RU156854U1 - Узел глубокой утилизации тепла отходящих газов - Google Patents

Abstract

Узел глубокой утилизации тепла отходящих газов, содержащий встроенную в газоход за котлом камеру с размещённым в ней конденсационным теплообменником-утилизатором (КТУ), байпасный канал прямоугольного сечения для перепуска части горячих отходящих газов помимо КТУ с регулирующим органом, каплеуловитель на выходе из камеры, систему сбора, отведения и обработки конденсата, включающую конденсатосборник, конденсатоотводчик и конденсатный насос, отличающийся тем, что байпасный канал выполнен в виде примыкающей к камере полости П-образной формы в плане и имеет с камерой общую вертикальную стенку по всему своему периметру.

Description

Полезная модель относится к устройствам утилизации тепла продуктов сгорания (ПС) теплогенерирующих установок, в частности, котлов, а конкретно - к установкам глубокой утилизации тепла с байпасированием. Область применения - любые теплогенерирующие установки, выделяющие сбросное тепло (с отходящими газами) средне и низкотемпературного потенциала, в особенности - котельные установки (котлы паровые и водогрейные, преимущественно на газовом топливе).

Постановка задачи должна предусматривать работу устройства как в конденсационном режиме (с конденсацией паров), так и в сухом режиме (без конденсации). При этом возникают две задачи:

1. сбор, отвод и обработка (очистка) конденсата из конденсационного теплообменника-утилизатора (КТУ);

2. предотвращения выделения конденсата из ПС за КТУ в газоходах и дымовой трубе, что вызывает коррозионные и влажностные повреждения газового тракта, его повышенный износ и трудности в эксплуатации (коррозия, наледи и пр.). В свою очередь наледь, особенно в дымовой трубе, повышает аэродинамическое сопротивление газового тракта, ухудшает его работу, снижает тягу и т.п. Таким образом, дымовые газы охлаждаются в КТУ до температуры ниже Т_Р, в диапазоне 40-45°C, а температуру газов на выходе КТУ необходимо поддерживать в пределах 80-90°C. Необходим подогрев дымовых газов, выходящих из КТУ.

Известны различные способы и устройства для решения этой задачи. Краткий обзор известных предложений дан в патенте РФ №2262037 на изобретение «УСТАНОВКА ГЛУБОКОЙ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА УХОДЯЩИХ ГАЗОВ И СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ КОНДЕНСАЦИИ В ХВОСТОВЫХ ЭЛЕМЕНТАХ ГАЗОВОГО ТРАКТА» (2002 г., F22B 1/18). В частности, узел с подмешиванием горячего воздуха в поток охлажденных газов в газоходе за КТУ. В этой схеме воздух греют в газовоздушных теплообменниках горячими отходящими газами (выше КТУ), причем горячие газы отбирают из различных точек тракта. Предлагается установка, в которой для нагрева охлажденных в КТУ газов устанавливают теплообменники на газовом обогреве (т.е. дополнительно расходуется топливо). Низкая энергоэффективность подобных предложений сочетается с удорожанием и усложнением конструкции узла и его работы (дополнительные элементы - газо- или воздухо-газовые теплообменники, отводы горячего газа из главного газохода и др.).

Наиболее простым, надежным и к тому же экономичным устройством узла утилизации следует признать обычную схему с байпасированием (А.А. Кудинова «Энергосбережение в теплогенерирующих установках», М., Машиносторение, 2012 г.). В этой схеме байпасный канал - отдельный, параллельный камере, газоход прямоугольного сечения П-образной формы в плане.

Задачей заявляемой полезной модели является совершенствование устройства узла глубокой утилизации - его упрощение, удешевление, снижение габаритов, капитальных и эксплуатационных затрат, повышение экономичности работы.

