RU2155914C1

RU2155914C1 - Heating plant

Info

Publication number: RU2155914C1
Application number: RU99106227/06A
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Шипулин; В.А. Иванов; А.И. Белогуров; А.И. Кузин; М.И. Демин
Original assignee: ФГУП Конструкторское бюро химавтоматики
Priority date: 1999-04-06
Filing date: 1999-04-06
Publication date: 2000-09-10

Abstract

FIELD: thermal engineering. SUBSTANCE: heating plant designed for boiler manufacture, gas-turbine power plants, and gas- turbine engines has closed coolant circulating circuit, as well as water-air ejector and expansion device in the form of expanding separator both installed in tandem on delivery pipeline section between pump and boiler; air cavity of ejector communicates with atmosphere, that of expanding separator, with unit-type burner of boiler through shut-off valves, and water cavity is connected through shutoff valves to delivery and return pipelines; gas-air loop communicates through exhaust pipe with atmosphere. EFFECT: improved reliability and economic efficiency, reduced mass and size. 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в котлостроении, в тепловых электростанциях, работающих по газотурбинному циклу, в газотурбинных двигателях. The invention relates to a power system and can be used in boiler building, in thermal power plants operating on a gas turbine cycle, in gas turbine engines.

Известна установка, реализующая способ теплоснабжения, заключающийся в том, что при помощи компрессора теплового насоса осуществляют в теплообменнике нагрев воды системы теплоснабжения ("Изобретения", ВНИИПИ, Москва, N 20 (II ч.), 1997 г., стр. 329, заявка N 93030908/06, МКИ F 24 D 11/02). A known installation that implements the method of heat supply, which consists in the fact that using a heat pump compressor, the water of the heat supply system is heated in a heat exchanger ("Inventions", VNIIIPI, Moscow, N 20 (II part), 1997, p. 329, application N 93030908/06, MKI F 24 D 11/02).

В данном способе обеспечивается сжатие воздуха в компрессоре. В качестве привода компрессора теплового насоса используют гидравлическую турбину, вал турбины соединяют посредством конического и планетарного редукторов с валом теплового насоса. In this method, air is compressed in the compressor. A hydraulic turbine is used as the drive of the heat pump compressor, the turbine shaft is connected via a bevel and planetary gears to the heat pump shaft.

Основной недостаток применения компрессоров для сжатия воздуха в их большой энергоемкости, наличии дополнительного машинного привода, а также сложности и металлоемкости устройства в целом. The main disadvantage of using compressors for air compression is their high energy consumption, the presence of an additional machine drive, as well as the complexity and metal consumption of the device as a whole.

Известен водогрейный котел типа МЗК-4Г (каталог-справочник К8-70, лист N 3, НИИИНФОРМТЯЖМАШ, Москва, УДК 697.326.62-52 -прототип), содержащий блочную горелку для сжигания топлива, замкнутый контур циркуляции жидкого теплоносителя с насосом, подающим и обратным трубопроводами, рекуперативный теплообменник передачи тепла в контур потребителя с отопительными приборами, компенсатор объема, в котором наддув воздушного тракта на участке вентилятор - топка осуществляется с помощью центробежного вентилятора. Known hot water boiler type MZK-4G (directory K8-70, sheet N 3, NIIINFORMTYAZHMASH, Moscow, UDC 697.326.62-52 prototype), containing a block burner for burning fuel, a closed circuit for circulating a liquid coolant with a pump that feeds and by return pipelines, a recuperative heat exchanger transferring heat to the consumer circuit with heating devices, a volume compensator, in which the air duct in the fan-furnace section is charged using a centrifugal fan.

Из топочной камеры дымовые газы поступают в поворотный короб, откуда через дымогарные трубы уходят в дымовую коробку. Газовый тракт - топка и все газоходы котлоагрегата (включая тракт отбора тепла продуктов сгорания) находятся под разрежением - результат воздействия тяги, создаваемой вытяжной (дымовой) трубой. From the combustion chamber, the flue gases enter the rotary box, from where they exit through the smoke tubes to the smoke box. The gas path - the furnace and all the gas ducts of the boiler unit (including the heat extraction path of the combustion products) are under vacuum - the result of the draft created by the exhaust (chimney) pipe.

