Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РАБОТЫ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в котельных установках, работающих на природном газе.

Известен аналог - способ работы котельной установки (см. А.А. Кудинов. Горение органического топлива. М.: ИНФРА-М, 2015, рис. 5.3, с. 115), согласно которому в котел подают питательную воду, топливо и воздух, в котле в процессе сжигания топлива образуются продукты сгорания и вырабатывается перегретый водяной пар, образовавшиеся продукты сгорания последовательно охлаждают в пароперегревателе, водяном экономайзере, воздухоподогревателе и по основному газоходу дымососом отводят в атмосферу, в качестве топлива используют природный газ. Данный способ принят за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что при реализации известного способа котельная установка обладает пониженной надежностью и экономичностью, так как не производится предварительный подогрев воздуха перед подачей его в воздухоподогреватель котла, а продукты сгорания отводят в атмосферу при температуре 120-130°С, значительно превышающую точку росы, равную 55-56°С при работе котельной установки на природном газе. Отсутствие предварительного подогрева воздуха обусловливает низкотемпературную коррозию теплообменной поверхности воздухоподогревателя, что снижает надежность работы котельной установки. Кроме того, при отводе продуктов сгорания в атмосферу при температуре 120-130°С в котельной установке полезно не используется скрытая теплота конденсации содержащихся в уходящих продуктах сгорания водяных паров, что снижает экономичность котельной установки.

Технический результат - повышение надежности и экономичности котельной установки.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе работы котельной установки, по которому в котел подают питательную воду, топливо и воздух, в котле в процессе сжигания топлива образуются продукты сгорания и вырабатывается перегретый водяной пар, образовавшиеся продукты сгорания последовательно охлаждают в пароперегревателе, водяном экономайзере, воздухоподогревателе и по основному газоходу дымососом отводят в атмосферу, в качестве топлива используют природный газ, особенность заключается в том, что осуществляют предварительный подогрев до температуры 20-30°С воздуха перед подачей его в воздухоподогреватель котла, работающего на природном газе, частью уходящих продуктов сгорания с их охлаждением ниже точки росы в конденсационном поверхностном теплообменнике, установленном в байпасном газоходе на всасывающей стороне дымососа. Кроме того, особенность способа заключается в том, что в расчетном режиме работы котельной установки при температуре наружного воздуха (-28) – (-32)°С по байпасному газоходу в конденсационный поверхностный теплообменник направляют 20-30% уходящих продуктов сгорания. Кроме того, особенность способа заключается в том, что перед отводом в атмосферу охлажденные ниже точки росы в конденсационном поверхностном теплообменнике уходящие продукты сгорания подогревают в расчетном режиме работы котельной установки при температуре наружного воздуха (-28) – (-32)°С до температуры 100-110°С путем их смешения с потоком неохлажденных уходящих продуктов сгорания, проходящим по основному газоходу.

Для повышения надежности и экономичности котельной установки, работающей на природном газе, предлагается осуществлять предварительный подогрев до температуры 20-30°С воздуха перед подачей его в воздухоподогреватель котла уходящими продуктами сгорания в конденсационном поверхностном теплообменнике, установленном в байпасном газоходе на всасывающей стороне дымососа. При этом по байпасному газоходу в конденсационный поверхностный теплообменник необходимо направлять только часть уходящих продуктов сгорания (в расчетном режиме около 20-30%), чтобы в нем осуществлялось их охлаждение ниже точки росы с конденсацией части содержащихся в уходящих продуктах сгорания водяных паров. Остальное количество уходящих продуктов сгорания (в расчетном режиме около 70-80%) целесообразно направлять по основному газоходу и смешивать с потоком охлажденных ниже точки росы уходящих продуктов сгорания для их подогрева до температуры 100-110°С с целью исключения конденсации в наружных газоходах и в дымовой трубе водяных паров, оставшихся в уходящих продуктах сгорания. За расчетный режим принимается режим работы котельной установки при температуре наружного воздуха, равной средней температуре наиболее холодной пятидневки. Предварительный подогрев воздуха перед подачей его в воздухоподогреватель котла повышает надежность котельной установки за счет исключения низкотемпературной коррозии теплообменной поверхности воздухоподогревателя. Охлаждение ниже точки росы части уходящих продуктов сгорания позволяет полезно использовать в котле как физическую теплоту уходящих продуктов сгорания, так и скрытую теплоту конденсации части содержащихся в продуктах сгорания водяных паров, что повышает экономичность котельной установки. Кроме того, конденсат водяных паров, выделяющийся из продуктов сгорания в процессе их охлаждения ниже точки росы, полезно используется в котельной установке, что дополнительно повышает ее экономичность.

