RU2796717C1 - Heating boiler heat recovery plant - Google Patents

Heating boiler heat recovery plant Download PDF

Info

Publication number
RU2796717C1
RU2796717C1 RU2022122838A RU2022122838A RU2796717C1 RU 2796717 C1 RU2796717 C1 RU 2796717C1 RU 2022122838 A RU2022122838 A RU 2022122838A RU 2022122838 A RU2022122838 A RU 2022122838A RU 2796717 C1 RU2796717 C1 RU 2796717C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
chimney
heat exchanger
boiler
dew point
Prior art date
Application number
RU2022122838A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Винер Фатихович Валькаев
Алексей Владимирович Гаврилов
Ильдар Радикович Миргалиев
Ринат Аминович Шамсуллин
Сергей Кузьмич Носов
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина filed Critical Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина
Application granted granted Critical
Publication of RU2796717C1 publication Critical patent/RU2796717C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: thermal power engineering.
SUBSTANCE: energy-saving methods for extracting heat from flue gases from a heating boiler and heating gas supplied to the burner of this boiler. The heating boiler heat recovery plant includes a boiler with a chimney, a combustion chamber and a burner with a fuel and air supply system equipped with a fan, a main heat exchanger installed in the chimney, and an additional heat exchanger located after the primary air fan and connected via a pipeline to the main heat exchanger, thus forming an intermediate coolant circulation system in the form of a closed circuit equipped with a circulation pump. The main heat exchanger is made to maintain the temperature in the chimney not lower than the “dew point” when the boiler is running and is equipped with a temperature sensor at the chimney outlet. The circulation pump is used adjustable and additionally equipped with a control unit that reads the temperature sensor to adjust the pump performance to prevent the temperature of the intermediate heat carrier from rising above its boiling point and reducing the temperature in the chimney below the “dew point”.
EFFECT: protection against rapid failure of the chimney under the action of carbonic acid when temperatures drop below the “dew point” and prevents the destruction of the recovery unit under the action of high pressure inside when the coolant temperature rises above the boiling point.
1 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к энергосберегающим технологиям для отбора тепла выходящих дымовых газов нагревательного котла и нагрева газа, подающегося в горелку этого котла.SUBSTANCE: invention relates to thermal power engineering, namely to energy-saving technologies for extracting heat from flue gases from a heating boiler and heating gas supplied to the burner of this boiler.

Известна котельная установка (патент RU № 2392037, МПК F22B 33/18, опубл. 27.02.2010, Бюл. № 6), содержащая котел с топкой, в которой размещены горелки, соединенные воздушным трактом с воздухонагревателем и топливным трактом - с узлом приготовления топлива, отводящий газоход с размещенным в нем контактным теплообменником, подогреватель топлива и теплообменник внешних потребителей, причем контактный теплообменник отводящим трактом нагретой воды соединен с воздухонагревателем, подогревателем топлива и теплообменником внешних потребителей, выходные тракты которых по охлажденной воде соединены общей отводящей линией со входом в контактный теплообменник и с узлом приготовления топлива.A boiler plant is known (patent RU No. 2392037, IPC F22B 33/18, publ. 02.27.2010, Bull. No. 6), containing a boiler with a furnace in which burners are located connected by an air path to an air heater and a fuel path - to a fuel preparation unit , the outlet gas duct with a contact heat exchanger placed in it, a fuel heater and a heat exchanger of external consumers, moreover, the contact heat exchanger is connected to the air heater, the fuel heater and the heat exchanger of external consumers by the outlet path of heated water, the outlet paths of which are connected through the chilled water by a common outlet line with the inlet to the contact heat exchanger and with a fuel preparation unit.

Недостатком данной установки является сложность изготовления горелки, так как необходимо оснащение теплообменниками (подогревателями) воздушный тракт и топливный тракт одновременно, при этом сужается область применения, так как невозможно использовать высокотемпературные теплоносители (с температурой более 150–200°С) из-за возможности инициации воспламенения в самом подогревателе, при этом отсутствует контроль за температурой промежуточного теплоносителя на выходе из теплообменника, находящегося в системе отбора дымовых газов из котла, что может привести к снижению температуры в этой системе ниже «точки росы» (образованию конденсата и, как следствие, химически агрессивной угольной кислоты) и/или повышению температуры промежуточного теплоносителя выше «точки кипения», что с большой вероятностью выведет из строя всю установку рекуперации тепла.The disadvantage of this installation is the complexity of manufacturing the burner, since it is necessary to equip the air path and the fuel path with heat exchangers (heaters) at the same time, while narrowing the scope, since it is impossible to use high-temperature coolants (with a temperature of more than 150–200 ° C) due to the possibility of initiation ignition in the heater itself, while there is no control over the temperature of the intermediate heat carrier at the outlet of the heat exchanger located in the flue gas extraction system from the boiler, which can lead to a decrease in temperature in this system below the “dew point” (formation of condensate and, as a result, chemical aggressive carbonic acid) and/or an increase in the temperature of the intermediate heat carrier above the “boiling point”, which is likely to disable the entire heat recovery plant.