Поставленная задача решается тем, что в узле глубокой утилизации тепла отходящих газов, содержащем встроенную в газоход за котлом камеру с, размещенным в ней, конденсационным теплообменником-утилизатором (КТУ), байпасный канал прямоугольного сечения для перепуска части горячих отходящих газов помимо КТУ с регулирующим органом, каплеуловитель на выходе из камеры, систему сбора, отведения и обработки конденсата, включающую конденсатосборник, конденсатоотводчик и конденсатный насос, согласно изобретению, байпасный канал выполнен в виде примыкающей к камере полости П-образной формы в плане и имеет с камерой общую вертикальную стенку по всему своему периметру.

Предлагаемый узел представлен на фигурах 1-3, где: фиг. 1 - общий вид в продольном сечении, фиг. 2 - вид установки в плане, сечение по «а-а» на фиг. 1, фиг. 3 - поперечный разрез узла, по «б-б» на фиг. 2. На фигурах обозначены: 1 - котел (паровой или водогрейный), оборудованный горелкой 2 с подводом газа 3 и воздуха 4; 5, 6 - прямая и обратная магистрали, соединяющие котел с тепловой нагрузкой (тепловой сетью, ТП или ЦТП, потребителем); 7 - сетевой насос; 8 - главный газоход, 9 - камера для размещения КТУ 10; 11 - верхнее перекрытие камеры 9 (крышка); 12 - боковая стенка камеры; 13 - байпасный (обводной) канал (байпас) с регулировочным дроссельным клапаном 14 (шибером, заслонкой и т.п.); 15, 16 - линии отвода и подвода воды в КТУ с циркуляционным насосом 17; 18 - дымосос; 19 - дымовая труба.

Система сбора и отвода конденсата включает каплеуловитель (фильтр, сетки и пр.) 20, конденсатосборник (поддон) 21, конденсатоотводчик с конденсатным насосом 22. КТУ находится на всасывающей стороне дымососа, что улучшает управление его работой, регулирование аэродинамического режима.

Отводящая линия 15 соединяется перемычками 23 и 24 с клапанами соответственно с прямым 5 и обратным 6 трубопроводами котла, холодная вода поступает в КТУ из обратного трубопровода 6 по линии 16.

Вертикальная стенка 12 является общей для камеры 9 и обводного канала 13. Верхние торцы вертикальных стен камеры 9 выполнены с закраинами, а перекрытие 11 - съемное, и опирается на закраины вертикальных стен камеры. Перекрытие является съемной крышкой, снабжена захватом для крана и открывает доступ в камеру для монтажа, ремонта, ревизии и пр. В рабочем режиме зазоры по периметру крышки изолируются, уплотняются (песком и др.)

Поступающие под действием дымососа 18 из котла 1 в главный газоход 8 дымовые газы разделяются на два потока: главный, больший, не меняя направления, проходит в камеру 9, где охлаждается в КТУ до температуры 40-45°C, отдавая тепло сетевой воде. Меньшая часть газов, в пределах 10-40%, направляется в байпасный канал, огибает камеру 9 с теплообменником 10 и вливается в поток охлажденных газов. Образуется смесь газов с требуемой температурой - 70-90°C, исключающей выпадение конденсата в газовом тракте и дымовой трубе. Это заданное значение поддерживается дроссельным органом 14 различного типа (дроссель-клапан, шибер, заслонка) путем регулирования объема байпасируемого горячего газа. Общий поток направляется по газовому тракту 18 в дымовую трубу 19 и удаляется в атмосферу.

Холодная сетевая вода с температурой Т_ОБ по линии 16 из обратной магистрали 6 тепловой сети ТС, от ТП или ЦТП подается с помощью циркуляционного насоса 17 в КТУ. Содержащиеся в ПС водяные пары при охлаждении в КТУ конденсируются и оседают на теплообменных поверхностях теплообменника, конденсат стекает на поддон 21. Отсюда через конденсатоотводчик он откачивается конденсационным насосом 22 на обработку (участок химочистки - дегазации и декарбонизации). Очищенный конденсат направляется в конденсатную линию и возвращается в цикл - на подпитку котла или ТС. Если обработка конденсата себя не оправдывает, то он сливается в канализацию.