На чертеже представлена схема котельной установки, поясняющая предлагаемый способ.

Котельная установка содержит топку котла 1 с барабаном 2, пароперегреватель 3, водяной экономайзер 4, воздухоподогреватель 5, конденсационный поверхностный теплообменник 6, установленный в байпасном газоходе 7, основной газоход 8 и дымосос 9. В байпасном газоходе 7 дополнительно установлены сборник 10 конденсата водяных паров продуктов сгорания с гидравлическим затвором 11 и сепарационное устройство-каплеуловитель 12.

Способ реализуется следующим образом.

В топку котла 1 подают топливо (природный газ) и воздух, питательную воду подогревают в водяном экономайзере 4 и направляют в барабан 2. В топке котла 1 в процессе сжигания природного газа образуются продукты сгорания и вырабатывается водяной пар, который выделяется в барабане 2. Из барабана 2 котла водяной пар направляют в пароперегреватель 3, где его перегревают до заданной температуры и отводят потребителю (не показан).

Продукты сгорания природного газа из топки котла 1 последовательно проходят пароперегреватель 3, водяной экономайзер 4, воздухоподогреватель 5, где охлаждаются до температуры 120-130°С. После воздухоподогревателя 5 общий поток уходящих продуктов сгорания разделяют на две части путем установки байпасного газохода 7. Первую часть продуктов сгорания (в расчетном режиме около 70-80%) отводят в основной газоход 8, а оставшееся количество уходящих продуктов сгорания (в расчетном режиме около 20-30%) по байпасному газоходу 7 направляется в конденсационный поверхностный теплообменник 6, в нагреваемый тракт которого подается атмосферный воздух. За расчетный режим принимается режим работы котельной установки при температуре наружного воздуха, равной средней температуре наиболее холодной пятидневки.

В конденсационном поверхностном теплообменнике 6 в процессе теплообмена уходящих продуктов сгорания и воздуха продукты сгорания охлаждают ниже точки росы, а воздух подогревают до температуры 20-30°С и направляют в воздухоподогреватель 5. При этом происходит конденсация части содержащихся в уходящих продуктах сгорания водяных паров и полезно используются как физическая теплота уходящих продуктов сгорания, так и скрытая теплота конденсации части содержащихся в них водяных паров, что снижает потери теплоты с уходящими продуктами сгорания и повышает экономичность котельной установки. Затем охлажденные ниже точки росы продукты сгорания проходят сепарационное устройство-каплеуловитель 12, где от продуктов сгорания отделяется капельная влага, и направляются в основной газоход 8, где смешиваются с неохлажденными продуктами сгорания и подогреваются. Общий поток уходящих продуктов сгорания в расчетном режиме при температуре наружного воздуха, равной средней температуре наиболее холодной пятидневке, при температуре 100-110°С дымососом 9 отводят в атмосферу.

Конденсат водяных паров, выделяющийся из уходящих продуктов сгорания в процессе их охлаждения ниже точки росы в конденсационном поверхностном теплообменнике 6 поступает в сборник 10, затем через гидравлический затвор 11 непрерывно отводится в бак чистых стоков (не показан) и полезно используется в котельной установке.

Таким образом, предварительный подогрев до температуры 20-30°С воздуха перед подачей его в воздухоподогреватель котла, работающего на природном газе, уходящими продуктами сгорания с их охлаждением ниже точки росы в конденсационном поверхностном теплообменнике, установленном в байпасном газоходе, позволяет повысить надежность котельной установки путем исключения низкотемпературной коррозии теплообменной поверхности воздухоподогревателя и ее экономичность за счет полезного использования в котле как физической теплоты уходящих продуктов сгорания, так и скрытой теплоты конденсации части содержащихся в них водяных паров. Кроме того, конденсат водяных паров, выделяющийся из продуктов сгорания в процессе их охлаждения ниже точки росы, полезно используется в котельной установке.