RU2336466C2 - Способ подогрева воды для отопления и установка для его осуществления - Google Patents
Способ подогрева воды для отопления и установка для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2336466C2 RU2336466C2 RU2006123984/03A RU2006123984A RU2336466C2 RU 2336466 C2 RU2336466 C2 RU 2336466C2 RU 2006123984/03 A RU2006123984/03 A RU 2006123984/03A RU 2006123984 A RU2006123984 A RU 2006123984A RU 2336466 C2 RU2336466 C2 RU 2336466C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- heating
- heat
- heated
- network
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
- Steam Or Hot-Water Central Heating Systems (AREA)
Abstract
Изобретение относится к теплоэнергетике, а более конкретно к устройствам приготовления воды для отопления, и может быть использовано в системах, работающих на основе теплоты нагретых подземных термальных вод при отоплении зданий и сооружений децентрализованным образом. Технический результат: повышение эффективности теплоснабжения зданий и сооружений при одновременном упрощении конструктивного оформления установки для осуществления способа. Способ подогрева воды для отопления, включающий формирование потока с циркулирующим первичным теплоносителем, например, нагретой подземной термальной водой, а также потока с циркулирующим по замкнутому контуру вторичным теплоносителем, например, сетевой водой, теплопередачу между этими потоками, подачу подогретой сетевой воды вторичного теплоносителя к отопительным приборам системы отопления, заключается в том, что вначале сетевую воду подогревают до температуры 40-45°С от нагретой подземной термальной воды в скважинных теплообменниках, а затем подогретую сетевую воду подают на всас теплового насоса, где ее температуру доводят до 70°С и с помощью сетевого насоса подогретую сетевую воду подают на приборы - радиаторы системы отопления. Также описана установка для осуществления вышеописанного способа. 2 н.п. ф-лы, 2 табл., 2 ил.
Description
Изобретение относится к теплоэнергетике, а более конкретно к устройствам приготовления воды для отопления, и может быть использовано в системах, работающих на основе теплоты нагретых подземных термальных вод при отоплении зданий и сооружений децентрализованным образом.
Известны способ подогрева воды для отопления и/или горячего водоснабжения, установка для его осуществления и газовый генератор тепла для установки (Патент №20118771, бюл. №04/2004 от 02.10.2004 г.). Данный способ включает в себя формирование в контуре потока циркулирующей жидкости, например воды, а также нагретого газового потока, например продуктов сгорания, теплопередачу между этими потоками, подачу внешнего потока воды, например, для горячего водоснабжения и осуществление теплопередачи от потока циркулирующей жидкости к внешнему потоку воды, разделение потока циркулирующей жидкости после передачи тепла внешнему потоку на два потока с регулированием расхода между ними. Один из разделенных потоков циркулирующей жидкости охлаждают внешним потоком, а затем ко второму разделенному потоку по принципу противотока осуществляют передачу тепла внутри конечной по течению части нагретого газового потока, после чего разделенные потоки циркулирующей жидкости объединяют, причем в средней по течению части нагретого газового потока осуществляют теплопередачу к объединенному потоку циркулирующей жидкости, а в начальной по течению части нагретого газового потока организуют передачу тепла к объединенному потоку циркулирующей жидкости при прямотоке, при этом передачу тепла от потока циркулирующей жидкости к внешнему потоку воды осуществляют сначала от одного из разделенных потоков, а затем от объединенного потока циркулирующей жидкости после прохождения им начальной по течению части нагретого газового потока.