Наиболее близкой по технической сущности является система рекуперации теплового котла (патент на ПМ RU № 115449, МПК F24D 19/00, опубл. 27.04.2012, Бюл. № 12), состоящая из топочной камеры с горелкой и теплообменником, дымоотвода с теплообменником и вентилятора первичного воздуха, причем система рекуперации снабжена дополнительным теплообменником, который размещен перед вентилятором первичного воздуха и соединен посредством трубопровода с теплообменником дымоотвода, образуя при этом систему циркуляции теплоносителя в виде замкнутого контура и оснащенную циркуляционным насосом.The closest in technical essence is the heat boiler recovery system (patent for PM RU No. 115449, IPC F24D 19/00, publ. 27.04.2012, Bull. No. 12), consisting of a combustion chamber with a burner and a heat exchanger, a chimney with a heat exchanger and a fan primary air, moreover, the recovery system is equipped with an additional heat exchanger, which is located in front of the primary air fan and is connected via a pipeline to the smoke exhaust heat exchanger, thus forming a heat carrier circulation system in the form of a closed circuit and equipped with a circulation pump.

Недостатком этой системы является отсутствие контроля за температурой промежуточного теплоносителя на выходе из теплообменника, находящегося в дымоходе, что может привести к снижению температуры в этой системе ниже «точки росы» (образованию конденсата и, как следствие, химически агрессивной угольной кислоты, разрушающей дымоход) и/или повышению температуры промежуточного теплоносителя выше «точки кипения», что с большой вероятностью выведет из строя всю установку рекуперации тепла.The disadvantage of this system is the lack of control over the temperature of the intermediate heat carrier at the outlet of the heat exchanger located in the chimney, which can lead to a decrease in the temperature in this system below the “dew point” (the formation of condensate and, as a result, chemically aggressive carbonic acid that destroys the chimney) and /or an increase in the temperature of the intermediate heat carrier above the “boiling point”, which is likely to disable the entire heat recovery installation.

Технической задачей предполагаемого изобретения является защита от быстрого выхода из строя дымохода под действием угольной кислоты при снижении температур ниже «точки росы» и разрушения установки рекуперации под действием высокого давления внутри при повышении температуры теплоносителя выше «точки кипения» за счет контроля за температурой промежуточного теплоносителя на выходе из теплообменника, находящегося в дымоходе, и регулирования производительности циркуляционного насоса.The technical objective of the proposed invention is to protect against rapid failure of the chimney under the action of carbonic acid when temperatures drop below the "dew point" and the destruction of the recovery unit under the action of high pressure inside when the temperature of the coolant rises above the "boiling point" by controlling the temperature of the intermediate coolant at exit from the heat exchanger located in the chimney, and control the performance of the circulation pump.

Техническая задача решается установкой для рекуперации тепла нагревательного котла, включающей котел с дымоходом, топочной камерой и горелкой с системой подачи топлива и воздуха, оснащенного вентилятором, основной теплообменник, установленный в дымоходе, и дополнительный теплообменник, размещенный после вентилятора первичного воздуха и соединенный посредством трубопровода с основным теплообменником, образуя при этом систему циркуляции промежуточного теплоносителя в виде замкнутого контура, оснащенного циркуляционным насосом.The technical problem is solved by an installation for heat recovery of a heating boiler, including a boiler with a chimney, a combustion chamber and a burner with a fuel and air supply system equipped with a fan, a main heat exchanger installed in the chimney, and an additional heat exchanger located after the primary air fan and connected by means of a pipeline to the main heat exchanger, thus forming an intermediate heat carrier circulation system in the form of a closed circuit equipped with a circulation pump.

Новым является то, что основной теплообменник изготовлен из условия поддержания температуры в дымоходе не ниже «точки росы» при работающем котле и оснащен на выходе из дымохода датчиком температуры, а циркуляционный насос применен регулируемый и дополнительно оснащен блоком управления, считывающим показания датчика температуры промежуточного теплоносителя для регулировки производительности насоса для исключения повышения температуры промежуточного теплоносителя выше температуры его кипения и снижения температуры в дымоходе ниже «точки росы», причем включение насоса происходит при достижении «точки росы» температурой промежуточного теплоносителя.What is new is that the main heat exchanger is made to maintain the temperature in the chimney not below the “dew point” when the boiler is running and is equipped with a temperature sensor at the outlet of the chimney, and the circulation pump is used adjustable and additionally equipped with a control unit that reads the intermediate heat carrier temperature sensor for adjusting the pump performance to prevent an increase in the temperature of the intermediate heat carrier above its boiling point and a decrease in the temperature in the chimney below the “dew point”, and the pump is turned on when the temperature of the intermediate heat carrier reaches the “dew point”.

