RU2502016C2

RU2502016C2 - Power saving system of hot steam and water supply

Info

Publication number: RU2502016C2
Application number: RU2012101857/06A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Анатольевич Тихомиров; Алексей Васильевич Кузьмичев; Александр Иванович Лахтионов
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2013-12-20
Also published as: RU2012101857A

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: power-saving system of steam and water supply comprises an accumulating water heater, which via the upper nozzle is connected with a steam and water heater by a pipeline, with a valve of hot water bleed and an electromagnetic valve of steam and water heater supply with water installed on it with the help of a T-joint. Since water heating in the accumulating water heater takes place in non-peak hours, during the periods of coolant consumption the heating unit of the accumulating water heater is as a rule disconnected from the network, thus, the peak capacity of the plant is reduced, and load is balanced at the electric circuit during the day.

EFFECT: possibility to reduce costs for power due to preliminary water heating at a lower tariff and its accumulation.

1 dwg

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству и предназначено для одновременного получения пара и горячей воды в одной установке при работе в открытых системах горячего паро- и водоснабжения и может быть использовано для пропаривания и промывки молокопроводов, молочного оборудования, тары, пастеризации молока, приготовления и запарки кормов, термической обработки овощей и фруктов, санитарно-гигиенических нужд и в других технологических процессах на животноводческих фермах, линиях и цехах по переработке с.-х. продукции.The invention relates to agriculture and is intended for the simultaneous production of steam and hot water in one installation when working in open systems of hot steam and water supply and can be used for steaming and washing milk pipelines, dairy equipment, containers, pasteurization of milk, preparation and storage of feed, thermal processing of fruits and vegetables, sanitary and hygienic needs and other technological processes on livestock farms, lines and workshops for processing agricultural products products.

Известны установки для производства пара и горячей воды электродного типа разработок ВНИИЭТО типа КЭПР, ЭПЗ, КЭВ (см. книгу Н.Б. Каган и др. "Электротермическое оборудование для сельско-хозяйственного производства" 1980 г. стр.84-107), однако они не позволяют в одном устройстве вырабатывать пар и горячую воду.There are known installations for the production of steam and hot water of the electrode type developed by VNIIETO of the type KEPR, EPZ, KEV (see the book by NB Kagan et al. "Electrothermal equipment for agricultural production" 1980, pp. 84-107), however they do not allow steam and hot water to be generated in one device.

Передвижной пароводонагреватель электродного типа, разработанный НПО "Казсельхозмеханизация" (см. научно-теоретический журнал "Техника в сельском хозяйстве", №4, 1991 г., с.37-38), позволяет получить пар и горячую воду в одном устройстве. Недостатками этого устройства являются низкая температура пара - до 107°C, большие массогабаритные показатели, ограниченность применения. Его основное назначение - санитарная обработка помещений.A portable electrode-type steam heater developed by the Kazselkhozmekhanizatsiya Scientific Production Association (see the scientific and theoretical journal Engineering in Agriculture, No. 4, 1991, pp. 37-38), allows one to obtain steam and hot water. The disadvantages of this device are the low temperature of steam - up to 107 ° C, large weight and size indicators, limited application. Its main purpose is sanitary treatment of premises.

В целом для электродных установок, ввиду зависимости теплопроизводительности от удельного электрического сопротивления нагреваемой воды и ограничение по удельной напряженности поля вследствие возможного электрического пробоя и разложения воды, характерны нестабильность работы, необходимость химической подготовки и постоянного контроля качества воды. В условиях сельского хозяйства это приводит к серьезным проблемам при их эксплуатации. Для приготовления горячей воды и ее разбора, как правило, требуются дополнительные теплообменные устройства.In general, for electrode installations, due to the dependence of heat production on the electrical resistivity of heated water and the limitation on specific field strength due to possible electrical breakdown and decomposition of water, instability of work, the need for chemical preparation and constant monitoring of water quality are characteristic. In agriculture, this leads to serious problems in their operation. For the preparation of hot water and its analysis, as a rule, additional heat exchange devices are required.