Этот способ подогрева воды осуществляют при помощи установки, содержащей газовый генератор тепла, сообщенные с ним газоход и дымовую трубу, выполненную в газоходе систему теплообменников, включающую, например, начальный, средний и конечный теплообменники, конденсатосборник и водо-водяной теплообменник, сообщенный по нагреваемой среде с источником внешнего потока воды и по греющей среде - с контуром циркулирующей по теплообменникам жидкости, при этом установка снабжена дополнительным водо-водяным теплообменником и регулируемым разделителем потока циркулирующей жидкости, вход разделителя сообщен с выходом водо-водяного теплообменника, один выход - с входом дополнительного водо-водяного теплообменника, выход которого сообщен с входом конечного теплообменника, второй выход разделителя и выход конечного теплообменника сообщены с входом среднего теплообменника, выход которого - с входом начального теплообменника, выход которого сообщен с входом водо-водяного теплообменника, дополнительный водо-водяной теплообменник по нагреваемой среде сообщен входом с источником внешнего потока воды, а выходом - с входом водо-водяного теплообменника. Кроме того, установка содержит дополнительный регулируемый разделитель потока циркулирующей жидкости, вход которого сообщен с выходом начального теплообменника, а выходы - с входом водо-водяного теплообменника, при этом один из них - через тепловую нагрузку, например отопительную батарею, второй газовый генератор с дымовой трубой и газоходом, в котором предусмотрены вторая система теплообменников (например, вторые начальный, средний и конечный теплообменники), вторым дополнительным водо-водяным и водо-водяным теплообменниками, соединенными с системой теплообменников, размещенных в газоходе, и с регулируемым вторым разделителем потока циркулирующей жидкости.
Известна также установка подогрева воды для отопления и/или горячего водоснабжения (см. авторское свидетельство СССР №1557417, Кл. F24D 3/08, 1982 г.), в котором создают поток циркулирующей жидкости, например воды, и нагретый газовый поток, например, продуктов сгорания топлива, осуществляют передачу тепла, включая скрытую теплоту конденсации паров воды, от нагретого газового потока к циркулирующей жидкости, отводят из газового потока конденсат, подают внешний поток воды, например, для горячего водоснабжения и осуществляют передачу тепла от потока циркулирующей жидкости к внешнему потоку воды.
Недостатками известных изобретений являются сложность конструктивного решения установки для реализации способа подогрева вследствие наличия большого количества теплообменников как основных, так дополнительных и вторых, наличие второго газового генератора тепла, второго разделителя потока циркулирующей жидкости, выполнение теплообменников в виде коллекторов с пакетами пластин, снабженных клапанами для протока циркулирующей жидкости, что снижает надежность и увеличивает массу и габариты установки и материальные затраты на изготовление и эксплуатацию, а также использование для получения тепловой энергии газового генератора тепла с принудительной организацией процесса горения органического топлива, что связано с выбросом вредных продуктов сгорания в атмосферу.
Общим недостатком приведенных выше аналогов является невозможность использования в них энергии нагретых подземных термальных вод, обеспечивающих экологическую чистоту окружающей среды.
Из известных способов подогрева воды и установок для его осуществления наиболее близким по технической сущности является способ и устройство для их осуществления, описанные (А.Б.Алхасов, М.И.Исрапилов «Использование геотермальной энергии для подогрева подпиточной воды» - см. жн. «Водоснабжение и санитарная техника». - М.: Стройиздат, 1996, №4, с.25-26).
Сущность изобретения, описанного в прототипе, заключается в том, что с помощью теплообменников, установленных в верхних частях добычной и нагнетательной скважин на глубине 100-150 м от поверхности земли и выполненных по принципу «труба в трубе», вначале подпиточную воду нагревают от нагретых подземных термальных вод в теплообменнике, установленном в нагнетательной скважине, а затем - в теплообменнике, установленном в добычной скважине. При такой технологической схеме исходная подпиточная вода опускается по наружному межтрубному кольцевому пространству теплообменника, устроенного в нагнетательной скважине, и далее поднимается по внутреннему кольцевому межтрубному пространству. В процессе подъема подпиточной воды происходит ее нагрев за счет передачи остаточной теплоты от закачиваемой термальной воды. На поверхности подпиточная вода направляется на блок химводоочистки и далее к теплообменнику, установленному в добычной скважине. При опускании по внутреннему межтрубному кольцевому пространству происходит догрев подпиточной воды до более высокой температуры. Далее нагретая вода поднимается по наружному межтрубному кольцевому пространству и на поверхности направляется в деаэратор для удаления растворенных в ней газов и в парогенератор энергетической установки.