На чертеже изображена схема установки.The drawing shows a diagram of the installation.

Установка для рекуперации тепла нагревательного котла 1 включает котел 1 с дымоходом 2, топочной камерой (не показана) и горелкой 3 с системой подачи топлива 4 и воздуха 5, оснащенного вентилятором 6, основной теплообменник 7, установленный в дымоходе 2, и дополнительный теплообменник 8, размещенный перед вентилятором 6 первичного воздуха и соединенный посредством трубопровода 9 с основным теплообменником 7, образуя при этом систему циркуляции промежуточного теплоносителя в виде замкнутого контура, оснащенного циркуляционным насосом 10. Основной теплообменник 7 изготовлен из условия поддержания температуры в дымоходе 2 не ниже «точки росы» при работающем котле 1 и оснащен на выходе из дымохода 2 датчиком температуры 11. Циркуляционный насос 10 применен регулируемый и дополнительно оснащен блоком управления 12, считывающим показания с датчика температуры 11 для регулировки производительности насоса 10 для исключения повышения температуры промежуточного теплоносителя выше температуры его кипения. Трубопровод 9 оснащают расширительным баком 13 для нивелирования расширения или уменьшения промежуточного теплоносителя из-за перепадов температур в трубопроводе 9 и/или испарения самого теплоносителя (авторы на это не претендуют, так как это известно из открытых источников для замкнутого контура).The installation for heat recovery of the heating boiler 1 includes a boiler 1 with a chimney 2, a combustion chamber (not shown) and a burner 3 with a fuel supply system 4 and air 5 equipped with a fan 6, a main heat exchanger 7 installed in the chimney 2, and an additional heat exchanger 8, located in front of the primary air fan 6 and connected via a pipeline 9 to the main heat exchanger 7, thus forming an intermediate heat carrier circulation system in the form of a closed circuit, equipped with a circulation pump 10. The main heat exchanger 7 is made from the condition of maintaining the temperature in the chimney 2 not below the "dew point" when the boiler 1 is running and is equipped with a temperature sensor 11 at the outlet of the chimney 2. The circulation pump 10 is used adjustable and is additionally equipped with a control unit 12 that reads the readings from the temperature sensor 11 to adjust the performance of the pump 10 to prevent an increase in the temperature of the intermediate heat carrier above its boiling point. The pipeline 9 is equipped with an expansion tank 13 to level the expansion or reduction of the intermediate coolant due to temperature differences in the pipeline 9 and / or the evaporation of the coolant itself (the authors do not claim this, since this is known from open sources for a closed circuit).

В качестве промежуточного теплоносителя можно использовать, например:As an intermediate heat carrier, you can use, for example:

воду (плотность ρ≈1000 кг/м3, удельная теплоемкость ср=4,2 кДж/(кг•°К), температура замерзания tз=0°С, температура кипения tк=100°С);water (density ρ≈1000 kg/m 3 , specific heat c p =4.2 kJ/(kg•°K), freezing point t c =0°C, boiling point t k =100°C);

антифриз, например, G11 (плотность ρ≈1071 кг/м3, удельная теплоемкость ср=3,6 кДж/(кг•°К), температура замерзания (кристализации) tз=-35°С, температура кипения tк=130°С);antifreeze, for example, G11 (density ρ≈1071 kg / m 3 , specific heat with p = 3.6 kJ / (kg • ° K), freezing point (crystallization) t c = -35 ° C, boiling point t k = 130°C);

высокотемпературный теплоноситель, например, Therminol-59 (плотность ρ≈878 кг/м3, удельная теплоемкость ср=2,1 кДж/(кг•°К), температура замерзания tз=-50°С, температура кипения tк=320°С).high-temperature coolant, for example, Therminol-59 (density ρ≈878 kg / m 3 , specific heat capacity with p \u003d 2.1 kJ / (kg • ° K), freezing point t c \u003d -50 ° C, boiling point t k \u003d 320°C).

Как видно, для закрытых теплоизолированных помещений возможно использование в качестве промежуточного теплоносителя подготовленной (умягченной) пресной воды (срок службы до замены не более 2 лет), для умеренного климатического пояса – антифриза (срок службы – 5 лет), а для промышленных (производственных) мощных установок, работающих в районах крайнего Севера и в условиях больших перепадов температур, – высокотемпературного теплоносителя (срок службы – 10 и более лет).As you can see, for closed heat-insulated rooms, it is possible to use prepared (softened) fresh water as an intermediate coolant (service life before replacement is no more than 2 years), for a temperate climate zone - antifreeze (service life - 5 years), and for industrial (production) powerful installations operating in the regions of the Far North and under conditions of large temperature differences - high-temperature coolant (service life - 10 years or more).

