PL234394B1

PL234394B1 - Przepływowy ogrzewacz wody do kotła energetycznego

Info

Publication number: PL234394B1
Application number: PL409129A
Authority: PL
Inventors: Danhua YAO; Danhua Yao
Original assignee: Shanghai Boiler Works Ltd
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2020-02-28
Also published as: MY186040A; WO2014079247A1; ZA201406662B; CN102913896A; PL409129A1

Description

Opis wynalazku

Niniejszy wynalazek dotyczy przepływowego ogrzewacza wody do kotła energetycznego.

Przepływowy ogrzewacz wody jest powierzchnią ogrzewającą umieszczoną w kanale spalinowym kotła energetycznego i przeznaczoną do ogrzewania wody zasilającej kocioł. Jest on również nazywany ekonomizerem, ponieważ zapewnia pochłanianie ciepła z gazów spalinowych o stosunkowo niskiej temperaturze, zmniejszenie temperatury gazów spalinowych, oszczędzanie energii i zwiększenie sprawności kotła.

W zależności od stosowanego procesu, przepływowe ogrzewacze wody posiadają ogólnie konstrukcje obejmujące układ tandemowy, układ równoległy lub zarówno układ tandemowy jak i równoległy. W różnych systemach kotłowych wykorzystywane są różne konstrukcje, które zapewniają zmniejszenie temperatury gazów spalinowych przy wylocie kotła i ogrzewanie wody zasilającej kocioł.

Niezależnie od tego, który ze wspomnianych powyżej układów jest stosowany, w kanale spalinowym umieszczona jest powierzchnia ogrzewająca nazywana przepływowym ogrzewaczem wody, przez który przepływa woda zasilająca, przy czym zachodzi tu wymiana ciepła, tj. ciepło czynnika roboczego znajdującego się w przepływowym ogrzewaczu wody pochodzi z gazów spalinowych.

W dokumencie US3910236A ujawniono przepływowy ogrzewacz wody zawierający, między rurą dostarczającą wodę a rurą wylotową, rurę obejściową w której umieszczony jest zawór trójdrożny do sterowania przepływem czynnika. Zawór ten w umożliwia sterowanie temperaturą.

W obecnie znanych przepływowych ogrzewaczach wody brakuje jednak funkcji regulowania temperatury w sposób w pełni kontrolowany.

Celem wynalazku jest dostarczenie przepływowego ogrzewacza wody do kotła energetycznego zapewniającego możliwość odpowiedniego regulowania temperatury ciekłego czynnika roboczego.

Aby osiągnąć ten cel, w niniejszym wynalazku zaproponowano rozwiązanie techniczne w postaci przepływowego ogrzewacza wody do kotła energetycznego zawierającego rurę dostarczającą wodę zasilającą, komorę wlotową, powierzchnię przekazującą ciepło, komorę wylotową i rurę wylotową, gdzie gaz opałowy przepływa na zewnątrz powierzchni przekazującej ciepło w celu ogrzania wody zasilającej, między rurą dostarczającą wodę zasilającą a rurą wylotową umieszczona jest łącząca je pierwsza rura obejściowa, zaś w pierwszej rurze obejściowej umieszczony jest obejściowy regulator temperatury, charakteryzującego się tym, że obejściowy regulator temperatury ma postać powierzchni przekazującej ciepło ogrzewanej przez gaz opałowy.

Korzystnie, przepływowy ogrzewacz wody do kotła energetycznego charakteryzuje się tym, że rura dostarczająca wodę zasilającą podzielona jest z wykorzystaniem trójnika na dwa odgałęzienia, gdzie jedno odgałęzienie prowadzi do pierwszej rury obejściowej, zaś drugie odgałęzienie prowadzi do głównej rury powierzchni przekazującej ciepło, przy czym w rurze głównej umieszczony jest zawór sterujący przepływem w rurze głównej lub w pierwszej rurze obejściowej umieszczony jest zawór sterujący przepływem w pierwszej rurze obejściowej.

