RU2601401C1

RU2601401C1 - Air heating system for fuel-burning plant

Info

Publication number: RU2601401C1
Application number: RU2015119839/06A
Authority: RU
Inventors: Андрей Геннадьевич Батухтин; Михаил Владимирович Кобылкин; Сергей Геннадьевич Батухтин; Сергей Анатольевич Иванов
Priority date: 2015-05-26
Filing date: 2015-05-26
Publication date: 2016-11-10

Abstract

FIELD: heat-and-power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to heat engineering, in particular to devices for air heating and heat recovery of exhaust flue gases, and is intended for use in fuel-burning plants, for example in hot water and steam boilers of thermal power plants. Core of invention is that the air to flow into the steam heater is additionally heated in a solar heater by the heat converted from the Sun energy and in a heat exchanger installed in before the steam heater. Herewith the solar heater is made with the possibility of heating the water circulating through it, which is used as a heating medium in the heat exchanger.

EFFECT: technical result achieved by the present invention is higher efficiency of the air heating system operation while maintaining reliability of the equipment and optimum parameters of the heat carriers.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к устройствам для подогрева воздуха и утилизации тепла уходящих дымовых газов, предназначено для использования в топливосжигающих установках, например в водогрейных и паровых котлах тепловых электрических станций.The invention relates to the field of power engineering, in particular to devices for heating air and recovering heat from flue gases, is intended for use in fuel burning plants, for example, in hot water and steam boilers of thermal power plants.

Известна система подогрева воздуха (см. патент №2352863, МПК F23L 15/00, опуб. 20.04.2009 г.), содержащая последовательно включенные по греющей и нагреваемой среде секции теплообменных поверхностей, собранные из кубов и размещенные в отводящем газоходе топливосжигающей установки, кубы собраны из труб с последовательно уменьшающейся площадью поперечного сечения для прохода газов в каждом кубе.A known air heating system (see patent No. 2352863, IPC F23L 15/00, published on 04/20/2009), containing sections of heat-exchange surfaces sequentially connected over a heating and heating medium, assembled from cubes and placed in the exhaust gas duct of a fuel-burning installation, cubes collected from pipes with a successively decreasing cross-sectional area for the passage of gases in each cube.

Недостатком данной системы является невозможность поддержания номинальных температур горячего воздуха на выходе из воздухоподогревателя, в условиях низких температур наружного воздуха, при сохранении расположения и стандартных габаритных размеров воздухоподогревателя внутри топливосжигающей установки. Снижение температуры воздуха на выходе обусловлено сохранением теплового баланса системы. Согласно балансу на воздухоподогреватель приходится определенное количество тепловой энергии уходящих газов, которое можно передать воздуху без снижения температуры газов ниже установленного уровня (по условиям приемлемой интенсивности низкотемпературной коррозии и поддержания высоких показателей КПД установки). Следовательно, сохранить оптимальную температуру уходящих газов на выходе из воздухоподогревателя, при подаче холодного воздуха непосредственно в теплообменные поверхности установки, возможно только при сниженных температурах воздуха на выходе из воздухоподогревателя. Это приведет к снижению эффективности за счет сокращения тепла, вносимого с воздухом в зону горения топливосжигающей установки. Кроме этого известная система воздухоподогрева обладает сравнительно низкой надежностью при сжигании твердого топлива из-за неравномерного износа поверхностей нагрева по причине различных скоростей дымовых газов в нем, и из-за сложности организации очистки поверхностей воздухоподогревателя стандартными способами.The disadvantage of this system is the inability to maintain the nominal temperature of the hot air at the outlet of the heater, in conditions of low outdoor temperatures, while maintaining the location and standard overall dimensions of the heater inside the fuel burning unit. The decrease in outlet air temperature is due to the preservation of the thermal balance of the system. According to the balance, the air heater accounts for a certain amount of thermal energy of the exhaust gases, which can be transferred to the air without lowering the temperature of the gases below the set level (under conditions of acceptable intensity of low-temperature corrosion and maintaining high plant efficiency). Therefore, to maintain the optimum temperature of the flue gases at the outlet of the air heater, when cold air is supplied directly to the heat exchange surfaces of the installation, it is possible only at reduced air temperatures at the outlet of the air heater. This will lead to a decrease in efficiency due to the reduction of heat introduced with air into the combustion zone of the fuel-burning installation. In addition, the known air heating system has a relatively low reliability when burning solid fuel due to uneven wear of the heating surfaces due to the different speeds of the flue gases in it, and because of the difficulty of organizing the cleaning of the surfaces of the air heater using standard methods.