Известна электрическая пароводогрейная установка для выработки пара и горячей воды в одном устройстве, содержащая корпус с коаксиально расположенным внутри цилиндром, нагревательное устройство, датчик уровня с усилителем, поплавковый регулятор подпитки, электромагнитный клапан, патрубки подвода холодной воды и отбора пара и горячей воды, вентили, терморегулятор, бойлер, циркуляционный насос, манометр (а.с. СССР №1437608, МКИ F22B 1/28, БИ №42 88 г.).Known electric steam heating installation for generating steam and hot water in one device, comprising a housing with a cylinder coaxially located inside the cylinder, a heating device, a level sensor with an amplifier, a float make-up regulator, an electromagnetic valve, pipes for supplying cold water and steam and hot water, valves, temperature regulator, boiler, circulation pump, pressure gauge (AS USSR No. 1437608, MKI F22B 1/28, BI No. 42 88).

Недостатками ее являются низкая температура пара на выходе, которая не превышает 107°C, что для некоторых технологических процессов сельского хозяйства недостаточно, невысокая надежность поплавкового регулятора подпитки воды, длительный по времени переход с режима генерации пара к режиму приготовления горячей воды, достаточно высокая скорость образование накипи на нагревательных элементах без предварительной водоподготовки, высокий уровень тепловых потерь.Its disadvantages are the low temperature of the steam at the outlet, which does not exceed 107 ° C, which is not enough for some technological processes, the low reliability of the float regulator for water recharge, the long transition from the steam generation mode to the hot water preparation mode, and a rather high rate of formation scale on heating elements without preliminary water treatment, high level of heat loss.

Известен электропароводонагреватель, содержащий пароводонагреватель, соединенный трубопроводами с предварительным подогревателем воды и электрическим пароперегревателем, патрубки отбора теплоносителей и использующий в качестве нагревательных элементов - трубчатые электронагреватели (патент RU №2147101 C1, 7 F22B/28 от 26.05.99). Одновременно электропароводонагреватель снабжен необходимой контрольно-измерительной и защитной аппаратурой, а также элементами автоматического управления, позволяющими управлять процессом получения пара и горячей воды в установке.Known electric steam heater containing a steam heater connected by piping to a water pre-heater and an electric superheater, heat transfer pipes and using tubular electric heaters as heating elements (patent RU No. 2147101 C1, 7 F22B / 28 of 05.26.99). At the same time, the electric steam heater is equipped with the necessary control and measuring and protective equipment, as well as automatic control elements that allow controlling the process of receiving steam and hot water in the installation.

Недостатками этого электропароводонагревателя являются: пониженный уровень энергосбережения, вызванный наличием выносного пароперегревателя, что создает дополнительные потери тепла в окружающую среду; низкий уровень удельных тепловых нагрузок нагревательных элементов в процессе кипения жидкости в пароводонагревателе; недостаточная компактность и жесткость конструкции установки; повышенное время выхода на режим электрического пароперегревателя (8-10 мин).The disadvantages of this electric steam heater are: reduced energy saving caused by the presence of an external superheater, which creates additional heat loss to the environment; low specific heat loads of the heating elements during the boiling of the liquid in the steam heater; insufficient compactness and rigidity of the installation design; increased time to enter the electric superheater mode (8-10 min).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является электропароводонагреватель, содержащий предварительный подогреватель, соединенный трубопроводом с пароводонагревателем, включающим в себя емкость нагрева воды и образования пара, механический сепаратор, встроенную секцию перегрева пара, трубопровод отбора теплоносителей, и использующий в качестве нагревательных элементов трубчатые электронагреватели, снабженный контрольно-измерительной и запорной аппаратурой и элементами автоматического управления (патент RU №2184904, С2 F22B 1/28).The closest in technical essence to the present invention is an electric steam heater containing a pre-heater connected by a pipe to a steam heater, including a tank for heating water and steam formation, a mechanical separator, an integrated section for steam overheating, a pipe for selecting heat carriers, and using tubular electric heaters as heating elements equipped with instrumentation and locking equipment and automatic control elements ( Patent RU No. 2184904, C2 F22B 1/28).

Недостатками вышеуказанного электропароводонагревателя являются то, что установка не приспособлена для работы по дифференцированному тарифу в течение суток на электроэнергию, что не позволяет потребителю существенно снизить затраты на электроэнергию, а также отсутствие возможности одновременного потребления пара и горячей воды.The disadvantages of the above electric steam heater are that the installation is not adapted to operate at a differentiated tariff for electricity for a day, which does not allow the consumer to significantly reduce electricity costs, as well as the inability to simultaneously consume steam and hot water.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение снижения затрат на электроэнергию при производстве пара и горячей воды до 40%, создание возможности одновременного потребления пара и горячей воды на технологические нужды, снизить пиковую мощность установки.The objective of the invention is to reduce energy costs in the production of steam and hot water up to 40%, creating the possibility of simultaneous consumption of steam and hot water for technological needs, to reduce the peak power of the installation.