Korzystnie, przepływowy ogrzewacz wody do kotła energetycznego charakteryzuje się tym, że trójnik ma postać elektromagnetycznego zaworu kierunkowego.

Korzystnie, przepływowy ogrzewacz wody do kotła energetycznego charakteryzuje się tym, że obejściowy regulator temperatury zawiera zbiornik, komorę wlotową, powierzchnię przekazującą ciepło i komorę wylotową, przy czym przez zbiornik przepływa gaz opałowy o regulowanej temperaturze.

Korzystnie, przepływowy ogrzewacz wody do kotła energetycznego charakteryzuje się tym, że za miejscem połączenia pierwszej rury obejściowej i rury wylotowej umieszczone jest urządzenie mierzące temperaturę, do mierzenia temperatury pary i wody, między zaworem sterującym przepływem w pierwszej rurze obejściowej a urządzeniem mierzącym temperaturę umieszczone jest urządzenie ze sprzężeniem zwrotnym, zaś otwarcie zaworu sterującego przepływem w pierwszej rurze obejściowej jest zmniejszane, jeżeli temperatura jest mniejsza niż określona wartość.

Korzystnie, przepływowy ogrzewacz wody do kotła energetycznego charakteryzuje się tym, że przy wylocie zbiornika umieszczone jest urządzenie mierzące temperaturę przeznaczone do mierzenia temperatury gazu opałowego, między zaworem sterującym przepływem w pierwszej rurze obejściowej a urządzeniem mierzącym temperaturę umieszczone jest urządzenie ze sprzężeniem zwrotnym, zaś otwarcie zaworu sterującego przepływem w pierwszej rurze obejściowej jest zmniejszane, jeżeli temperatura jest mniejsza niż określona wartość.

PL 234 394 B1

Korzystnie, przepływowy ogrzewacz wody do kotła energetycznego charakteryzuje się tym, że zawiera również urządzenie przełączające, przy czym urządzenie przełączające zawiera zawór sterujący przepływem w pierwszej rurze obejściowej, zawór sterujący przepływem w rurze głównej, zawór odcinający przepływ w rurze wylotowej i zawór odcinający przepływ w drugiej rurze obejściowej, przy czym jeżeli zawór sterujący przepływem w rurze głównej i zawór odcinający przepływ w rurze wylotowej są otwarte, zaś zawór sterujący przepływem w pierwszej rurze obejściowej i zawór odcinający przepływ w rurze wylotowej są zamknięte, przepływowy ogrzewacz wody działa w trybie przepływu przeciwprądowego, zaś jeżeli zawór sterujący przepływem w pierwszej rurze obejściowej i zawór odcinający przepływ w drugiej rurze obejściowej są otwarte, zaś zawór sterujący przepływem w rurze głównej i zawór odcinający przepływ w rurze wylotowej są zamknięte, przepływowy ogrzewacz wody działa w trybie przepływu we współprądzie.

Korzystnie, przepływowy ogrzewacz wody do kotła energetycznego charakteryzuje się tym, że przy wylocie gazu opałowego przepływowego ogrzewacza wody umieszczone jest urządzenie mierzące temperaturę przeznaczone do mierzenia temperatury gazu opałowego, zaś między urządzeniem przełączającym a urządzeniem mierzącym temperaturę umieszczone jest urządzenie ze sprzężeniem zwrotnym, przy czym jeżeli temperatura jest mniejsza niż określona wartość, urządzenie przełączające jest przełączane między trybem przepływu we współprądzie a trybem przepływu przeciwprądowego.

Przepływowy ogrzewacz wody do kotła energetycznego umożliwia odpowiednie regulowanie temperatury ciekłego czynnika roboczego przepływającego przez zbiornik, co dokonywane jest w sposób zapewniający utrzymanie temperatury w określonym zakresie, przy jednoczesnym realizowaniu funkcji zmniejszania temperatury gazów spalinowych przy wylocie kotła i zwiększania temperatury wody zasilającej pierwotny system przepływowego ogrzewacza wody.