Известна система подогрева воздуха (см. патент №2202072, МПК F23L 15/00, опуб. 10.04.2003 г.), содержащая последовательно включенные по греющей и нагреваемой среде секции теплообменных поверхностей, размещенные в отводящем газоходе промышленной топливосжигающей установки, дутьевой вентилятор и теплообменник для предварительного подогрева всего подводимого потока атмосферного воздуха.A well-known air heating system (see patent No. 2202072, IPC F23L 15/00, published on 04/10/2003), containing sections of heat-exchange surfaces sequentially connected through a heating and heated medium, located in the exhaust gas duct of an industrial fuel-burning installation, a blower fan and a heat exchanger for preheating the entire supplied air flow.

Недостатком данной системы также является низкая эффективность и надежность. Низкая эффективность обусловлена уменьшением температуры горячего воздуха после прохождения теплообменника для предварительного подогрева всего подводимого потока атмосферного воздуха. Надежность снижена из-за интенсивного абразивного износа поверхностей нагрева при сжигании твердых топлив в условиях увеличенных скоростей дымовых газов в «холодной» секции воздухоподогревателя, выполненной с уменьшенным сечением.The disadvantage of this system is also low efficiency and reliability. Low efficiency is due to a decrease in the temperature of the hot air after passing through the heat exchanger for preheating the entire supplied stream of atmospheric air. Reliability is reduced due to the intense abrasive wear of heating surfaces when burning solid fuels under conditions of increased flue gas velocities in the “cold” section of the air heater, made with a reduced cross section.

Технически близкой к заявленной системе является система подогрева воздуха, содержащая последовательно соединенные по нагреваемой среде секции теплообменных поверхностей со встречным перекрестным потоком теплообменивающихся сред, размещенные в отводящем газоходе промышленной топливосжигающей установки, дутьевой вентилятор и паровой калорифер (Апатовский Л.Е. Подогрев воздуха на тепловых электростанциях / Л.Е. Апатовский, В.Н. Фомина, В.А. Халупович - М: Энергоатомиздат, - 1986. - 120 с. - С. 12. Рис. 1.2).Technically close to the claimed system is an air heating system containing sections of heat exchange surfaces connected in series through a heated medium with an opposing cross-flow of heat-exchanging media, located in the exhaust duct of an industrial fuel-burning plant, a blower fan and a steam heater (Apatovsky L.E. Air heating in thermal power plants / L.E. Apatovsky, V.N. Fomina, V.A. Halupovich - M: Energoatomizdat, - 1986. - 120 p. - S. 12. Fig. 1.2).

Недостатком данной системы подогрева воздуха является снижение ее эффективности при низких температурах наружного воздуха из-за увеличения энергозатрат на выработку дополнительного пара, который используется для подогрева воздуха в калорифере котельной установки.The disadvantage of this air heating system is the decrease in its effectiveness at low outdoor temperatures due to the increase in energy consumption for the production of additional steam, which is used to heat the air in the boiler air heater.

Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является повышение эффективности работы системы подогрева воздуха, с сохранением надежности оборудования и оптимальных параметров теплоносителей.The technical result achieved by the present invention is to increase the efficiency of the air heating system, while maintaining the reliability of the equipment and the optimal parameters of the coolant.

Результат достигается тем, что система подогрева воздуха топливосжигающей установки, содержащая последовательно соединенные по нагреваемой среде секции теплообменных поверхностей со встречным перекрестным потоком теплообменивающихся сред, размещенные в отводящем газоходе промышленной топливосжигающей установки, дутьевой вентилятор и калорифер, отличается тем, что система снабжена теплообменником, установленным перед калорифером, солнечным нагревателем, циркуляционным насосом, воздуховодом, связывающим солнечный нагреватель и дутьевой вентилятор, и трубопроводами, связывающими циркуляционный насос, солнечный нагреватель и теплообменник.The result is achieved by the fact that the air heating system of the fuel burning installation, comprising sections of heat exchange surfaces connected in series through the heated medium with a counter cross flow of heat exchanging media, located in the exhaust duct of the industrial fuel burning installation, a blower fan and air heater, is characterized in that the system is equipped with a heat exchanger installed in front of heater, solar heater, circulation pump, air duct connecting the solar heater, etc. fan fan, and pipelines connecting the circulation pump, solar heater and heat exchanger.

