу уходящих газов 6, в рассечку которого установлен регулятор расхода уходящих газов 7. Внутри корпуса 9 промежуточный теплоноситель 15, подаваемый насосом 18 промежуточного теплоносителя 15 в разбрызгиватель 10 по трубопроводу 17, сначала разбрызгивается в потоке уходящих газов, поступающих принудительно во внутреннее пространство верхней части корпуса 9 по присоединительному трубопроводу уходящих газов 6 из газохода уходящих газов 4. Затем образовавшаяся газопарожидкостная смесь омывает теплообменник сетевой воды 11, осуществляя тем самым перенос теплоты из более нагретых уходящих газов к менее нагретой сетевой воде. Причем количество промежуточного теплоносителя 15, подаваемого через разбрызгиватель 10 в поток уходящих газов, таково, что перед теплообменником сетевой воды 11 температура газопарожидкостной смеси примерно равна температуре конденсации паров воды, а после теплообменника сетевой воды 11 температура газопарожидкостной смеси ниже температуры конденсации паров воды. Из пространства 20, расположенного между теплообменником сетевой воды 11 и поверхностью промежуточного теплоносителя 15, уходящие газы с примесью паров воды и конденсата паров воды в мелкодисперсном состоянии по трубопроводу 21 засасываются вытяжным вентилятором 22 и возвращаются в газоход уходящих газов 4, и далее по дымовой трубе 5 удаляются в атмосферу. Излишки конденсата паров воды в виде капель падают на поверхность промежуточного теплоносителя 15 и через узел слива 16 удаляются в канализацию. Количество промежуточного теплоносителя 15 в нижней части корпуса 9 контролируется при помощи указателя 19 уровня промежуточного теплоносителя 15. Регулирование количества уходящих газов, поступающих принудительно внутрь корпуса 9, и, соответственно, регулирование температуры обратной сетевой воды, поступающей в теплотехнологическую установку 1, осуществляется регулятором расхода уходящих газов 7 (чем больше газа поступает, тем выше температура). Поддержание в расчетных параметрах объемного расхода газа через вытяжной вентилятор 22, при изменении тепловой нагрузки у потребителя, осуществляется путем подсоса атмосферного воздуха в трубопровод отвода уходящих газов 21 через регулятор расхода атмосферного воздуха 23.

При поступлении уходящих газов внутрь корпуса 9 и при прохождении их через разбрызгиватель 10 сажа, находящаяся в газе, смешивается с водой, часть ее осаждается на дне корпуса 9, другая часть с промежуточным теплоносителем 15 через узел слива 16 уходит в канализацию.

В заявляемой системе также, как и в ближайшем аналоге, используется принцип газожидкостного теплообменника. Однако в отличие от ближайшего аналога в заявляемом техническом решении теплообмен осуществляется в два этапа. На первом этапе понижение температуры уходящих газов достигается путем передачи теплоты от уходящих газов к промежуточному теплоносителю, разбрызганному в виде капель воды в процессе смывания этих капель уходящими газами. Передача теплоты от уходящих газов к водяным каплям происходит более интенсивно, так как суммарная поверхность капель велика и теплообмен идет интенсивнее, чем при газожидкостном теплообмене через стенку. Особенностью второго этапа является то, что нагрев сетевой воды осуществляется в теплообменнике, работающем по принципу жидко-жидкостного теплообменника поверхностного типа. В этом случае капли нагретого промежуточного теплоносителя - воды, попадая на поверхность теплообменника, образуют водяную пленку, которая собственно и передает основное количество теплоты сетевой воде через стенку.

Заявленная система обладает более высоким коэффициентом использования теплоты уходящих газов, более экологична по величине выброса в атмосферу сажи, присутствующей в уходящих газах, за счет того, что в системе в трубопроводе подвода уходящих газов на входе в дополнительный подогреватель-утилизатор теплоты уходящих газов установлен регулятор расхода уходящих газов, теплотехнологическая установка установлена в трубопроводе сетевой воды, дополнительный подогреватель-утилизатор теплоты уходящих газов установлен своими входом и выходом в трубопровод обратной сетевой воды перед теплотехнологической установкой и включает расположенный в верхней части корпуса разбрызгиватель, соединенный через трубопровод и насос с нижней частью корпуса утилизатора, являющейся резервуаром промежуточного теплоносителя, и установленный под разбрызгивателем теплообменник сетевой воды, причем внутреннее пространство корпуса утилизатора, после теплообменника сетевой воды, соединено с трубопроводом подвода уходящих газов для выхода в атмосферу посредством трубопровода, снабженного вытяжным вентилятором, а трубопровод, до вытяжного вентилятора, сообщается с атмосферой и в месте сообщения подсоединен регулятор расхода атмосферного воздуха, повышается тепловая экономичность системы, путем более полного использования теплоты уходящих газов, и степень очистки от сажи выбрасываемых в атмосферу газов.

Система с использованием вторичных тепловых энергоресурсов, содержащая включенные в трубопровод воды теплотехнологическую установку, дополнительный подогреватель-утилизатор теплоты уходящих газов, установленный в трубопроводе подвода уходящих газов после теплотехнологической установки, отличающаяся тем, что в трубопроводе подвода уходящих газов на входе в дополнительный подогреватель-утилизатор теплоты уходящих газов установлен регулятор расхода уходящих газов, теплотехнологическая установка установлена в трубопроводе сетевой воды, дополнительный подогреватель - утилизатор теплоты уходящих газов установлен своими входом и выходом в трубопровод обратной сетевой воды перед теплотехнологической установкой и включает расположенный в верхней части корпуса разбрызгиватель, соединенный через трубопровод и насос с нижней частью корпуса утилизатора, являющейся резервуаром промежуточного теплоносителя, и установленный под разбрызгивателем теплообменник сетевой воды, причем внутреннее пространство корпуса утилизатора после теплообменника сетевой воды соединено с трубопроводом подвода уходящих газов для выхода в атмосферу посредством трубопровода, снабженного вытяжным вентилятором, а трубопровод до вытяжного вентилятора сообщается с атмосферой и в месте сообщения подсоединен регулятор расхода атмосферного воздуха.