Температура Т_КТУ нагрева воды в КТУ зависит от температуры и объема уходящих из котла ПС. Схема позволяет реализовать различные режимы работы котла с КТУ в сети в зависимости от температурного графика отопления и температуры нагрева в КТУ. Если значение Т_КТУ ниже требуемой по графику температуры прямой воды, то из КТУ нагретая горячая вода по линии 15 через перемычку 24 подается в обратную трубу 6, т.е. в котел 1 для дальнейшего нагрева (догрева) до нужной температуры Т₂. Если же температура Т_КТУ равна или выше требуемой по графику температуры прямой воды Т₂, то вода из КТУ по линии 15 через перемычку 23 направляется непосредственно потребителю (в ТС, ЦТП и пр.). Возможны и другие варианты работы системы.

При охлаждении ПС ниже температуры точки росы Т_Р (глубокое охлаждение, Т_Р для ПС природного газа 50-55°c) происходит глубокая утилизация тепла - физического (сухого) тепла и тепла конденсации (испарения), с конденсацией содержащихся в ПС водяных паров. За счет глубокой утилизации КПД котла по низшей теплотворной способности

повышается до 104-105%, а благодаря понижению температуры отходящих газов уменьшается эмиссия вредных составляющих (NO_Х) на 30-40%.

По климатическим погодным условиям для средней полосы России около трети продолжительности отопительного сезона (межсезонье март-апрель, сентябрь-октябрь) температура холодной воды Т_ОБ в обратной магистрали теплосети (ТС) в соответствии с типичными температурными графиками ТС (70/115°C) оказывается ниже Т_Р, в пределах 44-34°C Температура наружного воздуха Т_Н в этот период находится в пределах от 0 до +10°C. При подаче обратной воды с такой температурой в теплообменнике происходит охлаждение ПС до температуры ниже Т_Р, т.е имеет место глубокая утилизация тепла с конденсацией водяных паров. Котел работает в конденсационном режиме с КПД 105% по низшей теплотворности

. Для Юга России продолжительность этого периода будет выше. При снижении Т_Н температура Т_ОБ растет и когда она становится выше Т_Р, конденсации не происходит в теплообменнике-утилизаторе утилизируется только физическое тепло ПС (т.н. «сухое» тепло).

Предлагаемая конструкция узла, с общей перегородкой камеры и байпаса, приводит к значительному уменьшению габаритов - объема и площади, т.е. снижаются материало- и трудоемкость сооружения.

Площадь поверхностей стенок канала в предлагаемой конструкции примерно на 40-45% меньше, чем в известном решении, в такой же пропорции снижается и объем кладки стен.

Пропорционально уменьшению поверхности газоходов уменьшаются тепловые потери в окружающую среду (примерно на те же 40%), а уменьшение пути газов (приблизительно на 20%) снижает аэродинамическое сопротивление тракта, расход электроэнергия на привод дымососа.

Преимущества предлагаемого решения по сравнению с прототипом:

- компактность конструкции;

- уменьшение аэродинамических сопротивлений газового тракта;

- снижение теплопотерь;

- экономичность, упрощение, удешевление устройства, экономия капитальных и текущих расходов;

в итоге - повышение экономичности работы котла, экономия топлива.

Устройство применимо для любой теплогенерирующей установки с газовыми выбросами тепла средне- и низкотемпературного потенциала.

Claims (1)

1. Узел глубокой утилизации тепла отходящих газов, содержащий встроенную в газоход за котлом камеру с размещённым в ней конденсационным теплообменником-утилизатором (КТУ), байпасный канал прямоугольного сечения для перепуска части горячих отходящих газов помимо КТУ с регулирующим органом, каплеуловитель на выходе из камеры, систему сбора, отведения и обработки конденсата, включающую конденсатосборник, конденсатоотводчик и конденсатный насос, отличающийся тем, что байпасный канал выполнен в виде примыкающей к камере полости П-образной формы в плане и имеет с камерой общую вертикальную стенку по всему своему периметру.

   

Images