Opisane rozwiązanie techniczne ułatwia zmienianie temperatury gazu opałowego przy wylocie przepływowego ogrzewacza wody, co dokonywane jest przez przełączanie między trybami przepływu we współprądzie i przepływu przeciwprądowego. Jeżeli przepływowy ogrzewacz wody działa w trybie przepływu przeciwprądowego, temperatura przekazywania ciepła i ciśnienie są duże, pochłanianie ciepła jest duże, zaś temperatura gazu opałowego przy wylocie przepływowego ogrzewacza wody jest niska, natomiast jeżeli przepływowy ogrzewacz wody działa w trybie przepływu we współprądzie, temperatura przekazywania ciepła i ciśnienie są małe, pochłanianie ciepła jest małe, zaś temperatura gazu opałowego przy wylocie przepływowego ogrzewacza wody jest wysoka.

System przepływowego ogrzewacza wody według wynalazku stanowi ulepszenie konwencjonalnej konstrukcji systemu i umożliwia realizowanie przez przepływowy ogrzewacz wody funkcji zmniejszania temperatury gazu opałowego przy wylocie kotła, zwiększania temperatury wody zasilającej i regulowania temperatury.

Fig. 1 przedstawia schemat systemu przepływowego ogrzewacza wody;

Fig. 2 przedstawia schemat obejściowego regulatora temperatury; i

Fig. 3 przedstawia schemat przełączania trybów przepływu we współprądzie i przepływu przeciwprądowego.

Na rysunkach komorę wlotową przepływowego ogrzewacza wody oznaczono jako 1, konwencjonalny system przepływowego ogrzewacza wody (w układzie tandemowym, układzie równoległym lub zarówno układzie tandemowym jak i równoległym) oznaczono jako 2, komorę wylotową przepływowego ogrzewacza wody oznaczono jako 3, rurę dostarczającą wodę zasilającą oznaczono jako 4, pierwszą rurę obejściową oznaczono jako 5, zawór sterujący przepływem w rurze głównej oznaczono jako 6, zawór sterujący przepływem w pierwszej rurze obejściowej oznaczono jako 7, rurę wylotową przepływowego ogrzewacza wody oznaczono jako 8, obejściowy regulator temperatury oznaczono jako 9, komorę wlotową oznaczono jako 10, powierzchnię przekazującą ciepło oznaczono jako 11, komorę wylotową oznaczono jako 12, zbiornik (rurę lub komorę) oznaczono jako 13, zawór odcinający przepływ w rurze wylotowej oznaczono jako 14, zaś zawór odcinający przepływ w drugiej rurze obejściowej oznaczono jako 15.

Wynalazek zostanie bardziej szczegółowo opisany w odniesieniu do rysunków i korzystnego wykonania wynalazku, jednak przedstawiony przykład nie stanowi ograniczenia wynalazku.

System przepływowego ogrzewacza wody zawiera komorę wlotową, powierzchnię przekazującą ciepło przepływowego ogrzewacza wody, komorę wylotową przepływowego ogrzewacza wody i rurę wylotową przepływowego ogrzewacza wody. Rura dostarczająca wodę zasilającą połączona jest z wlotem komory wlotowej przepływowego ogrzewacza wody.

PL 234 394 B1

Obszar oznaczony na fig. 1 liniami przerywanymi stanowi konwencjonalny system przepływowego ogrzewacza wody, który może posiadać układ tandemowy, układ równoległy lub zarówno układ tandemowy jak i równoległy, zaś obszar może nie mieć obejmować jedynie powierzchni przekazującej ciepło przepływowego ogrzewacza wody, lecz również komorę i rurę.

Droga przepływu przez pierwszą rurę obejściową 5 rozpoczyna się od rury dostarczającej wodę zasilającą 4, a następnie powraca do rury wylotowej przepływowego ogrzewacza wody 8. Droga przepływu nie jest tu jednak praktycznie ograniczona. Element kierujący może mieć postać rury dostarczającej wodę zasilającą 4 lub komory wlotowej przepływowego ogrzewacza wody 1, zaś po zakończeniu procesu droga przepływu może prowadzić z powrotem do rury wylotowej przepływowego ogrzewacza wody 8 lub komory wylotowej przepływowego ogrzewacza wody 3.

