СПОСОБ ЗАЩИТЫ ГАЗОВОДЯНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА ОТ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ КОРРОЗИИ С ГАЗОВОЙ СТОРОНЫ

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано в водогрейных котлах, водогрейной части пароводогрейных котлов, водогрейных промышленных котлах-утилизаторах, в газовых подогревателях конденсата, сетевой и подпиточной воды котлов-утилизаторов, устанавливаемых, за газовыми турбинами и дизельными двигателями, и т.п. для защиты газоводяных теплообменников от низкотемпературной коррозии с газовой стороны, возникающей в результате конденсации на холодной теплообменной поверхности содержащихся в дымовых газах водяных паров, а также для обеспечения заданного закона изменения температуры воды на выходе из теплообменника при снижении его тепловой мощности.

Известен наиболее близкий по назначению и достигаемому результату к предлагаемому изобретению способ защиты газоводяного теплообменника от низкотемпературной коррозии с газовой стороны путем рециркуляции части нагретой воды к холодной воде на вход теплообменника [1]. При этом теплообменник представляет собой водогрейный котел, снабженный экономайзером, а рециркулируемую часть нагретой воды подмешивают к холодной воде в дополнительном рециркуляционном контуре, включающем указанный экономайзер. Регулирование температуры нагретой воды на выходе из теплообменника (или температуру уходящих газов) согласно [1] осуществляют путем изменения расхода рециркулируемой через водяной экономайзер воды, а температуры воды на входе в экономайзер - изменением расхода рециркулируемой к водяному экономайзеру нагретой в водогрейном котле воды.

Недостатками известного способа [1] являются его относительно низкая экономичность из-за необходимости рециркуляции значительного количества нагретой в водогрейном котле и экономайзере воды для повышения температуры воды на входе в поверхности нагрева, необходимость регулирования расхода рециркуляции для поддержания требуемой температуры воды на входе в поверхности нагрева, ограниченность возможности нагрева воды на входе в поверхности нагрева при снижении нагрузки котла, так как при этом снижаются и сближаются температуры прямой и обратной воды, что требует увеличения доли рециркуляции от расхода воды, поступающей в котел.

Достигаемым результатом изобретения является повышение экономичности способа и снижение минимальной нагрузки, при которой на входе в теплообменник поддерживается минимально необходимая температура воды.

Получение указанного результата обеспечивается тем, что в способе защиты газоводяного теплообменника от низкотемпературной коррозии с газовой стороны путем рециркуляции части нагретой воды к холодной воде на вход теплообменника согласно изобретению теплообменную поверхность теплообменника разделяют, по меньшей мере, на две включенные последовательно по воде секции, причем поверхность каждой последующей секции превышает поверхность предыдущей секции не менее чем на 20%, на вход первой секции подают часть холодной воды и часть воды нагретой в теплообменнике, на вход каждой последующей секции подают воду, нагретую в предыдущей секции, и часть холодной воды, регулируют расход холодной воды в первую секцию при постоянном значении расхода нагретой воды, температуру воды на входе в каждую из последующих секций поддерживают автоматически путем установки на подводе холодной воды в каждую из этих секций дроссельного устройства, температуру воды на выходе из теплообменника регулируют подмешиванием части холодной воды к воде, нагретой в теплообменнике, а также изменением расхода холодной воды, подаваемой в первую секцию.

На чертеже в качестве примера осуществления изобретения изображена схема включения соответствующего газоводяного теплообменника по нагреваемой стороне (по воде). Теплообменник в частном случае содержит четыре трубные секции 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, каждая секция имеет входной коллектор соответственно 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 и выходной коллектор соответственно 3.1, 3.2, 3.3, 3.4. Каждый выходной коллектор 3.1, 3.2, 3.3 предыдущей трубной секции соединен с входным коллектором соответственно 2.2, 2.3, 2.4 последующей трубной секции посредством перепускных труб 4.1, 4.2, 4.3. Все трубные секции 1.1-1.4 обдуваются общим потоком дымовых газов (на чертеже не показано). Секции подключены к общему подающему трубопроводу 5 холодной воды, снабженному насосом 5.1 и имеющему отводы 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5. При этом отвод 6.1 подключен к входному коллектору 3.1 первой трубной секции, отводы 6.2-6.4 - к межсекционным перепускным трубам 4.1-4.3, а отвод 6.5 - к выходному трубопроводу 7 нагретой воды, снабженному подпорным регулирующим клапаном 7.1 и подключенному к выходному коллектору 3.4 последней по ходу воды трубной секции 1.4. На входном отводе 6.1 и конечном отводе 6.5 холодной воды установлены соответственно регулирующий клапан 8.1 для регулирования температуры воды на входе в теплообменник и регулирующий клапан 8.5 для регулирования температуры воды на выходе из теплообменника, а на промежуточных отводах 6.2-6.4 - дроссельные устройства 9.2, 9.3, 9.4. Выходной трубопровод нагретой воды соединен с отводом 6.1 холодной воды к первой трубной секции 1.1 рециркуляционным трубопроводом 10, снабженным насосом 10.1.