Такие отопительные установки (котлы) имеют следующие основные недостатки:
- дутьевой компрессор не обеспечивает высокий наддув, а значит, высокую расходонапряженность газового тракта, что снижает теплопроизводительность котла;
- в отопительной установке с таким котлом присутствует вытяжная труба (увеличивающая габариты установки), обеспечивающая естественную циркуляцию газовоздушной среды, через которую вынужденно сбрасывается часть тепла в окружающее пространство.Such heating installations (boilers) have the following main disadvantages:
- the blower compressor does not provide a high boost, which means a high gas flow rate, which reduces the heat output of the boiler;
- in a heating installation with such a boiler there is an exhaust pipe (increasing the dimensions of the installation), which provides natural circulation of the gas-air environment, through which part of the heat is forcedly discharged into the surrounding space.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, повышение надежности и экономичности, снижение массогабаритных характеристик отопительных установок. The objective of the invention is to remedy these disadvantages, increase reliability and efficiency, reduce the overall dimensions of heating systems.

Поставленная задача достигается тем, что в отопительной установке, содержащей замкнутый контур циркуляции теплоносителя, на участке подающего трубопровода, от насоса до котла, установлены последовательно водовоздушный эжектор и компенсатор, выполненный в виде сепаратора-компенсатора, при этом воздушная полость эжектора соединена с атмосферой, воздушная полость сепаратора - компенсатора соединена через запорную арматуру с блочной горелкой котла, а водяная полость - через запорную арматуру с подающим и обратным трубопроводами. The task is achieved by the fact that in a heating installation containing a closed coolant circulation circuit, a water-air ejector and a compensator made in the form of a separator-compensator are installed in series in a section of the supply pipe, from the pump to the boiler, while the air cavity of the ejector is connected to the atmosphere, air the cavity of the separator - compensator is connected through shut-off valves to the block burner of the boiler, and the water cavity is connected through shut-off valves to the supply and return pipelines.

Сравнение предложенного технического решения с прототипом и другими известными аналогами в данной области показало, что данная совокупность признаков в предложенном сочетании является новой, применена впервые и ранее не использовалась. Comparison of the proposed technical solution with the prototype and other known analogues in this field showed that this combination of features in the proposed combination is new, applied for the first time and has not been used before.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна". Thus, the proposed technical solution meets the criteria of the invention of "novelty."

Проведенный сравнительный анализ предложенного технического решения с прототипом и другими известными техническими решениями в данной области показал, что данное техническое решение превосходит известные решения за счет того, что в наддуваемых трактах котла максимально используется теплопередающая способность газового теплоносителя из-за отсутствия традиционного ограничителя - энергоемкого компрессора, не следует явным образом из достигнутого уровня техники, не является очевидным для среднего специалиста в данной области промышленности и превосходит достигнутый уровень техники. A comparative analysis of the proposed technical solution with the prototype and other known technical solutions in this field showed that this technical solution surpasses the known solutions due to the fact that the heat transfer ability of the gas coolant is maximally used in the pressurized boiler paths due to the lack of a traditional limiter - an energy-intensive compressor, it does not follow explicitly from the achieved level of technology, it is not obvious to the average person skilled in the art It also exceeds the achieved level of technology.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует критерию изобретения "изобретательский уровень". Thus, the proposed technical solution meets the criteria of the invention of "inventive step".

Сущность изобретения отражена в принципиальной схеме отопительной установки, представленной на чертеже. The invention is reflected in the circuit diagram of a heating installation, shown in the drawing.

Основными составными частями предлагаемой отопительной установки являются:
1 - котел;
2 - блочная горелка;
3 - запальное устройство;
4 - блок зажигания;
5 - труба выхлопа;
6 - насос циркуляционный;
7 - водовоздушный эжектор;
8 - сепаратор-компенсатор;
9 - теплообменник;
10 - вентиль;
11, 17, 18 - клапаны с электроприводами;
12,19 - дроссели;
13, 20 - дроссельные шайбы;
14, 16 - запорные краны;
15 - регулятор потока воздуха;
21 - поворотный затвор;
22 - водонагревательный элемент;
23, 24 - подающий и обратный трубопроводы;
25 - контур потребителя.The main components of the proposed heating installation are:
1 - boiler;
2 - block burner;
3 - ignition device;
4 - ignition unit;
5 - an exhaust pipe;
6 - circulation pump;
7 - water-air ejector;
8 - separator-compensator;
9 - heat exchanger;
10 - valve;
11, 17, 18 - valves with electric actuators;
12.19 - chokes;
13, 20 - throttle washers;
14, 16 - stopcocks;
15 - air flow regulator;
21 - rotary shutter;
22 - water heating element;
23, 24 - supply and return pipelines;
25 - consumer circuit.