Таким образом, термальная вода циркулирует по замкнутому контуру «пласт - добычная скважина - наземный трубопровод - нагнетательный насос - нагнетательная скважина - пласт».
Недостатками известного способа подогрева подпиточной воды и установки для его осуществления являются низкая температура подогретой воды, что снижает эффективность его использования в системах отопления, а также сложность конструктивного оформления устройства вследствие необходимости предусмотрения блока химводоочистки и деаэратора.
Задача предлагаемого изобретения - повышение температуры подогреваемой воды за счет интенсификации процесса теплообмена на теплопередающих поверхностях скважинных теплообменников и создание установки, конструктивное решение которой позволило бы упростить реализацию способа, а именно, повысить температуру циркулирующей жидкости (сетевой воды) для использования в системах отопления до более высокой температуры (например, до 70°С).
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности теплоснабжения зданий и сооружений при одновременном упрощении конструктивного оформления установки для осуществления способа.
Сущность способа подогрева воды для отопления и установки для его осуществления заключается в формировании потока с циркулирующим первичным теплоносителем, например, нагретой подземной термальной водой, а также потока с циркулирующим по замкнутому контуру вторичным теплоносителем, например, сетевой водой, теплопередаче между этими потоками, подаче подогретой сетевой воды (вторичного теплоносителя) к отопительным приборам системы отопления. При этом вначале сетевая вода, опускаясь по наружному межтрубному кольцевому пространству в теплообменнике, установленном в нагнетательной скважине, и поднимаясь по внутреннему межтрубному пространству с продольными ребрами, предусмотренными на теплопередающей поверхности трубопровода, внутри которого циркулирует нагретая термальная вода, отбирает остаточную теплоту. На поверхности подогретая сетевая вода снова направляется в теплообменник добычной скважины, где также делает два захода, опускаясь по межтрубному пространству с продольными ребрами на теплопередающей поверхности, отбирая тепло от более нагретой термальной воды, а затем, поднимаясь по внешнему кольцевому пространству, нагревается до температуры 40-45°С и направляется на вход теплового насоса, в котором температура воды доводится до 70°С, и с помощью сетевого насоса подается на приборы (радиаторы) системы отопления.
Для реализации способа подогрева воды для отопления используют установку, схема которой приведена на фиг.1 и 2. На фиг.1 приведена принципиальная схема установки для подогрева воды, а на фиг.2 - схема теплопередающей поверхности теплообменников с продольными ребрами.
Установка содержит добычную (1) и нагнетательную (2) скважины, внутрискважинные теплообменники (3), в корпусах которых предусмотрены внутренние коаксиальные цилиндры (4) с теплоизоляционным материалом для исключения потерь тепла от подогреваемой воды, трубопроводы (5), внутри которых циркулирует первичный теплоноситель (нагретая термальная вода), а на внешних поверхностях по всей длине теплообменников предусмотрены продольные ребра (см. фиг.2), нагнетательный насос (6), трубопровод с регулятором (7) для подпитки системы отопления, тепловой насос (8), сетевой насос (9), отопительные приборы (10), водоносный пласт (11).
Конкретный пример выполнения.
После заполнения системы отопления сетевой водой от трубопровода подпитки с регулятором (7) включают нагнетательный (6), тепловой (8) и сетевой (9) насосы. Термальная вода подогревает сетевую воду в нагнетательной (2) и добычной (1) скважинах, а сетевой насос (9) обеспечивает циркуляцию воды по замкнутому контуру «сетевой насос - отопительные приборы -трубопроводы - тепловой насос - теплообменник нагнетательной скважины - теплообменник добычной скважины - тепловой насос». Учитывая, что поверхность теплообмена на теплопередающих поверхностях теплообменников увеличена за счет продольных ребер, то на входе сетевой воды в тепловой насос (8) ее температура Тсет повышается до 40-45°С.