Можно использовать в качестве промежуточного теплоносителя любые жидкие известные теплоносители.Any liquid known heat carriers can be used as an intermediate heat carrier.

Для расчета основного теплообменника используют формулу:To calculate the main heat exchanger, use the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Q - размер теплового потока, Вт;where Q is the size of the heat flux, W;

F - площадь рабочей поверхности теплообменника, м2;F - the area of the working surface of the heat exchanger, m 2 ;

k - коэффициент передачи тепла материала теплообменника – коэффициент теплопередачи (берется из справочной литературы), Вт/(м2•°К);k - heat transfer coefficient of the heat exchanger material - heat transfer coefficient (taken from reference literature), W / (m 2 • °K);

Δt - температурный напор, то есть модуль разницы между температурами носителя (дымовых газов) на выходе (t2) в аппарат и на входе(t1) из него, °К или °С.Δt - temperature difference, that is, the modulus of the difference between the temperatures of the carrier (flue gases) at the outlet (t 2 ) to the apparatus and at the inlet (t 1 ) from it, °K or °C.

В качестве входной температуры для берется температура дымовых газов на выходе из котла 1, например, для нагревательного котла 1 – печи ПТБ-5-40Э №4 на УПВСН-1 «Андреевка» НГДУ «Нурлатнефть» она составила t1=350°С (≈623°К), а для выходной температуры – температура выше «точки росы», например, для этой же печи она должна быть выше 52°С (≈325°К), для гарантированного обеспечения данных параметров и в зимнее время при нормально работающем (в пределах паспортных данных) котле 1 приняли t2=120°С (≈493°К), то есть Δt=230°С. С учетом коэффициента теплопередачи нержавеющей стали толщиной 10 мм k=56,7 Вт/(м2•°К) и средней тепловой мощностью уходящих газов Q=490 кВт (≈9% от средней мощности печи) печи ПТБ-5-40Э №4.The temperature of the flue gases at the outlet of boiler 1 is taken as the input temperature for, for example, for heating boiler 1 - furnace PTB-5-40E No. 4 at UPVSN-1 "Andreevka" NGDU "Nurlatneft" it was t 1 \u003d 350 ° С ( ≈623°K), and for the outlet temperature - the temperature is above the "dew point", for example, for the same furnace it should be above 52°C (≈325°K), to ensure these parameters are guaranteed even in winter with a normally operating (within the passport data) boiler 1 took t 2 =120°C (≈493°K), i.e. Δt=230°C. Taking into account the heat transfer coefficient of stainless steel with a thickness of 10 mm k = 56.7 W / (m 2 • ° K) and the average thermal power of the flue gases Q = 490 kW (≈9% of the average furnace power) of the PTB-5-40E furnace No. 4 .

Получили формулу (2) из формулы (1):Formula (2) was obtained from formula (1):

Figure 00000002
Figure 00000002

Из которой определили площадь рабочей поверхности основного теплообменника 7:From which the working surface area of the main heat exchanger 7 was determined:

F = 490000/ (56,7‧230) =37,6 м3 F \u003d 490000 / (56.7‧230) \u003d 37.6 m 3

Исходя из полученных данных по паспортным данным производителей подобрали основной теплообменник 7.Based on the data obtained, according to the manufacturer's passport data, the main heat exchanger 7 was selected.

Для подбора необходимого циркуляционного насоса 10 применили уравнение теплового баланса теплообменника:To select the required circulation pump 10, we used the equation for the heat balance of the heat exchanger:

Figure 00000003
Figure 00000003

где Q - размер теплового потока, Вт;where Q is the size of the heat flux, W;

G1 - расход массы греющего носителя (дымовых газов), кг/ч;G 1 - mass consumption of the heating medium (flue gases), kg/h;

G2 - расход массы нагреваемого носителя (промежуточного теплоносителя), кг/ч;G 2 - mass consumption of the heated medium (intermediate coolant), kg/h;

cp1 - удельная теплоемкость дымовых газов, кДж/кг•°С;c p1 - specific heat capacity of flue gases, kJ/kg•°С;

cp2 - удельная теплоемкость промежуточного теплоносителя, кДж/кг•°С;c p2 - specific heat capacity of the intermediate heat carrier, kJ/kg•°С;

t1 вх - температура дымовых газов на входе в основной теплообменник, °С;t 1 in - flue gas temperature at the inlet to the main heat exchanger, °C;

t1 вых - температура дымовых газов на входе из основного теплообменника, °С;t 1 out - flue gas temperature at the inlet from the main heat exchanger, °C;

t2 вых - температура промежуточного теплоносителя на выходе из основного теплообменника, °С;t 2 out - the temperature of the intermediate coolant at the outlet of the main heat exchanger, °C;

t2 вх - температура промежуточного теплоносителя на входе в основной теплообменник, °С.t 2 in - temperature of the intermediate heat carrier at the inlet to the main heat exchanger, °C.