В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность снизить затраты на электроэнергию до 40% за счет предварительного нагрева воды по сниженному тарифу на электроэнергию (который в непиковые часы в среднем дешевле в 3 раза) и ее аккумуляции; одновременно использовать вырабатываемые установкой пар и горячую воду для различных технологических процессов сельско-хозяйственного производства; снизить пиковую мощность установки в дневные часы на 12…15%.As a result of using the present invention, it is possible to reduce electricity costs by up to 40% by pre-heating water at a reduced electricity tariff (which is off-peak on average 3 times cheaper) and its accumulation; at the same time use the steam and hot water generated by the installation for various technological processes of agricultural production; reduce the peak power of the installation in the daytime by 12 ... 15%.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что энергосберегающая система горячего паро- и водоснабжения, содержащая трубопровод холодной воды, электромагнитный клапан автоматической подачи воды, пароводонагреватель, включающий емкость нагрева воды и образования насыщенного пара, механический сепаратор, съемную секцию перегрева пара, расположенные в едином теплоизолированном корпусе, трубопровод отбора теплоносителя, и использующий в качестве нагревательных элементов трубчатые электронагреватели, одновременно снабженный контрольно-измерительной аппаратурой, предохранительной и запорной арматурой, а также элементами автоматического управления, содержит электрический аккумуляционный водонагреватель, включающий металлический корпус с теплоизоляцией, обеспечивающей скорость остывания воды, нагретой до 80°C в аккумуляционном водонагревателе не более 1°C/ч, блок электрических нагревателей, датчик температуры, верхний патрубок, при этом аккумуляционный водонагреватель соединен через верхний патрубок трубопроводом, с установленными на нем при помощи тройника вентилем отбора горячей воды и электромагнитным клапаном подпитки водой пароводонагревателя, с пароводонагревателем, причем в трубопровод подачи холодной воды между электромагнитным клапаном автоматической подачи воды и аккумуляционным водонагревателем установлены с помощью муфты обратный клапан, а посредством крестовины - боковой патрубок, предохранительный клапан и сливная пробка.The above technical result is achieved in that an energy-saving hot steam and water supply system comprising a cold water pipe, an automatic water supply solenoid valve, a steam heater including a tank for heating water and generating saturated steam, a mechanical separator, a removable steam superheat section located in a single heat-insulated casing , a coolant extraction pipeline, and using tubular electric heaters as heating elements, is simultaneously equipped control and measuring equipment, safety and shutoff valves, as well as automatic control elements, contains an electric storage water heater, including a metal casing with heat insulation, ensuring the cooling rate of water heated to 80 ° C in the storage water heater not more than 1 ° C / h, block electric heaters, temperature sensor, upper pipe, while the storage water heater is connected through the upper pipe to a pipe, installed on it with a pipe ynika valve selecting hot water and a solenoid valve feeding water parovodonagrevatelya with parovodonagrevatelem, wherein the pipeline for supplying cold water between the solenoid valve of automatic water supply and Accumulation heater installed via coupling the check valve, and by cross - side tube, the safety valve and the drain plug.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена общая схема устройства энергосберегающей системы горячего паро- и водоснабжкения.The invention is illustrated by the drawing, which shows a General diagram of the device energy-saving system of hot steam and water supply.