В отопительную установку входит котел 1 с блочной горелкой 2, запальным устройством 3, блоком зажигания 4, трубой выхлопа 5 с поворотным затвором 21, трубопроводы подачи природного газа и воздуха. The heating system includes a boiler 1 with a block burner 2, an ignition device 3, an ignition unit 4, an exhaust pipe 5 with a rotary shutter 21, and pipelines for supplying natural gas and air.

Водяной тракт представляет собой замкнутый контур с подающим 23 и обратным 24 трубопроводами, на линии которых расположены циркуляционный насос 6 с электроприводом, водовоздушный эжектор 7, сепаратор-компенсатор 8, водонагревательный элемент 22, теплообменник 9, вентиль 10. The water path is a closed loop with a supply 23 and a return 24 pipelines, on the lines of which are a circulation pump 6 with electric drive, a water-air ejector 7, a separator-compensator 8, a water heating element 22, a heat exchanger 9, a valve 10.

Воздушный тракт подачи отсепарированного воздуха представляет собой трубопровод, от места соединения с полостью сепаратора-компенсатора 8 до входа в блочную горелку 2, а также запальному устройству 3 котла 1. На линиях тракта расположены клапан 11 с электромагнитным приводом, дроссель 12 и дроссельная шайба 13. The air path for supplying the separated air is a pipeline from the point of connection with the cavity of the separator-compensator 8 to the entrance to the block burner 2, as well as the ignition device 3 of the boiler 1. On the path lines are a valve 11 with an electromagnetic drive, a throttle 12 and a throttle washer 13.

Воздухозаборники для водовоздушного эжектора 7 и блочной горелки 2 котла 1 состоят из запорного крана 14 и регулятора потока воздуха 15. The air intakes for the air-air ejector 7 and the block burner 2 of the boiler 1 consist of a shut-off valve 14 and an air flow regulator 15.

Подача природного газа к блоку горелки 2 и запальному устройству 3 происходит по газопроводу, снабженному запорной и регулирующей арматурой: запорным краном 16, клапанами 17, 18 с электроприводами, дросселем 19 и дроссельной шайбой 20. The supply of natural gas to the burner unit 2 and the ignition device 3 occurs through a gas pipeline equipped with shut-off and control valves: shut-off valve 16, valves 17, 18 with electric actuators, throttle 19 and throttle washer 20.

Работа отопительной установки, с предварительно заправленным водяным трактом, начинается с запуска электродвигателя насоса 6 и, с промежутком по времени, открытием запорного крана 14. Начинается процесс движения массы теплоносителя (воды), которая смешивается в водовоздушном эжекторе 7 с атмосферным воздухом. The operation of the heating system, with a pre-charged water path, begins with the start of the pump motor 6 and, with an interval of time, the opening of the shut-off valve 14. The process of movement of the mass of coolant (water) begins, which is mixed in the air-air ejector 7 with atmospheric air.

Попадая в сепаратор-компенсатор 8, водо-воздушная смесь, в результате внезапного расширения и глубокого диспергирования, разделяется на фазы. Вода поступает через водонагревательный элемент 22 котла 1 в рекуперативный теплообменник 9 и по обратному трубопроводу 24 - на вход в насос 6. Вентиль 10 используется для регулирования расхода воды в подающем 23 и обратном 24 трубопроводах, а также при заправке тракта из внешней емкости. Getting into the separator-compensator 8, the air-water mixture, as a result of sudden expansion and deep dispersion, is divided into phases. Water enters through the water heating element 22 of boiler 1 into a recuperative heat exchanger 9 and through return pipe 24 to the inlet to pump 6. Valve 10 is used to control the flow of water in the supply 23 and return 24 pipelines, as well as when filling the tract from an external tank.