Зная размер теплового потока, из формулы (3) получили для расхода массы промежуточного теплоносителя определения формулу (4):Knowing the size of the heat flow, from formula (3) we obtained formula (4) for the mass flow rate of the intermediate coolant:

Figure 00000004
Figure 00000004

t2 вых =90°С – для воды приняли температуру на 10% ниже температуры кипения, а t2 вх =20°С - приняли комнатную температуру.t 2 out \u003d 90 ° С - for water the temperature was taken 10% lower than the boiling point, and t 2 in \u003d 20 ° С - room temperature was taken.

То есть:That is:

G2 = 490000 / (4200 (90-20))=1,6 кг/чG 2 \u003d 490000 / (4200 (90-20)) \u003d 1.6 kg / h

Для получения объемной производительности циркуляционного насоса 10 применяем формулу (5):To obtain the volumetric performance of the circulation pump 10, we use the formula (5):

Figure 00000005
Figure 00000005

где G2v – объемная производительности циркуляционного насоса 10, м3/ч;where G 2v - volumetric performance of the circulation pump 10, m 3 / h;

G2 – расход массы нагреваемого носителя (промежуточного теплоносителя), кг/ч;G 2 - mass consumption of the heated carrier (intermediate coolant), kg / h;

ρ – плотность промежуточного теплоносителя, кг/м3.ρ is the density of the intermediate coolant, kg/m 3 .

Для воды в качестве промежуточного теплоносителя G2v=1,6•10-3 м3/ч.For water as an intermediate heat carrier G 2v =1.6•10 -3 m 3 /h.

Для остальных типов теплоносителей расчеты проводят аналогичным способом.For other types of coolants, calculations are carried out in a similar way.

Зная производительность циркуляционного насоса 10 обратными расчетами по формулам (5) (4) и (2) определяют параметры (площадь рабочей поверхности) дополнительного теплообменника 8, который по паспортным данным подбирают для системы подачи воздуха 5 в горелку 3. Оптимальной температурой для поддержания горения является 60-70°С (выявили эмпирическим путем), исходя из чего подбирают вентилятор 6 для системы подачи воздуха 5.Knowing the performance of the circulation pump 10, the parameters (working surface area) of the additional heat exchanger 8 are determined by inverse calculations using formulas (5) (4) and (2), which, according to the passport data, is selected for the air supply system 5 to the burner 3. The optimal temperature for maintaining combustion is 60-70°C (determined empirically), on the basis of which a fan 6 is selected for the air supply system 5.

Установка для рекуперации тепла нагревательного котла работает следующим образом.The heating boiler heat recovery unit operates as follows.