Энергосберегающая система горячего паро- и водоснабжения включает в себя пароводонагреватель 1, который содержит, размещенные в одном теплоизолированном цилиндрическом корпусе 2: емкость нагрева воды и образования насыщенного пара 3 и секцию перегрева пара 4 (электрический пароперегреватель). В нижней части емкости 3 для нагрева воды и образования насыщенного пара размещен блок трубчатых электронагревателей 5. Для уменьшения влажности пара применен механический сепаратор 6. В секции перегрева пара 4 установлены оребренные трубчатые электронагреватели 7. На трубопроводе 8 установлены: устройство для сброса пара и выпуска воздуха 9, электроконтактный манометр 10 для контроля и регулирования давления пара, предохранительный клапан 11, указатель температуры пара 12, вентиль 13 для отбора пара потребителем. На корпусе 2 установлены: водомерная колонка 14 для визуального контроля уровня воды, датчик 15 для отключения нагревателей во всех режимах при аварийном снижении уровня воды, верхний 16 и нижний 17 датчики уровня воды для управления электромагнитными клапанами автоматической подачи воды 18 и подпитки водой пароводонагревателя 19. Для контроля температуры воды в корпусе 2 установлен датчик температуры 20. На трубопроводе холодной воды 21 установлены: вентиль подачи холодной воды из магистрали 22, вентиль 23 на байпасной линии 24, электромагнитный клапан автоматической подачи воды 18, обратный клапан 25, крестовина 26, предохранительный клапан 27, сливная пробка 28, боковой патрубок 29 для подачи холодной воды в аккумуляционный водонагреватель 30, включающий металлический корпус 31, теплоизоляцию 32, блок электрических нагревателей 33, датчик температуры 34 и верхний патрубок 35. Аккумуляционный водонагреватель 30 через патрубок 35 соединен с пароводонагревателем 1 трубопроводом 36, на котором расположены: тройник 37 с вентилем отбора горячей воды 38, электромагнитный клапан подпитки водой пароводонагревателя 19, обратный клапан 39, пробка слива воды 40 из пароводонагревателя 1, предохранительный клапан 41 и запорный вентиль 42.An energy-saving system for hot steam and water supply includes a steam heater 1, which contains, located in one heat-insulated cylindrical body 2: a tank for heating water and generating saturated steam 3 and a section for superheating steam 4 (electric superheater). A block of tubular electric heaters 5 is placed in the lower part of the tank 3 for heating water and the formation of saturated steam. A mechanical separator is used to reduce steam humidity. 6. Finned tubular electric heaters 7 are installed in the steam superheating section. 9, an electric contact pressure gauge 10 for monitoring and regulating steam pressure, a safety valve 11, a steam temperature gauge 12, a valve 13 for consumer extraction of steam. On the case 2 there are installed: a water meter column 14 for visual control of the water level, a sensor 15 for turning off the heaters in all modes in case of an emergency decrease in the water level, upper 16 and lower 17 water level sensors for controlling the electromagnetic valves of automatic water supply 18 and replenishment of water for the steam heater 19. To control the water temperature in the housing 2, a temperature sensor 20 is installed. On the cold water pipe 21 there are installed: a cold water supply valve from line 22, a valve 23 on the bypass line 24, an electromagnetic automatic water inlet 18, non-return valve 25, crosspiece 26, safety valve 27, drain plug 28, side pipe 29 for supplying cold water to the storage water heater 30, including a metal housing 31, insulation 32, block of electric heaters 33, temperature sensor 34 and the upper pipe 35. The storage water heater 30 is connected through a pipe 35 to the steam heater 1 by a pipe 36, on which are located: a tee 37 with a hot water withdrawal valve 38, a solenoid valve for water recharge heater 19, non-return valve 39, drain plug 40 from the steam heater 1, safety valve 41 and shut-off valve 42.

Энергосберегающая система горячего паро- и водоснабжения работает следующим образом.Energy-saving system of hot steam and water works as follows.

В режиме генерации пара холодная вода из магистрального водопровода через вентиль 22 и открытый электромагнитный клапан автоматической подачи воды 18 по трубопроводу подачи холодной воды 21 и боковой патрубок 29 поступает в аккумуляционный водонагреватель 30, где происходит вытеснение нагретой (в период действия пониженного тарифа на электроэнергию) воды через верхний патрубок 35 в трубопровод 36. Вентиль 23 в этом режиме закрыт.Поступая по трубопроводу 36 через тройник 37, открытый электромагнитный клапан подпитки водой пароводонагревателя 19, обратный клапан 39 и открытый запорный вентиль 42 в пароводонагреватель 1, вода заполняет его. При этом, по достижении водой нижнего датчика уровня 17, включаются электронагревательные элементы 5, а при достижении водой положения верхнего датчика уровня 16 автоматически отключаются электромагнитные клапаны 18 и 19, перекрывая подачу воды в пароводонагреватель 1.In the steam generation mode, cold water from the main water supply through valve 22 and an open solenoid valve for automatic water supply 18 through the cold water supply pipe 21 and side pipe 29 enters the storage water heater 30, where the heated water (during the period of the reduced electricity tariff) is displaced through the upper pipe 35 to the pipe 36. The valve 23 is closed in this mode. Entering via the pipe 36 through the tee 37, the open solenoid valve for water recharge of the steam heater 19, check valve 39 and open shutoff valve 42 to the steam heater 1, water fills it. In this case, when the water reaches the lower level sensor 17, the electric heating elements 5 are turned on, and when the water reaches the position of the upper level sensor 16, the solenoid valves 18 and 19 are automatically turned off, shutting off the water supply to the steam heater 1.