Воздушная составляющая водовоздушной смеси, с открытием клапана 11, под заданным давлением устремляется в блочную горелку 2, запальное устройство 3 и далее в топку котла 1, осуществляя режим продувки. Поворотный затвор 21 позволяет регулировать избыточное давление в котле 1, изменяя сопротивление выхлопной трубы 5. The air component of the water-air mixture, with the opening of the valve 11, under a given pressure rushes into the block burner 2, the ignition device 3 and then into the furnace of the boiler 1, carrying out a purge mode. The butterfly valve 21 allows you to adjust the excess pressure in the boiler 1, changing the resistance of the exhaust pipe 5.

После продувки воздушного тракта открываются последовательно кран 16 и клапан 18. Природный газ попадает в запальное устройство 3, где газовоздушная смесь поджигается с помощью блока зажигания 4. Постоянное соотношение газа и воздуха в смеси обеспечивается дроссельными шайбами 13, 20 и регулятором потока воздуха 15. After purging the air path, the valve 16 and valve 18 are opened sequentially. Natural gas enters the ignition device 3, where the gas-air mixture is ignited using the ignition unit 4. The constant ratio of gas to air in the mixture is provided by throttle washers 13, 20 and an air flow regulator 15.

Основной расход газа при открытии клапана 18 поступает через блочную горелку 2, в топку котла 1, где он и сгорает. The main gas flow when opening the valve 18 enters through the block burner 2, into the furnace of the boiler 1, where it burns.

Регулирование режима работы автономной котельной установки по теплопроизводительности осуществляется в соотношении, при котором обеспечивается полное сгорание топлива. Regulation of the operating mode of an autonomous boiler plant in terms of heat production is carried out in a ratio at which complete combustion of fuel is ensured.

Продукты сгорания, отдав основную часть своего тепла водонагревательному элементу 22, расположенному в топке котла 1, охлаждаются и выбрасываются в атмосферу. The combustion products, having given the bulk of their heat to the water heating element 22, located in the furnace of the boiler 1, are cooled and released into the atmosphere.

Циркулируя по замкнутому водяному контуру, теплоноситель через теплообменник 9 передает тепло в контур потребителя 25 с отопительными приборами и своим циркуляционным насосом. Circulating in a closed water circuit, the heat transfer agent through the heat exchanger 9 transfers heat to the consumer circuit 25 with heating devices and its own circulation pump.

Использование представленного решения позволит:
- обеспечить в 5-10 раз более высокий наддув и соответственно в 2,2-3,2 раза более высокую расходонапряженность газового тракта котла;
- повысить надежность работы и долговечность отопительной установки (отсутствие дутьевого компрессора);
- повысить эффективность использования тепла продуктов сгорания до 97% (отсутствие вытяжной трубы);
- сократить в 2-3 раза объем газового тракта, габариты и металлоемкость котлоагрегата или при сохранении размерности котлоагрегата увеличить соответственно в 2-3 раза теплопроизводительность отопительной установки.Using the presented solution will allow:
- provide 5-10 times higher boost and, accordingly, 2.2-3.2 times higher flow rate of the gas path of the boiler;
- increase the reliability and durability of the heating system (lack of a blower compressor);
- increase the efficiency of use of heat of combustion products up to 97% (lack of exhaust pipe);
- to reduce by 2-3 times the volume of the gas path, the dimensions and metal consumption of the boiler unit or, while maintaining the dimensions of the boiler unit, increase the heating capacity of the heating installation, respectively, by 2-3 times.

Claims

A heating installation comprising a boiler with a block burner for burning fuel, a closed liquid coolant circulation circuit with a pump, supply and return pipelines, a regenerative heat exchanger transferring heat to the consumer circuit with heating devices, a volume compensator, a gas-air circuit, characterized in that it is in a closed circulation loop coolant, in the section of the supply pipeline from the pump to the boiler, a water-air ejector and a compensator made in the form of a separator ensatora, wherein the air cavity of the ejector is connected to atmosphere, the air cavity separator canceller connected via stop valves to block the burner of the boiler, and a water cavity - through valving to supply and return conduits, and loop-gas through the exhaust pipe to atmosphere.