Для обоснования в предлагаемом изобретении диапазона температур 40-45°С на входе в тепловой насос и для выбора количества ребер на теплопередающих поверхностях теплообменников был проведен ряд опытов.
Опыты проводились при наличии на теплопередающих поверхностях 8; 16 и 32 продольных ребер толщиной δр=3 мм каждое и высотой hp соответственно 10; 20; и 30 мм, внутренний трубопровод имеет диаметр d1=51 мм, на внешней теплопередающей поверхности которого предусмотрены продольные ребра (фиг.2), наружный диаметр без учета ребер dн=57 мм, живое сечение внутреннего трубопровода составляет F1=0,002 м2, а внешнего F2 с учетом эквивалентного диаметра dэкв=69 мм составляет 0,0038 м2. Поверхности теплообмена со стороны циркулирующей термальной воды S1=0,160 м2, а со стороны сетевой воды (внешней стороны) - S2=0,179 м. Площадь S2 при наличии ребер на поверхности равна S2=Sм+Sр (где Sм - площадь межреберной поверхности, м2; Sp - площадь поверхности ребра, м2). Скорость движения термальной воды при дебите скважины 2500 м3/сут составляет 0,18 м/с, а скорость сетевой воды - 0,1 м/с. Режим движения теплоносителей устойчиво турбулентный. Коэффициент теплоотдачи со стороны термальной воды к внутренней стенке трубопровода α1=1406 Вт/(м2·град), а от стенки к сетевой воде α2=560 Вт/(м2·град). По каждой из указанных величин проводилось по три опыта, результаты которых усреднялись и анализировались. Результаты экспериментального исследования эффективности способа подогрева воды и устройства для его осуществления (Δt=tж1 опр-tж2 опр=30°С, tж1 опр и tж2 опр - соответственно определяющие температуры первичного и вторичного теплоносителей) приведены в таблице 1.
Таблица 1 | ||||||
Количество ребер n, шт | Высота ребра δр, мм | Площадь теплопередающей поверхности, м2 | Тепловой поток на 1 погон, м поверхности, Вт/м | Температура сетевой воды Тсет, °С | ||
S1 | S2 | q | qр | |||
0 | 0 | 0,160 | 0,179 | 1929 | 2082 | 35 |
10 | - | 0,339 | - | 3102 | 37 | |
8 | 20 | - | 0,499 | - | 3765 | 39 |
30 | - | 0,659 | - | 4224 | 40 | |
10 | - | 0,499 | - | 3765 | 40 | |
16 | 20 | - | 0,819 | - | 4581 | 41 |
30 | - | 1,139 | - | 5025 | 42 | |
10 | - | 0,819 | - | 4581 | 41 | |
32 | 20 | - | 1,459 | - | 5337 | 43 |
30 | - | 1,938 | - | 5640 | 45 |
Анализ результатов, приведенных в табл.1, позволил установить:
1) использование скважинных теплообменников с продольными ребрами на теплопередающих поверхностях высотой соответственно 10; 20 и 30 мм позволит увеличить тепловой поток от первичного теплоносителя ко вторичному (сетевой воде) от 1,6 до 2,92 раза, а температуру подогреваемой воды от 40 до 45°С;
2) наиболее оптимальным количеством продольных ребер на теплопередающих поверхностях при диаметрах, приведенных выше, является 32 шт. высотой 30 мм. Дальнейшее увеличение количества ребер неоправдано, так как связано с большими трудностями и усложняет изготовление теплопередающей поверхности.
Преимущества предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом заключается в
простоте конструкции и удобстве эксплуатации в связи с отсутствием блока химводоочистки и деаэратора;
возможности использования энергии широкораспространенных нагретых геотермальных вод для подготовки воды в системах отопления различных по назначению объектов.