Целью данного изобретения является повышение эффективности системы нагрева воздуха и сбережение энергетических ресурсов за счет компенсация части энергозатрат на подогрев воздуха для топливосжигающей установки ТЭС при помощи энергии солнца.The aim of this invention is to increase the efficiency of the air heating system and the conservation of energy resources by compensating for part of the energy consumption for heating the air for a fuel-burning installation of thermal power plants using solar energy.

Использование солнечного нагревателя с возможностью одновременного нагрева воздуха и воды позволяет наиболее полно использовать энергию солнца. Это достигается за счет того, что в солнечном нагревателе температура воды на выходе будет выше температуры нагретого воздуха из-за более высоких коэффициентов теплоотдачи и меньшего расхода, это позволяет использовать нагретую воду в качестве греющего теплоносителя в теплообменнике для догрева воздуха после солнечного нагревателя.The use of a solar heater with the possibility of simultaneous heating of air and water allows the most complete use of the energy of the sun. This is achieved due to the fact that the temperature of the outlet water in the solar heater will be higher than the temperature of the heated air due to higher heat transfer coefficients and lower consumption, this allows the use of heated water as a heating medium in the heat exchanger to heat the air after the solar heater.

На фиг. изображена система подогрева воздуха, где: 1 - секции трубчатых теплообменных поверхностей, 2 - отводящий газоход, 3 - перепускной воздушный короб, 4 - солнечный нагреватель, 5 - калорифер, 6 - теплообменник, 7 - дутьевой вентилятор, 8, 9 - трубопроводы, 10, 11 - шибер, 12, 13 -воздуховод, 14 - воздухозаборное устройство, 15, 16 - запорная арматура, 17 - циркуляционный насос, 18 - трубопровод отвода воды.In FIG. The air heating system is depicted, where: 1 - sections of tubular heat exchange surfaces, 2 - exhaust duct, 3 - bypass air duct, 4 - solar heater, 5 - air heater, 6 - heat exchanger, 7 - blower fan, 8, 9 - pipelines, 10 11 - gate, 12, 13 - air duct, 14 - air intake device, 15, 16 - shutoff valves, 17 - circulation pump, 18 - water drainage pipe.

Система подогрева воздуха для топливосжигающей установки работает следующим образом.The air heating system for a fuel burning installation operates as follows.

При наличии солнечной радиации и при низких температурах наружного воздуха, когда требуется его догрев перед подачей в топливосжигающую установку, закрывается шибер 11, прекращая непосредственную подачу холодного воздуха из воздухозаборного устройства 14 в воздуховод 12, и открывается шибер 10. При открытом шибере 10 дутьевым вентилятором 7 холодный наружный воздух закачивается в солнечный нагреватель 4, который располагается на наиболее освещенном участке. В нагревателе 4 воздух нагревается за счет тепла, преобразованного из солнечной энергии, и по воздуховоду 12, через вентилятор 7, подается в теплообменник 6 как нагреваемая среда. Кроме воздуха в солнечный нагреватель 4 по трубопроводу 8, при помощи циркуляционного насоса 17 подается вода, которая также нагревается за счет тепла, преобразованного из солнечной энергии. Нагретая вода после нагревателя 4 поступает в теплообменник 6 как греющая среда. В теплообменнике 6 воздух дополнительно нагревается за счет тепла воды, позволяя более полезно использовать энергию солнца. После теплообменника 6 вода отводится для дальнейшего использования остаточного тепла в цикле станции по трубопроводу 18. Поскольку охлажденная вода после теплообменника будет иметь достаточный потенциал, то ее можно использовать в качестве низкопотенциального источника тепла для нужд станции. Воздух после теплообменника 6 подается в паровой калорифер 5, где осуществляется подогрев воздуха до номинальной начальной температуры, на которую рассчитана работа секций трубчатых теплообменных поверхностей 1. Нагрев воздуха до калорифера 5 позволяет сократить либо полностью компенсировать затраты пара на подогрев воздуха в калорифере 5, сокращая затраты энергии на собственные нужды станции, связанные с производством греющего пара для калорифера 5. Предварительно подогретый до номинальной начальной температуры воздух подается на вход в секции трубчатых теплообменных поверхностей 1. Проходя секции трубчатых теплообменных поверхностей 1, соединенных перепускным воздушным коробом 3, воздух окончательно нагревается до номинальных конечных температур за счет теплообмена с уходящими дымовыми газами, которые при этом охлаждаются также до номинального уровня. После прохождения секции трубчатых теплообменных поверхностей 1 нагретый воздух отводится по воздуховоду 13 для подачи в топливосжигающую установку и на прочие нужды станции.In the presence of solar radiation and at low outdoor temperatures, when it needs to be warmed up before being fed into the fuel-burning installation, the gate 11 closes, stopping the direct supply of cold air from the air intake device 14 to the air duct 12, and the gate 10 opens. When the gate 10 is open, the blower fan 7 cold outside air is pumped into the solar heater 4, which is located in the most illuminated area. In the heater 4, the air is heated by heat converted from solar energy, and through the duct 12, through the fan 7, is supplied to the heat exchanger 6 as a heated medium. In addition to air, water is supplied to the solar heater 4 via pipeline 8, using a circulation pump 17, which is also heated by heat converted from solar energy. Heated water after the heater 4 enters the heat exchanger 6 as a heating medium. In the heat exchanger 6, the air is additionally heated by the heat of the water, making it possible to more efficiently use the energy of the sun. After heat exchanger 6, water is discharged for further use of residual heat in the plant cycle through pipeline 18. Since chilled water after the heat exchanger will have sufficient potential, it can be used as a low-grade heat source for the needs of the station. The air after the heat exchanger 6 is supplied to the steam heater 5, where the air is heated to the nominal initial temperature for which the sections of the tubular heat-exchange surfaces are designed 1. Heating the air to the heater 5 allows you to reduce or completely compensate for the steam costs for heating the air in the heater 5, reducing costs energy for the station’s own needs related to the production of heating steam for the air heater 5. Air pre-heated to the nominal initial temperature is supplied to the inlet d in the section of the tubular heat exchange surfaces 1. Passing the sections of the tubular heat exchange surfaces 1 connected by the bypass air duct 3, the air is finally heated to the nominal final temperatures due to heat exchange with flue gases, which are also cooled to the nominal level. After passing through the section of tubular heat exchange surfaces 1, heated air is discharged through the duct 13 for supply to the fuel burning installation and for other needs of the station.