Zawór sterujący przepływem w rurze głównej 6 i zawór sterujący przepływem w pierwszej rurze obejściowej 7 mogą być zamontowane równocześnie lub oddzielnie od siebie.

System wykazuje zaletę polegającą na odpowiednim regulowaniu temperatury ciekłego czynnika roboczego przepływającego przez zbiornik 13, co dokonywane jest w sposób zapewniający utrzymanie temperatury w określonym zakresie, przy jednoczesnym realizowaniu funkcji zmniejszania temperatury gazów spalinowych przy wylocie kotła i zwiększania temperatury wody zasilającej pierwotny system przepływowego ogrzewacza wody.

Kierunek przepływu czynnika roboczego o regulowanej temperaturze w obejściowym regulatorze temperatury 9 może być równoległy lub wertykalny względem kierunku przepływu czynnika roboczego w powierzchni przekazującej ciepło 11. Czynnik roboczy może przepływać w kierunku przedstawionym na rysunku lub przeciwnym.

W zbiorniku 13 może być zamontowana powierzchnia ogrzewająca 11, przy czym zbiornik 13 może mieć postać rury, komory lub innego urządzenia. Czynnik roboczy przepływający przez zbiornik 13 wymaga regulowania temperatury.

Zasada działania systemu:

Jeżeli regulowanie temperatury nie jest wymagane, zawór sterujący przepływem w pierwszej rurze obejściowej 7 jest zamknięty, przez pierwszą rurę obejściową nie przepływa czynnik roboczy, zaś obejściowy regulator temperatury 9 nie jest wykorzystywany. Jeżeli temperatura czynnika roboczego o regulowanej temperaturze jest wysoka i wymaga regulowania, zawór sterujący przepływem w pierwszej rurze obejściowej 7 może zostać otwarty, co ma na celu rozpoczęcie zmniejszania temperatury czynnika roboczego o regulowanej temperaturze przez obejściowy regulator temperatury. Im większy jest stopień otarcia zaworu sterującego przepływem w pierwszej rurze obejściowej 7, tym większa jest prędkość zmniejszania się temperatury. Zawór sterujący przepływem w pierwszej rurze obejściowej 7 dzieli przepływ w rurze głównej (tj. przepływ wprowadzany do przepływowego ogrzewacza wody oznaczonego liniami przerywanymi), co powoduje zmianę temperatury gazu opałowego przy wylocie przepływowego ogrzewacza wody.

Zasada działania obejściowego regulatora temperatury:

Jeżeli temperatura czynnika roboczego o regulowanej temperaturze przepływającego przez zbiornik w obejściowym regulatorze temperatury wymaga regulowania, czyli temperatura jest wysoka i powinna zostać zmniejszona, zawór sterujący ustawiany jest w taki sposób, by umożliwić przepływ wody przez pierwszą rurę obejściową (czyli przepływ czynnika roboczego wprowadzanego do przepływowego ogrzewacza wody). Woda przepływa przez powierzchnię przekazującą ciepło 11, co ma na celu schłodzenie czynnika roboczego o regulowanej temperaturze znajdującego się na zewnątrz powierzchni przekazującej ciepło 11 i w zbiorniku 13.

Idealny efekt chłodzenia może zostać uzyskany przez regulowanie otwarcia zaworu zapewniającego regulowanie przepływu wody do powierzchni przekazującej ciepło 11.

