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. патент РФ №2620619, БИ №16, 2017), 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, осуществляют предварительный подогрев до температуры 20-30°С воздуха перед подачей его в воздухоподогреватель котла частью уходящих продуктов сгорания с их охлаждением ниже точки росы в конденсационном поверхностном теплообменнике, суммарный поток уходящих продуктов сгорания по основному газоходу дымососом отводят в атмосферу, в качестве топлива используют природный газ, Данный способ принят за прототип.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что при реализации известного способа котельная установка обладает пониженной экономичностью, так как только часть уходящих продуктах сгорания (в расчетном режиме около 20-30%) охлаждают ниже точки росы с конденсацией части содержащихся в уходящих продуктах сгорания водяных паров. Основное количество уходящих продуктов сгорания (в расчетном режиме около 70-80%) отводят в основной газоход и смешивают с потоком охлажденных ниже точки росы уходящих продуктов сгорания, суммарный поток уходящих продуктов сгорания при температуре 100-110°С отводят в атмосферу. При отводе уходящих продуктов сгорания в атмосферу при температуре 100-110°С в котельной установке полезно не используется значительная доля теплоты уходящих продуктов сгорания, что снижает экономичность котельной установки. За расчетный режим принимается режим работы котельной установки при температуре наружного воздуха, равной средней температуре наиболее холодной пятидневки.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для повышения экономичности котельной установки, работающей на природном газе, предлагается осуществлять подогрев до температуры 35-40°С воздуха перед подачей его в котельный цех на отопление общим (суммарным) потоком уходящих продуктов сгорания с их охлаждением в расчетном режиме работы котельной установки до температуры 75-80°С, превышающей точку росы 55-56°С на 20-24°С, в рекуперативном теплообменнике, установленном в байпасном газоходе на всасывающей стороне дымососа. Охлажденные до температуры 75-80°С в рекуперативном теплообменнике уходящие продукты сгорания целесообразно разделять на два потока, при этом один поток (в расчетном режиме около 65-70%) необходимо направлять в основной газоход. Остальное количество уходящих продуктов сгорания (в расчетном режиме около 30-35%) подавать в конденсационный поверхностный теплообменник и охлаждать их ниже точки росы с конденсацией части содержащихся в уходящих продуктах сгорания водяных паров. Конденсационный поверхностный теплообменник целесообразно расположить в байпасном газоходе после рекуперативного теплообменника по ходу движения уходящих продуктов сгорания на всасывающей стороне дымососа. Охлажденные ниже точки росы уходящие продукты сгорания подогревают до температуры 65-70°С путем их смешения с потоком охлажденных до температуры 75-80°С в рекуперативном теплообменнике уходящих продуктов сгорания с целью исключения конденсации в наружных газоходах и в дымовой трубе оставшихся в уходящих продуктах сгорания водяных паров. После смешения суммарный поток охлажденных продуктов сгорания по основному газоходу дымососом отводят в атмосферу.

Охлаждение общего потока уходящих продуктов сгорания до температуры 75-80°С в рекуперативном теплообменнике, установленном в байпасном газоходе на всасывающей стороне дымососа, позволяет дополнительно полезно использовать в котле значительную долю теплоты уходящих продуктов сгорания, при этом снижаются приведенные затраты на отопление котельного цеха. 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.

Технический результат - повышение 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, осуществляют предварительный подогрев до температуры 20-30°С воздуха перед подачей его в воздухоподогреватель котла частью уходящих продуктов сгорания с их охлаждением ниже точки росы в конденсационном поверхностном теплообменнике, суммарный поток уходящих продуктов сгорания по основному газоходу дымососом отводят в атмосферу, в качестве топлива используют природный газ, особенность способа работы котельной установки заключается в том, что осуществляют подогрев до температуры 35-40°С воздуха перед подачей его в котельный цех на отопление суммарным потоком уходящих продуктов сгорания с их охлаждением до температуры 75-80°С, превышающей точку росы 55-56°С на 20-24°С, в рекуперативном теплообменнике, установленном в байпасном газоходе на всасывающей стороне дымососа. Кроме того, особенность способа заключается в том, что охлажденные до температуры 75-80°С в рекуперативном теплообменнике уходящие продукты сгорания разделяют на два потока, один из которых направляют в основной газоход, а второй поток подают в конденсационный поверхностный теплообменник, установленный в байпасном газоходе после рекуперативного теплообменника по ходу движения уходящих продуктов сгорания на всасывающей стороне дымососа, при этом в расчетном режиме работы котельной установки при температуре наружного воздуха (-28) - (-32)°С в основной газоход направляют 65-70% охлажденных до температуры 75-80°С в рекуперативном теплообменнике уходящих продуктов сгорания, а 30-35% охлажденных до температуры 75-80°С в рекуперативном теплообменнике уходящих продуктов сгорания подают в конденсационный поверхностный теплообменник.

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, рекуперативный теплообменник 6 и конденсационный поверхностный теплообменник 7, установленные в байпасном газоходе 8, основной газоход 9 и дымосос 10. В байпасном газоходе 8 дополнительно установлены сборник И конденсата водяных паров продуктов сгорания с гидравлическим затвором 12 и сепарационное устройство-каплеуловитель 13.

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 по байпасному газоходу 8 направляют в греющий тракт рекуперативного теплообменника 6, в нагревательный тракт которого подают атмосферный воздух. В рекуперативном теплообменнике 6 в процессе теплообмена уходящих продуктов сгорания и воздуха продукты сгорания охлаждают до температуры 75-80°С, превышающей точку росы 55-56°С на 20-24°С, а воздух подогревают до температуры 35-40°С и направляют в котельный цех на отопление. Охлажденные до температуры 75-80°С в рекуперативном теплообменнике 6 уходящие продукты сгорания разделяют на два потока, при этом один поток (в расчетном режиме около 65-70%) направляют в основной газоход. Остальное количество уходящих продуктов сгорания (в расчетном режиме около 30-35%) подают в греющий тракт конденсационного поверхностного теплообменника 7, в нагревательный тракт которого подают атмосферный воздух.

В конденсационном поверхностном теплообменнике 7 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 17, где от продуктов сгорания отделяется капельная влага, и направляются в основной газоход 9, где смешиваются с охлажденными до температуры 75-80°С в рекуперативном теплообменнике 6 продуктами сгорания и подогреваются. После смешения общий поток уходящих продуктов сгорания в расчетном режиме при температуре наружного воздуха (-28) - (-32)°С, равной средней температуре наиболее холодной пятидневки, при температуре 65-70°С, превышающей точку росы 50-52°С на 15-18°С, дымососом отводят в атмосферу.

Конденсат водяных паров, выделяющийся из уходящих продуктов сгорания в процессе их охлаждения ниже точки росы в конденсационном поверхностном теплообменнике 7 поступает в сборник 11, затем через гидравлический затвор 12 непрерывно отводится в бак чистых стоков (не показан) и полезно используется в котельной установке.

Таким образом, охлаждение общего потока уходящих продуктов сгорания до температуры 75-80°С в рекуперативном теплообменнике, установленном в байпасном газоходе на всасывающей стороне дымососа, позволяет дополнительно полезно использовать в котле значительную долю теплоты уходящих продуктов сгорания, что повышает экономичность котельной установки. При этом снижаются приведенные затраты на отопление котельного цеха. 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.