При наличии солнечной радиации и при относительно высоких температурах наружного воздуха, когда не требуется его догрев перед подачей в топливосжигающую установку, шибер 11 находится в открытом положении, шибер 10 в закрытом положении. В этих условиях солнечный нагреватель 4 нагревает только воду. Вода при помощи насоса 17 подается в солнечный нагреватель 4 по трубопроводу 8 и отводится из нагревателя 4 по трубопроводу 9, минуя теплообменник 6, который отключается по греющей стороне при помощи закрытия запорной арматуры 16 и открытия арматуры 15. Нагретая вода отводится для использования полученного тепла в производственном цикле станции по трубопроводу 18.In the presence of solar radiation and at relatively high outdoor temperatures, when it is not required to be warmed up before being supplied to the fuel-burning installation, the gate 11 is in the open position, the gate 10 is in the closed position. Under these conditions, the solar heater 4 heats only water. Water is pumped to the solar heater 4 through a pipe 8 using a pump 17 and discharged from a heater 4 through a pipe 9, bypassing the heat exchanger 6, which is turned off on the heating side by closing the shut-off valves 16 and opening the valves 15. The heated water is removed to use the heat received in station production cycle through pipeline 18.

При отсутствии солнечной радиации не функционирует насос 17, нагреватель 4 и теплообменник 6. В данном режиме закрыт шибер 10 и открыт шибер 11, а предварительный нагрев воздуха перед подачей в секции трубчатых теплообменных поверхностей 1 полностью осуществляется в калорифере 5.In the absence of solar radiation, the pump 17, the heater 4 and the heat exchanger 6 do not function. In this mode, the gate 10 is closed and the gate 11 is open, and the air is preheated before being fed into the section of tubular heat exchange surfaces 1 in the air heater 5.

Таким образом, использование энергии солнца совместно с энергией пара создает значительный энергосберегающий эффект при сохранении основных параметров теплоносителей и надежности оборудования.Thus, the use of solar energy together with steam energy creates a significant energy-saving effect while maintaining the basic parameters of the coolants and the reliability of the equipment.

Claims

The air heating system of a fuel burning plant, comprising sections of heat exchange surfaces connected in series with a counter-flow of heat exchanging media arranged in a heated medium, placed in the exhaust duct of an industrial fuel burning plant, a blower fan and a steam heater, characterized in that the system is equipped with a heat exchanger installed in front of the heater, a solar heater a circulation pump, an air duct connecting the solar heater and the blower, and pipelines connecting the circulation pump, solar heater and heat exchanger.