Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА ПОДОГРЕВА ВОДЫ, ПОДАВАЕМОЙ ПОТРЕБИТЕЛЮ

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к использованию тепла дымовых газов котельных установок для нагрева воды, подаваемой потребителю.

Известна комбинированная система для одновременного производства тепловой и электрической энергии на основе водогрейной котельной установки (RU 2261335 С1, МПК F01K 7/12, опубл. 27.09.2005), включающая водогрейный котел, систему теплоснабжения потребителей с сетевым насосом, линию подпиточной воды, двигатель Стерлинга, электрогенератор, промежуточный контур подогрева, компрессор и теплообменник, расположенный в дымоходе котельной установки.

Недостатком известной системы является низкий КПД использования дымовых газов вследствие того, что в системе используется промежуточный теплоноситель, отдающий тепло не напрямую воде, а газу (например, гелию). Тепло газа отдается через преобразованную механическую энергию, при помощи которой вращается ротор электрогенератора. В этом случае возникают потери полезной энергии на трение. Кроме того, необходимы дополнительные затраты электроэнергии на охлаждение двигателя Стерлинга и на работу насоса для подачи воды в холодильник. В известной системе отсутствует централизованная автоматизированная система управления.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является система авторегулирования установки для подогрева сетевой воды теплом уходящих дымовых газов котла, включающая регулятор температуры прямой сетевой воды, регулятор температуры сетевой воды на входе в подогреватель, регулятор температуры сетевой воды на выходе из подогревателя. Управляющий орган регулятора температуры сетевой воды на выходе из подогревателя выполнен в виде клапана, расположенного на трубопроводе обратной сетевой воды после отвода трубопровода, шунтирующего подогреватель, и перед врезкой трубопровода рециркуляции части горячей сетевой воды с выхода подогревателя на его вход (патент RU №2230260 от 10.06.2004 г.). Данная система принята за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения - змеевик; циркуляционный насос, соединенный с рециркуляционным трубопроводом для подачи воды через задвижку, регулируемую устройством управления; сетевой насос, подсоединенный к котельной установке посредством трубопровода.

Недостатком известной системы, принятой за прототип, является ограничение в применении ее на промышленных предприятиях вследствие того, что теплообменник, подогреваемый дымовыми газами, расположен непосредственно в сети теплоснабжения (в трубопроводе обратной воды). Теплообменником необходимо поддерживать температуру воды 100°C. В случае, если данная температура не поддерживается, вода направляется в контур рециркуляции. В связи с этим невозможно поддерживать требуемый для работы потребителя расход теплоносителя. Кроме того, известной системой невозможно регулировать скорость движения дымовых газов по теплообменнику - регулирование температуры нагрева воды, и создавать вытяжную силу дымовых газов через дымоход. В известной системе не приводится конструкция теплообменника, подогревающего воду дымовыми газами, в результате чего нельзя определить эффективность теплообмена, и отсутствует централизованная автоматизированная система управления.

Задачей изобретения является расширение области его применения, повышение КПД теплоотдачи дымовыми газами, автоматизация системы управления.

Поставленная задача была решена за счет того, что известная система подогрева воды, подаваемой потребителю, содержащая змеевик, циркуляционный насос, соединенный с рециркуляционным трубопроводом для подачи воды через задвижку, регулируемую устройством управления, сетевой насос, подсоединенный посредством трубопровода к котельной установке, согласно изобретению снабжена резервуаром для подогрева воды, поступающей от источника водоснабжения по трубопроводу, включающему регулируемую устройством управления задвижку, датчики температуры, расхода и давления, камерой смешения, одним или двумя дутьевыми вентиляторами и клапаном аварийного сброса давления, при этом резервуар для подогрева воды снабжен датчиком уровня воды и средством для перемешивания воды, в резервуаре установлен змеевик по всей площади резервуара, причем змеевик установлен с возможностью съема и выполнен из материала, обладающего высокой теплопроводностью, к входу змеевика подсоединен входной трубопровод дымовых газов котельной установки, к выходу змеевика подсоединен выходной трубопровод, внутри входного и/или выходного трубопровода установлены дутьевые вентиляторы, при этом резервуар соединен с циркуляционным насосом, регулируемым устройством управления, посредством трубопровода, включающего датчики температуры, расхода и давления, а циркуляционный насос через регулируемую устройством управления задвижку посредством трубопровода соединен с первым входом камеры смешения, второй вход камеры смешения соединен с котельной установкой посредством трубопровода, включающего регулируемую устройством управления задвижку, датчики температуры, расхода и давления, выход камеры смешения соединен с потребителем теплоносителя посредством трубопровода, включающего регулируемую устройством управления задвижку, датчики температуры, расхода и давления, сетевой насос, регулируемый устройством управления и подсоединенный к котельной установке посредством трубопровода, включающего датчики температуры, расхода и давления. В качестве средства для перемешивания воды могут быть использованы пропеллерная мешалка с устройством управления ее работой и/или пневматический перемешиватель воды, соединенный с компрессором, регулируемым устройством управления и подводящим по воздуховоду сжатый воздух в резервуар. Дутьевые вентиляторы могут быть снабжены регулируемыми устройствами управления. На выходе из котельной установки могут быть установлены фильтры грубой очистки.

Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - наличие резервуара для подогрева воды, поступающей от источника водоснабжения по трубопроводу, включающему регулируемую устройством управления задвижку, датчики температуры, расхода и давления; наличие камеры смешения; наличие одного или двух дутьевых вентиляторов; наличие клапана аварийного сброса давления; резервуар для подогрева воды снабжен датчиком уровня воды и средством для перемешивания воды; в резервуаре установлен змеевик по всей площади резервуара; в резервуаре установлен змеевик с возможностью съема; змеевик выполнен из материала, обладающего высокой теплопроводностью; к входу змеевика подсоединен входной трубопровод дымовых газов котельной установки; к выходу змеевика подсоединен выходной трубопровод; внутри входного и/или выходного трубопроводах установлены дутьевые вентиляторы; резервуар соединен с циркуляционным насосом, регулируемым устройством управления, посредством трубопровода, включающего датчики температуры, расхода и давления; циркуляционный насос через регулируемую устройством управления задвижку посредством трубопровода соединен с первым входом камеры смешения; второй вход камеры смешения соединен с котельной установкой посредством трубопровода, включающего регулируемую устройством управления задвижку, датчики температуры, расхода и давления; выход камеры смешения соединен с потребителем теплоносителя посредством трубопровода, включающего регулируемую устройством управления задвижку, датчики температуры, расхода и давления; сетевой насос, регулируемый устройством управления, подсоединен к котельной установке посредством трубопровода, включающего датчики температуры, расхода и давления; в качестве средства для перемешивания воды использованы пропеллерная мешалка с устройством управления ее работой и/или пневматический перемешиватель воды, соединенный с компрессором, регулируемым устройством управления и подводящим по воздуховоду сжатый воздух в резервуар; дутьевые вентиляторы снабжены регулируемыми устройствами управления; на выходе из котельной установки установлены фильтры грубой очистки.

Наличие резервуара для подогрева воды и расположение змеевика по всей площади резервуара позволяет увеличить поверхность теплообмена с нагреваемой водой, а также наличие пропеллерной мешалки и/или пневматического перемешивателя и установка дутьевых вентиляторов, обеспечивающих регулирование скорости прохождения дымовых газов по змеевику, позволяют повысить КПД теплоотдачи дымовыми газами.

Наличие камеры смешения и соединение ее с котельной установкой позволяют осуществлять подачу теплоносителя к потребителю в требуемом объеме, т.е. если объема подогретой воды в резервуаре будет недостаточно для снабжения потребителя, теплоноситель будет поступать с котельной установки. Это позволит расширить область применения системы.

Наличие датчиков и исполнительных механизмов позволяет управлять процессом посредством микроконтроллера, т.е. полностью автоматизировать процесс управления системой подогрева и подачи воды потребителю.

Сущность изобретения поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-3.

На фиг. 1 показана структурная схема автоматизации системы подогрева воды дымовыми газами.

На фиг. 2 (вид сбоку) и фиг. 3 (вид сверху - разрез) - резервуар для подогрева воды дымовыми газами.