Na fig. 3 przedstawiono schemat przełączania trybów przepływu we współprądzie i przepływu przeciwprądowego. Przepływ we współprądzie i przepływ przeciwprądowego związane są ze względnymi kierunkami przepływu czynnika roboczego (pary, wody zasilającej i powietrza itp.) i gazu opałowego. W przypadku tego samego kierunku przepływu gazu opałowego i czynnika roboczego mamy do czynienia z przepływem we współprądzie, zaś w przypadku przeciwnych kierunków przepływu gazu opałowego i czynnika roboczego mamy do czynienia z przepływem przeciwprądowym. Tak jak jest to widoczne na fig. 3, który sporządzony został w oparciu o fig. 1, za miejscem połączenia komory wylotowej 3 i pierwszej rury obejściowej umieszczony jest zawór odcinający przepływ w rurze wylotowej 14, zaś pierwsza rura obejściowa i druga rura obejściowa rozpoczynają się za zaworem sterującym 6. Druga

PL 234 394 B1 rura obejściowa połączona jest z rurą wylotową 8 za zaworem rury 14, przy czym w drugiej rurze wylotowej umieszczony jest zawór odcinający 15.

Gaz opałowy przepływa w dół z wylotu przepływowego ogrzewacza wody. W przypadku przepływu przeciwprądowego zawór sterujący 6 i zawór odcinający 14 są otwarte, zawór odcinający 15 jest zamknięty, zaś czynnik roboczy wpływa z komory wlotowej przepływowego ogrzewacza wody 1 i wypływa z komory wylotowej przepływowego ogrzewacza wody. Kierunki przepływu gazu opałowego i czynnika roboczego są przeciwne, co nazywane jest przepływem przeciwprądowym. W przypadku przepływu we współprądzie zawór sterujący 6 i zawór odcinający 14 są zamknięte, zawór sterujący 7 i zawór odcinający 15 są otwarte, zaś czynnik roboczy wpływa z komory wylotowej i wypływa z komory wlotowej po ogrzaniu go w powierzchni ogrzewającej 2, a następnie przepływa do rury wylotowej 8 przez zawór odcinający 15. Kierunki przepływu gazu opałowego i czynnika roboczego są takie same, co nazywane jest przepływem we współprądzie.

Przełączanie między trybem przepływu przeciwprądowego a trybem przepływu we współprądzie może być zatem dokonywane przez przełączenie czterech zaworów. Jeżeli ilość wprowadzanego do przepływowego ogrzewacza wody czynnika roboczego w postaci pary-wody pozostaje taka sama, temperatura gazu opałowego przy wylocie przepływowego ogrzewacza wody może być zmieniana przez przełączanie między trybem przepływu przeciwprądowego a trybem przepływu we współprądzie. Jeżeli przepływowy ogrzewacz wody działa w trybie przepływu przeciwprądowego, temperatura przekazywania ciepła i ciśnienie są duże, pochłanianie ciepła jest duże, zaś temperatura gazu opałowego przy wylocie przepływowego ogrzewacza wody jest niska, natomiast jeżeli przepływowy ogrzewacz wody działa w trybie przepływu we współprądzie, temperatura przekazywania ciepła i ciśnienie są małe, pochłanianie ciepła jest małe, zaś temperatura gazu opałowego przy wylocie przepływowego ogrzewacza wody jest wysoka.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Przepływowy ogrzewacz wody do kotła energetycznego zawierający rurę dostarczającą wodę zasilającą (4), komorę wlotową (1), powierzchnię przekazującą ciepło (2), komorę wylotową (3) i rurę wylotową (8), gdzie gaz opałowy przepływa na zewnątrz powierzchni przekazującej ciepło w celu ogrzania wody zasilającej, znamienny tym, że między rurą dostarczającą wodę zasilającą (4) a rurą wylotową (8) umieszczona jest łącząca je pierwsza rura obejściowa (5), zaś w pierwszej rurze obejściowej (5) umieszczony jest obejściowy regulator temperatury (9), przy czym obejściowy regulator temperatury (9) ma postać powierzchni przekazującej ciepło ogrzewanej przez gaz opałowy.
2. Przepływowy ogrzewacz wody do kotła energetycznego według zastrz. 1, znamienny tym, że:

- rura dostarczająca wodę zasilającą (4) podzielona jest z wykorzystaniem trójnika na dwa odgałęzienia, gdzie jedno odgałęzienie prowadzi do pierwszej rury obejściowej, zaś drugie odgałęzienie prowadzi do głównej rury powierzchni przekazującej ciepło (2), przy czym w rurze głównej umieszczony jest zawór sterujący przepływem w rurze głównej (6) lub w pierwszej rurze obejściowej (5) umieszczony jest zawór sterujący przepływem w pierwszej rurze obejściowej (7).
3. Przepływowy ogrzewacz wody do kotła energetycznego według zastrz. 2, znamienny tym, że:

- trójnik ma postać elektromagnetycznego zaworu kierunkowego.
4. Przepływowy ogrzewacz wody do kotła energetycznego według zastrz. 2, znamienny tym, że:

- obejściowy regulator temperatury (9) zawiera zbiornik (13), komorę wlotową (10), powierzchnię przekazującą ciepło (11) i komorę wylotową (12), przy czym przez zbiornik (13) przepływa gaz opałowy o regulowanej temperaturze.
5. Przepływowy ogrzewacz wody do kotła energetycznego według zastrz. 4, znamienny tym, że:

- za miejscem połączenia pierwszej rury obejściowej i rury wylotowej (8) umieszczone jest urządzenie mierzące temperaturę, do mierzenia temperatury pary i wody, między zaworem sterującym przepływem w pierwszej rurze obejściowej (7) a urządzeniem mierzącym temperaturę umieszczone jest urządzenie ze sprzężeniem zwrotnym, zaś otwarcie zaworu sterującego przepływem w pierwszej rurze obejściowej (7) jest zmniejszane, jeżeli temperatura jest mniejsza niż określona wartość.

PL 234 394 B1
6. Przepływowy ogrzewacz wody do kotła energetycznego według zastrz. 4, znamienny tym, że:

- przy wylocie zbiornika (13) umieszczone jest urządzenie mierzące temperaturę przeznaczone do mierzenia temperatury gazu opałowego, między zaworem sterującym przepływem w pierwszej rurze obejściowej (7) a urządzeniem mierzącym temperaturę umieszczone jest urządzenie ze sprzężeniem zwrotnym, zaś otwarcie zaworu sterującego przepływem w pierwszej rurze obejściowej (7) jest zmniejszane, jeżeli temperatura jest mniejsza niż określona wartość.
7. Przepływowy ogrzewacz wody do kotła energetycznego według zastrz. 2, znamienny tym, że:

- zawiera również urządzenie przełączające, przy czym urządzenie przełączające zawiera zawór sterujący przepływem w pierwszej rurze obejściowej (7), zawór sterujący przepływem w rurze głównej (6), zawór odcinający przepływ w rurze wylotowej (14) i zawór odcinający przepływ w drugiej rurze obejściowej (15), przy czym

- jeżeli zawór sterujący przepływem w rurze głównej i zawór odcinający przepływ w rurze wylotowej są otwarte, zaś zawór sterujący przepływem w pierwszej rurze obejściowej i zawór odcinający przepływ w rurze wylotowej są zamknięte, przepływowy ogrzewacz wody działa w trybie przepływu przeciwprądowego, zaś

- jeżeli zawór sterujący przepływem w pierwszej rurze obejściowej i zawór odcinający przepływ w drugiej rurze obejściowej są otwarte, zaś zawór sterujący przepływem w rurze głównej i zawór odcinający przepływ w rurze wylotowej są zamknięte, przepływowy ogrzewacz wody działa w trybie przepływu we współprądzie.
8. Przepływowy ogrzewacz wody do kotła energetycznego według zastrz. 7, znamienny tym, że:

- przy wylocie gazu opałowego przepływowego ogrzewacza wody umieszczone jest urządzenie mierzące temperaturę przeznaczone do mierzenia temperatury gazu opałowego, zaś między urządzeniem przełączającym a urządzeniem mierzącym temperaturę umieszczone jest urządzenie ze sprzężeniem zwrotnym, przy czym jeżeli temperatura jest mniejsza niż określona wartość, urządzenie przełączające jest przełączane między trybem przepływu we współprądzie a trybem przepływu przeciwprądowego.

PL 234 394 Β1

Rysunki

Fig. 1

Fig. 2

PL 234 394 Β1

Fig. 3