После установки выбранных основного 7 и дополнительного 8 теплообменников в дымоход 2 и систему подачи воздуха 5 после вентилятора 6 соответственно, теплообменники 7 и 8 соединяют трубопроводом 9 с оснащением выбранным регулируемым циркуляционным насосом 10 (например, с частотно-регулируемым приводом – не показан) и получением замкнутого контура. Трубопровод 9 на выходе из основного теплообменника 7 снаружи дымохода 2 оснащают датчиком температуры 11 промежуточного теплоносителя, который технологически соединяют с блоком управления 12 циркуляционного насоса 10. Через расширительный бак 13 заполняют промежуточным теплоносителем трубопровод 9, циркуляционный насос 10 и теплообменники 7 и 8 замкнутого контура, освобождая его при этом от воздушных пробок. После чего в горелку 3 для образования горючей смеси подают топливо (солярку, мазут, газ или т.п.) по системе подачи топлива 4 и вентилятором 6 воздух по системе подачи воздуха 5. После инициации воспламенения горючей смеси в горелке 3 электрическим, пьезоэлектрическим, открытым или т.п. запалом (не показан) горючая смесь сгорает в топочной камере котла 1 подогревая воду, нефть, топливо или т.п., при этом продукты горения в виде дымовых газов отводятся из котла 1 через дымоход 2, проходя через основной теплообменник 7 подогревая промежуточный теплоноситель в нем, что фиксируется датчиком температуры 11. Так как циркуляционный насос 10 не работает на стадии разогрева котла 1, то из дымохода 2 не отводится тепло, не мешая естественной конвекции отвода дымовых газов из котла 1. После увеличения температуры промежуточного теплоносителя, регистрируемой датчиком 11, выше температуры «точки росы» блок управления 12 подает сигнал на запуск циркуляционного насоса 10, который подает согревшийся промежуточный теплоноситель в дополнительный теплообменник 8 для подогрева воздуха, нагнетаемого вентилятором 6 в горелку 3, повышая эффективность сгорания топлива, подаваемого по системе его подачи 4, и, как следствие, повышая температуру в топочной камере котла 1. Охлажденный в дополнительном теплообменнике 8 промежуточный теплоноситель по трубопроводу 9 опять поступает на вход основного теплоносителя 7 для нагрева в дымоходе 2. Далее цикл повторяется. В результате повышается температура дымовых газов в дымоходе 2, промежуточного теплоносителя в основном теплообменнике 7 и дополнительном теплообменнике 8, повышая температуру нагнетаемого вентилятором 6 воздуха по системе его подачи 5, выводя на оптимальный режим (с максимально возможным коэффициентом полезного действия – КПД) котла 1. After installing the selected main 7 and additional 8 heat exchangers in the chimney 2 and the air supply system 5 after the fan 6, respectively, the heat exchangers 7 and 8 are connected by a pipeline 9 equipped with the selected adjustable circulation pump 10 (for example, with a frequency-controlled drive - not shown) and obtaining closed loop. The pipeline 9 at the outlet of the main heat exchanger 7 outside the chimney 2 is equipped with an intermediate heat carrier temperature sensor 11, which is technologically connected to the control unit 12 of the circulation pump 10. Through the expansion tank 13, the pipeline 9, the circulation pump 10 and the heat exchangers 7 and 8 of the closed circuit are filled with an intermediate heat carrier, freeing it from air pockets. After that, fuel (diesel oil, fuel oil, gas, or the like) is supplied to the burner 3 to form a combustible mixture through the fuel supply system 4 and air through the air supply system 5 with a fan 6. After initiating the ignition of the combustible mixture in burner 3, electric, piezoelectric, open or the like. fuse (not shown), the combustible mixture burns in the combustion chamber of the boiler 1, heating water, oil, fuel, or the like, while the combustion products in the form of flue gases are removed from the boiler 1 through the chimney 2, passing through the main heat exchanger 7, heating the intermediate coolant in it, which is recorded by the temperature sensor 11. Since the circulation pump 10 does not work at the heating stage of the boiler 1, heat is not removed from the chimney 2, without interfering with the natural convection of the flue gases from the boiler 1. After an increase in the temperature of the intermediate heat carrier, recorded by the sensor 11, above the “dew point” temperature, the control unit 12 sends a signal to start the circulation pump 10, which supplies the heated intermediate coolant to the additional heat exchanger 8 to heat the air blown by the fan 6 into the burner 3, increasing the combustion efficiency of the fuel supplied through the fuel supply system 4, and , as a result, increasing the temperature in the combustion chamber of the boiler 1. The intermediate coolant cooled in the additional heat exchanger 8 through the pipeline 9 again enters the inlet of the main coolant 7 for heating in the chimney 2. Then the cycle repeats. As a result, the temperature of the flue gases in the chimney 2, the intermediate heat carrier in the main heat exchanger 7 and the additional heat exchanger 8, increases, increasing the temperature of the air blown by the fan 6 through its supply system 5, leading to the optimal mode (with the highest possible efficiency - efficiency) of the boiler 1.

В случае (например, при сбое работы котла 1, уменьшения подачи топлива в горелку 3, ухудшения качества топлива, или т.п.) снижения температуры промежуточного теплоносителя, снимаемой датчиком 11, блок управления 12 снижает производительность циркуляционного насоса 10, а при случае приближения этой температуры к «точке росы» – отключат работу циркуляционного насоса 10. В результате уменьшается или полностью предотвращается отвод тепла из основного теплообменника 7 и, как следствие, из дымохода 2, повышая в нем температуру и исключая выпадение из дымовых газов конденсата, образующего при наличии конденсата (воды) с углекислым газом агрессивной угольной кислоты. После повышения и/или восстановления температуры промежуточного теплоносителя блок управления 12 возобновляет и/или восстанавливает работу циркуляционного насоса 10.In the event (for example, when the boiler 1 fails, the fuel supply to the burner 3 decreases, the quality of the fuel deteriorates, etc.) the temperature of the intermediate heat carrier, recorded by the sensor 11, decreases, the control unit 12 reduces the performance of the circulation pump 10, and in case of approaching this temperature to the "dew point" - turn off the operation of the circulation pump 10. As a result, heat removal from the main heat exchanger 7 and, as a result, from the chimney 2 is reduced or completely prevented, increasing the temperature in it and eliminating the condensate from the flue gases, which forms in the presence condensate (water) with carbon dioxide aggressive carbonic acid. After increasing and/or restoring the temperature of the intermediate heat carrier, the control unit 12 resumes and/or restores the operation of the circulation pump 10.