Система подогрева воды, подаваемой потребителю, включает резервуар 1 для подогрева воды, поступающей от источника водоснабжения по трубопроводу 2, включающему регулируемую устройством управления 3 задвижку 4, датчик температуры 5, датчик расхода 6 и датчик давления 7.

В резервуаре 1 установлены змеевик 8 по всей его площади, датчик уровня воды 9, средство для перемешивания воды, например пропеллерная мешалка 10 с устройством управления ее работой 11 и/или пневматический перемешиватель воды («джакузи») 12, осуществляющий перемешивание воды сжатым воздухом. Пневматический перемешиватель воды 12 соединен с компрессором 13, регулируемым устройством управления 14 и подводящим по воздуховоду 15 сжатый воздух в резервуар 1, образуя замкнутый контур. Змеевик 8 выполнен из материала, обладающего высокой теплопроводностью, например из латуни. К входу змеевика 8 подсоединен входной трубопровод 16 дымовых газов котельной установки. На выходе из котельной установки могут быть установлены фильтры грубой очистки (на фиг. не показаны). К выходу змеевика 8 подсоединен выходной трубопровод 17. Внутри входного 16 и/или выходного 17 трубопровода установлены дутьевые вентиляторы 18, 19 соответственно. Дутьевые вентиляторы 18, 19 могут быть снабжены устройствами управления 20, 21 соответственно.

В резервуаре 1 змеевик 8 установлен с возможностью съема. На внутренней поверхности змеевика 8 оседают твердые фракции дымовых газов. Для очистки змеевика 8 на входе и выходе змеевика 8 установлено устройство для его съема 22. Основное требование к устройству 22 для съема змеевика 8 - обеспечение герметичности.

Резервуар 1 соединен с циркуляционным насосом 23, регулируемым устройством управления 24, посредством трубопровода, включающего датчик температуры 25, датчик расхода 26, датчик давления 27. Циркуляционный насос 23 через регулируемую устройством управления 28 задвижку 29 соединен с рециркуляционным трубопроводом для подачи воды в резервуар 1. Циркуляционный насос 23 через регулируемую устройством управления 30 задвижку 31 соединен трубопроводом для подачи воды в камеру смешения 32. Второй вход камеры смешения 32 соединен с котельной установкой посредством трубопровода, включающего регулируемую устройством управления 33 задвижку 34, датчик температуры 35, датчик расхода 36 и датчик давления 37. Выход камеры смешения 32 соединен с потребителем теплоносителя посредством трубопровода, включающего регулируемую устройством управления 38 задвижку 39, датчик температуры 40, датчик расхода 41 и датчик давления 42. Для использования обратной воды сетевой насос 43, регулируемый устройством управления 44, подсоединен к котельной установке посредством трубопровода, включающего датчик температуры 45, датчик расхода 46 и датчик давления 47.

Избытки теплоносителя, образованного в ходе добавления в резервуар воды 1 от источника водоснабжения, используются для собственных нужд.

Датчики температуры 5, 25, 35, 40, 45, датчики расхода 6,26,36, 41,46 и датчики давления 7, 27, 37, 42, 47 и устройства управления 3, 11, 14, 20, 21, 24, 28, 33, 38, 44 соединены с централизованной автоматизированной системой управления, выполненной на базе, например, микроконтроллера. Система снабжена клапаном аварийного сброса давления (на фиг. не показан).

Система подогрева воды, подаваемой потребителю, работает следующим образом.

Дымовые газы с котельной установки, поступающие в систему подогрева воды, предварительно проходят через фильтр грубой очистки (на фиг. не показан). Далее дымовые газы с котельной установки поступают в змеевик 8, расположенный в резервуаре для подогрева воды 1, через входной трубопровод дымовых газов 16 за счет разрежения, создаваемого дутьевым вентилятором 18. Для регулирования режимов работы дутьевого вентилятора 16 может быть использовано устройство управления его работой 20. Проходя через змеевик 8, дымовые газы нагревают воду в резервуаре 1. Нагрев воды в резервуаре 1 происходит неравномерно вследствие остывания дымовых газов при движении по змеевику 8. С целью увеличения теплоотдачи от дымовых газов нагреваемой воде в резервуаре 1 устанавливается пропеллерная мешалка 10, вращающаяся за счет работы устройства управления пропеллерной мешалкой 11. Для смешивания воды в резервуаре 1 вместо пропеллерной мешалки 11, либо совместно с ней, может быть установлен пневматический перемешиватель воды («джакузи») 12. В пневматический перемешиватель воды («джакузи») 12 может, например, подаваться нагретый воздух из резервуара 1. Для этого по воздуховоду 15 за счет работы компрессора 13, управляемого устройством управления 14, в резервуар 1 подается сжатый воздух, образуя замкнутый контур. Образующиеся пузырьки воздуха в резервуаре 1 перемешивают в нем нагреваемую воду. Далее дымовые газы через выходной трубопровод 17 удаляются в дымовую трубу.