Работа теплообменника осуществляется следующим образом. Насосом 5.1 холодную воду нагнетают в подающий трубопровод 5. Через отвод 6.1 небольшое количество холодной воды поступает в первую секцию 1.1 теплообменника, предварительно подогреваясь до безопасной по условиям низкотемпературной коррозии температуры (60°С) за счет смешения с рециркулируемой нагретой водой, которую нагнетают насосом 10.1 постоянной производительности. Температуру воды на входе в секцию поддерживают в заданных пределах регулирующим клапаном 8.1. Из секции 1.1 вода по перепускному трубопроводу 4.1 попадает в секцию 1.2, предварительно охлаждаясь смешением с холодной водой, поступающей из отвода 6.2. Далее, аналогичным образом, воду перепускают последовательно через все секции теплообменника, предварительно охлаждая ее в начале каждой секции 1.2-1.4 холодной водой, поступающей из отводов 6.2-6.4. Поскольку в каждую последующую секцию 1.2-1.4, по сравнению с предыдущей, поступает большее количество воды, поверхность теплообмена каждой последующей трубной секции увеличена на величину, определяемую в каждом конкретном случае тепловым расчетом. Согласно изобретению, поверхность каждой последующей секции превышает поверхность предыдущей секции не менее чем на 20%.

При максимальной мощности теплообменника подпорный регулирующий клапан 7.1. полностью открывают, регулирующий клапан 8.5 полностью закрывают, регулирующим клапаном 8.1 поддерживают минимально допустимую температуру воды на входе в первую секцию, заданная температура воды за теплообменником обеспечивается выбором соответствующей поверхности нагрева.

При снижении расхода и (или) температуры газов на входе в теплообменник и снижении и сближении температур прямой и обратной воды необходимая температура воды на входе в первую секцию обеспечивается уменьшением расхода холодной воды в первую секцию, а необходимая температура воды на входе в остальные секции обеспечивается автоматически за счет выбора соответствующих размеров последующих секций и установки соответствующих дроссельных устройств на вводах холодной воды в последующие секции. Изложенные ниже возможности актуальны, например, для когенерационной установки, состоящей из газовой турбины для привода электрогенератора, парового котла-утилизатора, производящего пар одного давления для технологического потребителя, и утилизационного теплообменника, нагревающего подпиточную воду для других котлов предприятия или сетевую воду. В этом случае нагрузка газовой турбины определяется потребностью предприятия в электроэнергии или технологическом паре и не зависит от нагрузки утилизационного теплообменника. Режим работы теплообменника должен соответствовать нагрузке ГТУ и, одновременно, требованиям собственного теплового потребителя. Например, температура подпиточной воды за теплообменником должна быть постоянной при изменении расхода нагреваемой воды в широких пределах.

При необходимости снижения тепловой мощности теплообменника независимо от температуры и расхода газов на входе в теплообменник при постоянной входной и выходной температуре воды снижают расход воды на входе в теплообменник. При этом:

- клапаном 7.1 поддерживают заданное значение перепада давления между входом и выходом из теплообменника, чем обеспечивается возможность регулирования температуры воды на выходе из теплообменника клапаном 8.5, а также стабильность расхода создаваемого насосом рециркуляции;

- клапаном 8.1, в зависимости от соотношения количества тепла, поступающего в теплообменник с греющими газами, и требуемой тепловой мощности теплообменника, реализуют заданный закон изменения температуры воды на входе в первую секцию. При этом значение температуры воды на входе в первую секцию должно всегда находиться между минимально и максимально допустимыми значениями;

- клапаном 8.5 регулируют температуру воды на выходе из теплообменника.

Глубокое регулирование мощности теплообменника обеспечивается тем, что снижение мощности производится снижением температурного напора как на выходе из теплообменника (клапаном 8.5), так и на входе в теплообменник (клапаном 8.1). Если температура насыщения при давлении воды на выходе из теплообменника выше температуры греющих газов, тепловая мощность теплообменника может быть сведена к нулю, при этом теплообменник остается в готовности к немедленному отпуску тепла.

В расчетном режиме работы (режим с максимальным расходом воды через теплообменник) температуру на входе в первую секцию 1.1 поддерживают на уровне 60°С (при сжигании природного газа) путем изменения расхода холодной воды в отводе 6.1. В случае уменьшения общего расхода воды через теплообменник, по сравнению с расчетным значением, выходная температура нагретой воды обеспечивается при условии увеличения температуры на входе в первую секцию выше 60°С, что в этом случае несколько ухудшает экономичность работы теплообменника.

Достоинством способа согласно изобретению является то, что для нагрева холодной воды перед первой секцией теплообменника требуется минимальный расход рециркулируемой нагретой воды, что существенно повышает экономичность данного способа, по сравнению с прототипом.

Другим достоинством способа согласно изобретению является максимально возможное снижение минимальной нагрузки, при которой обеспечивается требуемая температура воды на выходе из теплообменника.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1390489, 4 F 24 H 1/00, 1986.