В качестве перспективы возможности использования предлагаемого изобретения рассмотрим конкретный регион Северного Кавказа, а именно Республику Дагестан (г.Махачкала). Под городом Махачкала термальные воды с температурой от 60 до 80°С залегают на глубинах 1000-1400 м, минерализация воды составляет от 2 до 15 г/л. Для добычи термальной воды используются скважины, ранее пробуренные для добычи нефти, а также специально пробуренные на термальные воды.
В табл.2 приведены характеристики термальных скважин и их параметры.
Таблица 2 | ||||||
Характеристики и параметры скважин термальных вод | ||||||
Параметры | ТЭЦ | Места расположения районных котельных | ||||
Завод Дагэлектромаш | Торговый центр | Северный район города | Сепараторный завод | Ул. Мира | ||
Глубина залегания пласта, м | 1400 | 1200 | 1200 | 1200 | 1000 | 1000 |
Температура пласта, °С | 70 | 65 | 65 | 80 | 60 | 60 |
Дебит циркуляционной системы, м3/сут | 2514 | 1466 | 733 | 2622 | 3120 | 1560 |
Расстояние между скважинами, м | 560 | 490 | 320 | 566 | 670 | 480 |
Давление нагнетания, МПа | 5,2 | 2,4 | 0,92 | 4,86 | 6,6 | 2,4 |
Мощность нагнетательного насоса, кВт | 160 | 44 | 9,3 | 148 | 233 | 47 |
Объем замещаемого природного газа, млн. м3/год | 4,45 | 2,23 | 1,1 | 5,6 | 3,8 | 1,9 |
Из табл.2 видно, что использование энергии нагретой термальной воды для подогрева сетевой воды в системах отопления позволит сэкономить более 19 млн м3/год природного газа. Кроме того, расстояния между скважинами малы, что приводит к снижению потерь тепла от добычной до нагнетательной скважин.
Claims (2)
1. Способ подогрева воды для отопления, включающий формирование потока с циркулирующим первичным теплоносителем, например, нагретой подземной термальной водой, а также потока с циркулирующим по замкнутому контуру вторичным теплоносителем, например, сетевой водой, теплопередачу между этими потоками, подачу подогретой сетевой воды вторичного теплоносителя к отопительным приборам системы отопления, отличающийся тем, что вначале сетевую воду подогревают до температуры 40-45°С от нагретой подземной термальной воды в скважинных теплообменниках, а затем подогретую сетевую воду подают на всас теплового насоса, где ее температуру доводят до 70°С, и с помощью сетевого насоса подогретую сетевую воду подают на приборы - радиаторы системы отопления.
2. Установка подогрева воды для осуществления способа по п.1, включающая теплообменники, расположенные в верхних частях нагнетательной и добычной геотермальных скважин до глубины 150 м от поверхности, трубопроводы с насосами для обратной закачки термальной воды в пласт и для обеспечения циркуляции подогреваемой воды по системе отопления, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит тепловой и сетевой насосы, подключенные к системе скважинных теплообменников и системе отопления, а на теплопередающих поверхностях внутрискважинных теплообменников для интенсификации процесса и увеличения поверхности теплообмена предусмотрены по всей длине теплообменников продольные ребра, количество n, толщину δр и высоту hp которых выбирают из условия получения необходимой температуры подогреваемой сетевой воды на входе в тепловой насос, при этом для снижения тепловых потерь от подогреваемой воды в теплообменниках между ее потоками на входе и на выходе установлены внутренние коаксиальные цилиндры, заполненные теплоизоляционным материалом.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006123984/03A RU2336466C2 (ru) | 2006-07-04 | 2006-07-04 | Способ подогрева воды для отопления и установка для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006123984/03A RU2336466C2 (ru) | 2006-07-04 | 2006-07-04 | Способ подогрева воды для отопления и установка для его осуществления |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006123984A RU2006123984A (ru) | 2008-01-20 |