В зависимости от расчетного значения давления, необходимого для подачи дымовых газов в трубопровод 16 и змеевик 8, может применяться нагнетательная схема подачи, когда дымовые газы будут поступать в змеевик 8 за счет работы дутьевого вентилятора 18. Также может быть использована комбинированная схема подачи дымовых газов в трубопровод 16 и змеевик 8, т.е. за счет совместной работы дутьевых вентиляторов 18 и 19. Для управления режимами работы дутьевого вентилятора 19 может быть использовано устройство управления 21.

Нагретая в резервуаре 1 вода откачивается из резервуара 1 за счет работы циркуляционного насоса 23, который управляется устройством управления 24. Датчиками температуры 25, расхода 26 и давления 27 контролируются параметры откачиваемой воды. В случае, если параметры откачиваемой воды не удовлетворяют требуемым, то через регулируемую задвижку 29, управляемую устройством управления задвижкой 28, вода вновь поступает в трубопровод 2 для подачи в резервуар 1. Если параметры откачиваемой из резервуара 1 воды удовлетворяют требуемым, то она через регулируемую задвижку 31, управляемую устройством управления 30, поступает в камеру смешения 32. Из камеры смешения 32 нагретая вода подается потребителю, например, в шахтную калориферную установку. В зависимости от требуемого расхода и температуры нагретой воды для работы шахтной калориферной установки она может подаваться только из резервуара для подогрева воды 1, либо в камеру смешения 32 будет дополнительно поступать прямая вода из котельной установки, параметры которой будут измеряться датчиками температуры 35, расхода 36 и давления 37. Работа регулируемой задвижки 39, устройства управления задвижкой 38 и сетевого насоса 43, производительность которого регулируется устройством управления 44, будет определяться в зависимости от параметров (температуры и давления) воды и требуемого для работы шахтной калориферной установки ее расхода. Подача прямой воды из котельной установки устанавливается регулируемой задвижкой 34, управляемой устройством управления задвижкой 33. Параметры прямой и обратной воды контролируются датчиками температуры 40, 45, расхода 41, 46 и давления 42, 47.

Вода в резервуаре для подогрева воды 1 пополняется от источника водоснабжения, которым может служить промышленная вода, артезианские скважины и т.д. Необходимость пополнения резервуара 1 контролируется датчиком уровня 9. В случае, когда температура воды в резервуаре 1 достаточна для подачи в камеру смешения 32, задвижка 29 закрывается при помощи устройства управления задвижкой 28, а задвижка 31, при помощи устройства управления задвижкой 30, открывается. Когда уровень воды в резервуаре 1 становится минимальным, задвижка 31 закрывается, и в резервуар 1 поступает вода от источника водоснабжения через управляемую устройством 3 задвижку 4. Параметры воды, поступающей от источника водоснабжения резервуара 1, контролируются датчиками температуры 5, расхода 6 и давления 7. В период наполнения резервуара 1 водой от источника водоснабжения в шахтную калориферную установку будет поступать вода с котельной установки. Система работает в режиме динамически изменяющегося давления, в связи с чем она оборудована клапанами аварийного сброса давления (на фиг. не показаны).

Система автоматизации управляется посредством микроконтроллера.

Преимущество изобретения состоит в том, что оно позволяет повысить КПД теплоотдачи дымовыми газами, автоматизировать процесс управления системой подогрева и подачи воды потребителю, что значительно расширяет область ее применения.