ТаблицаTable

№ п/пNo. p / p НаименованиеName ОбозначениеDesignation Ед.изм.Unit. Способ Получ.Receive method НагрузкаLoad Без рекуператораWithout heat exchanger С рекуператоромWith heat exchanger Топливный природный газ Qnp = 8762 ккал/нм3 Fuel natural gas Qn p \u003d 8762 kcal / Nm 3 11 Температура топливаFuel temperature tt °С°С изм.rev. 3535 3535 22 Давление газа на входеInlet gas pressure Рг Rg кTo кгс/см2 kgf / cm 2 изм.rev. 3,03.0 3,03.0 33 Давление топлива в коллектореManifold fuel pressure РгRg кTo кПаkPa изм.rev. 29,129.1 29,129.1 44 Давление топлива на горелки №1/№2Fuel pressure on burners #1/#2 РR гG гG ПаPa изм.rev. 320/180±50320/180±50 320/180±50320/180±50 55 Расход газа расчетныйEstimated gas consumption ВгVg нм3/ч.nm 3 / h. расч.calc. 153,9153.9 154,0154.0 НефтьOil 11 Теплопроизводительность установки по обратному балансуHeating capacity of the installation according to the reverse balance QnQn o6po6p Гкал/чGcal/h расч.calc. 1,0211.021 1,0531.053 22 Теплопроизводительность установки по прямому балансуHeat output of the installation according to direct balance Qn Qn npnp Гкал/чGcal/h расч.calc. 1,0301.030 1,0541.054 33 Расход нефтяной эмульсииOil emulsion consumption GhGh м3m 3 / h изм.rev. 245245 280280 44 Давление нефтяной эмульсии на входе в установкуThe pressure of the oil emulsion at the inlet to the installation Рнэ’Rne’ кгс/см2 kgf / cm 2 изм.rev. 5,85.8 6,46.4 55 Давление нефтяной эмульсии на выходе из установкиThe pressure of the oil emulsion at the outlet of the installation Рнэ"Rne" МПаMPa изм.rev. 0,390.39 0,40.4 66 Температура нефтяной эмульсии на входе в установкуThe temperature of the oil emulsion at the inlet to the installation t’t' °С°С изм.rev. 58,558.5 57,557.5 77 Температура нефтяной эмульсии на выходе из установкиThe temperature of the oil emulsion at the outlet of the installation t”t" °С°С изм.rev. 69,069.0 66,966.9 88 Температурный напор установкиTemperature difference of the installation Δ tΔt °С°С расч.calc. 10,510.5 9,49.4 ВоздухAir 11 Давление воздуха в коллектореManifold air pressure РR вV кTo ПаPa изм.rev. 250±50250±50 250±50250±50 22 Температура воздуха на горениеCombustion air temperature tt возWHO .. °С°C изм.rev. 3838 5757 33 Частота на выходе ЧРПVFD output frequency Fbfb ГцHz изм.rev. 16,116.1 16,016.0 Содержание уходящих газов за печью (усреднённое)Flue gas content downstream of the furnace (averaged) 11 Трёхатомные газыtriatomic gases CO2CO2 %% анал.anal. 5,965.96 6,006.00 22 Окись углеродаCarbon monoxide СОSO ппмppm анал.anal. 3939 3131 33 КислородOxygen О2O2 %% расч.calc. 10,410.4 10,410.4 55 АзотNitrogen NN 22 %% 83,683.6 83,683.6 66 Коэф-т избытка воздухаExcess air factor аA ухwow -- расч.calc. 1,881.88 1,871.87 77 Температура ух.газовFlue gas temperature tyxtyx °С°C анал.anal. 155,1155.1 146,8146.8 Тепловой баланс печиThermal balance of the furnace 11 Потери тепла с ух. газ.Loss of heat from uh. gas. q2q2 %% расч.calc. 8,848.84 7,037.03 22 Потери тепла с хим.недожёгомHeat loss due to chemical underburning q3q3 %% расч.calc. ОтсутствуетAbsent 33 Потери тепла в окруж. средуHeat loss in the environment Wednesday q5q5 %% расч.calc. 15,4215.42 14,9614.96 44 Сумма тепловых потерьThe amount of heat loss ∑q∑q %% расч.calc. 24,2624.26 21,9921.99 55 КПД установки брутто по обратному балансуGross plant efficiency in terms of reverse balance ηбр ηbr обabout %% расч.calc. 75,7475.74 78,0178.01 66 КПД установки брутто по прямому балансуGross plant efficiency in direct balance ηбр ηbr пP %% расч.calc. 76,4176.41 78,1278.12 Удельный расход топливаSpecific fuel consumption 11 Удельный расход условного топливаSpecific reference fuel consumption ВусWus кг.у.т./ Гкалkg.ce/ Gcal расч.calc. 188,61188.61 183,14183.14 22 Удельный расход натурального топливаSpecific consumption of natural fuel ВнVn нм3/Гкалnm 3 / Gcal расч.calc. 150,69150.69 146,31146.31