RU2336466C2 true RU2336466C2 (ru) | 2008-10-20 |
Family
ID=39108088
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006123984/03A RU2336466C2 (ru) | 2006-07-04 | 2006-07-04 | Способ подогрева воды для отопления и установка для его осуществления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2336466C2 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2455574C1 (ru) * | 2010-12-16 | 2012-07-10 | Валерий Никитич Гринавцев | Установка автономного тепло-и холодоснабжения зданий и сооружений |
RU2689334C1 (ru) * | 2017-12-13 | 2019-05-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Кировский научно-исследовательский институт гематологии и переливания крови Федерального медико-биологического агентства" | Способ определения персонифицированного криопротектора по лейкоцитарной кислой фосфатазе консервированной крови |
RU211314U1 (ru) * | 2022-02-25 | 2022-05-31 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | Трубчатый радиатор отопления |
-
2006
- 2006-07-04 RU RU2006123984/03A patent/RU2336466C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Алхасов А.Б. Использование геотермальной энергии для подогрева подпиточной воды. Водоснабжение и санитарная техника. - М.: Стройиздат, 1996, N4, с.21-23, рис.4. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2455574C1 (ru) * | 2010-12-16 | 2012-07-10 | Валерий Никитич Гринавцев | Установка автономного тепло-и холодоснабжения зданий и сооружений |
RU2689334C1 (ru) * | 2017-12-13 | 2019-05-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Кировский научно-исследовательский институт гематологии и переливания крови Федерального медико-биологического агентства" | Способ определения персонифицированного криопротектора по лейкоцитарной кислой фосфатазе консервированной крови |
RU211314U1 (ru) * | 2022-02-25 | 2022-05-31 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" | Трубчатый радиатор отопления |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006123984A (ru) | 2008-01-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11788516B2 (en) | Systems and methods of generating electricity using heat from within the earth | |
US20200217304A1 (en) | Systems and methods of generating electricity using heat from within the earth | |
US10060652B2 (en) | Boiling-water geothermal heat exchanger and boiling-water geothermal power generation equipment | |
US8650875B2 (en) | Direct exchange geothermal refrigerant power advanced generating system | |
US9394771B2 (en) | Single well, self-flowing, geothermal system for energy extraction | |
CN207761721U (zh) | 一种焦炉上升管荒煤气orc发电系统 | |
JP2011052621A (ja) | 地熱発電装置 | |
CN101696829A (zh) | 地热能远距离传热储能的方法、其装置及应用 | |
RU2336466C2 (ru) | Способ подогрева воды для отопления и установка для его осуществления | |
KR101183815B1 (ko) | 소형 열병합발전기에서 엔진 배기유로의 배출구조 | |
RU2622143C1 (ru) | Способ использования установки на основе органического цикла Ренкина для обеспечения тепловой энергией объектов установки промысловой подготовки нефти | |
CN113027713A (zh) | 一种联合地热开发和利用系统及能量分配管控方法 | |
NL2015780B1 (en) | Device for converting thermal energy in hydrocarbons flowing from a well into electric energy. | |
CN206683260U (zh) | 废地热井再利用系统 | |
CN201066219Y (zh) | 井下换热器热泵系统 | |
CN106813411A (zh) | 废地热井再利用系统及其施工方法 | |
EP3762663B1 (en) | Geothermal heat exchanger for recovering geothermal energy from dry rocks by means of a heat transfer medium with a closed circuit of the heat transfer medium | |
CN109724278B (zh) | 一种煤田火区热能综合利用系统 | |
CN206785571U (zh) | 单井干热岩发电系统 | |
CN106885385B (zh) | 单井干热岩热能提取系统 | |
CN105042667B (zh) | 适于多种燃料的超导锅炉供暖、供热系统及方法 | |
KR101007860B1 (ko) | 보일러 배기가스와 보일러 응축수에 포함된 열에너지회수장치 | |
CN205641674U (zh) | 一种电厂能源供热余热系统 | |
RU2170885C1 (ru) | Система теплоэнергоснабжения | |
RU106719U1 (ru) | Устройство для обогрева помещения |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100705 |