Работа пароводонагревателя основана на косвенном нагреве воды и превращении ее в пар. При этом нагрев и испарение воды производится посредством передачи теплоты от нагревательных элементов сопротивления, помещенных в нагреваемую жидкость внутри пароводонагревателя 1. В нем происходит нагрев воды и выработка насыщенного пара с температурой до 110°C и его сепарация. Выработка пара осуществляется при рабочем давлении до 0,07 МПа. Для повышения температуры пара служит электрический пароперегреватель 4. Поступающий в него насыщенный пар из емкости 3 проходит вдоль ребер нагревательных элементов 7, нагревается до заданной температуры и отводится к потребителю по трубопроводу 8 через открытый паровой вентиль 13. Контроль за давлением и температурой пара осуществляется по манометру 10 и указателю температуры 12. Аккумуляционный водонагреватель 30 всегда заполнен водой, нагрев которой происходит в автоматическом режиме в периоды действия пониженного тарифа на электроэнергию. При этом его емкость и мощность определяются исходя из суточного потребления пара и горячей воды на объекте сельскохозяйственного производства. Теплоизоляция корпуса водонагревателя должна обеспечивать среднюю скорость остывания воды, нагретой до 80°C, не более 1°C/ч. Во время работы пароводонагревателя нагревательные элементы аккумуляционного водонагревателя как правило отключены, что снижает общую пиковую мощность системы и выравнивается нагрузка на электрическую сеть в течение суток.The operation of a steam heater is based on indirect heating of water and turning it into steam. In this case, the heating and evaporation of water is carried out by transferring heat from resistance heating elements placed in a heated liquid inside the steam heater 1. In it, water is heated and saturated steam is generated with a temperature of up to 110 ° C and its separation. Steam generation is carried out at a working pressure of up to 0.07 MPa. To increase the temperature of the steam, an electric superheater 4 is used. The saturated steam coming into it from the tank 3 passes along the fins of the heating elements 7, is heated to a predetermined temperature and is discharged to the consumer through a pipe 8 through an open steam valve 13. The pressure and temperature of the steam are controlled by a pressure gauge 10 and the temperature gauge 12. The storage water heater 30 is always filled with water, the heating of which takes place automatically during periods of a reduced electricity tariff rgiyu. Moreover, its capacity and capacity are determined on the basis of the daily consumption of steam and hot water at the agricultural production facility. The thermal insulation of the water heater body must provide an average cooling rate of water heated to 80 ° C, not more than 1 ° C / h. During operation of the steam heater, the heating elements of the storage water heater are usually turned off, which reduces the overall peak power of the system and evens out the load on the electrical network during the day.

Для отбора горячей воды открывают вентиль 23 на байпасной линии 24 и вентиль отбора горячей воды 38. Электромагнитные клапаны 18 и 19 - закрыты. Контроль за температурой воды в аккумуляционном водонагревателе осуществляется с помощью датчика температуры 34.To select hot water, open the valve 23 on the bypass line 24 and the hot water selection valve 38. The solenoid valves 18 and 19 are closed. Monitoring the temperature of the water in the storage water heater is carried out using a temperature sensor 34.

Claims

An energy-saving system for hot steam and water supply, containing a cold water pipeline, an automatic water supply solenoid valve, a steam heater, including a tank for heating water and generating saturated steam, a mechanical separator, a removable section for superheating steam located in a single heat-insulated casing, a heat transfer pipe that uses as heating elements, tubular electric heaters, simultaneously equipped with instrumentation, are safety th and shut-off valves, as well as automatic control elements, characterized in that the system comprises an electric storage water heater, including a metal casing with heat insulation, providing a cooling rate of water heated to 80 ° C in the storage water heater not more than 1 ° C / h, electric heaters, temperature sensor, upper nozzle, while the storage water heater is connected to the steam heater through the upper nozzle by a pipe, with a tee installed on it and a hot water withdrawal valve and a solenoid valve for replenishing the water in the steam heater, moreover, a check valve, a safety valve, a drain plug and a side pipe are installed with a cross in the cold water pipe between the automatic water supply solenoid valve and the storage water heater.