В случае (например, при сбое работы котла 1 из-за выхода из строя автоматики, увеличивающей подачу топлива в горелку 3, улучшения качества топлива, или т.п.) повышения температуры промежуточного теплоносителя, снимаемой датчиком 11, блок управления 12 повышает производительность циркуляционного насоса 10. В результате увеличивается отвод тепла из основного теплообменника 7 и, как следствие, из дымохода 2, снижая в нем температуру и исключая вскипание промежуточного теплоносителя. После восстановления температуры промежуточного теплоносителя блок управления 12 восстанавливает работу циркуляционного насоса 10 в прежнем режиме.In the event (for example, when boiler 1 fails due to a failure of the automation that increases the fuel supply to the burner 3, fuel quality improvement, or the like) an increase in the temperature of the intermediate heat carrier recorded by the sensor 11, the control unit 12 increases the performance of the circulation pump 10. As a result, heat removal from the main heat exchanger 7 and, as a result, from the chimney 2 increases, reducing the temperature in it and eliminating the boiling of the intermediate heat carrier. After the temperature of the intermediate heat carrier is restored, the control unit 12 restores the operation of the circulation pump 10 in the previous mode.

Испытания успешно прошли на нагревательном котле 1 – печи ПТБ-5-40Э №4 на УПВСН-1 «Андреевка» НГДУ «Нурлатнефть», данные этого испытания были сведены в таблицу. За два года работы не было ни одного случая выпадения конденсата в дымоходе и вскипания промежуточного теплоносителя в замкнутом контуре (особенно в основном теплообменнике 7), что позволило увеличить межремонтный период в 1,5 раза и полостью исключить аварийные ситуации. При этом установка не требует изменения конструкции котла 1 и его компонентов, что уменьшает стоимость внедрения, а КПД котла 1 по сравнению с наиболее близким аналогом вырос примерно на 1%, но авторы на это не претендуют, так как это находится в пределах погрешности измерений.The tests were successfully passed on the heating boiler 1 - furnace PTB-5-40E No. 4 at UPVSN-1 "Andreevka" NGDU "Nurlatneft", the data of this test were summarized in a table. For two years of operation, there was not a single case of condensate in the chimney and boiling of the intermediate heat carrier in a closed circuit (especially in the main heat exchanger 7), which made it possible to increase the overhaul period by 1.5 times and completely eliminate emergency situations. At the same time, the installation does not require changes in the design of boiler 1 and its components, which reduces the cost of implementation, and the efficiency of boiler 1 increased by about 1% compared to the closest analogue, but the authors do not claim this, since this is within the measurement error.

Предлагаемая установка для рекуперации тепла нагревательного котла снабжена защитой от быстрого выхода из строя дымохода под действием угольной кислоты при снижении температур ниже «точки росы» и разрушения установки рекуперации под действием высокого давления внутри при повышении температуры теплоносителя выше «точки кипения» за счет контроля за температурой промежуточного теплоносителя на выходе из теплообменника, и регулирования производительности циркуляционного насоса.The proposed installation for heat recovery of a heating boiler is equipped with protection against a quick failure of the chimney under the action of carbonic acid when temperatures drop below the "dew point" and the destruction of the recovery installation under the influence of high pressure inside when the temperature of the heat carrier rises above the "boiling point" due to temperature control intermediate coolant at the outlet of the heat exchanger, and control the performance of the circulation pump.

Claims (1)

Установка для рекуперации тепла нагревательного котла, включающая котел с дымоходом, топочной камерой и горелкой с системой подачи топлива и воздуха, оснащенного вентилятором, основной теплообменник, установленный в дымоходе, и дополнительный теплообменник, размещенный после вентилятора первичного воздуха и соединенный посредством трубопровода с основным теплообменником, образуя при этом систему циркуляции промежуточного теплоносителя в виде замкнутого контура, оснащенного циркуляционным насосом, отличающаяся тем, что основной теплообменник изготовлен из условия поддержания температуры в дымоходе не ниже «точки росы» при работающем котле и оснащен на выходе из дымохода датчиком температуры, а циркуляционный насос применен регулируемый и дополнительно оснащен блоком управления, считывающим показания датчика температуры промежуточного теплоносителя для регулировки производительности насоса для исключения повышения температуры промежуточного теплоносителя выше температуры его кипения и снижения температуры в дымоходе ниже «точки росы», причем включение насоса происходит при достижении «точки росы» температурой промежуточного теплоносителя.Installation for heat recovery of a heating boiler, including a boiler with a chimney, a combustion chamber and a burner with a fuel and air supply system equipped with a fan, a main heat exchanger installed in the chimney, and an additional heat exchanger located after the primary air fan and connected via a pipeline to the main heat exchanger, at the same time forming an intermediate heat carrier circulation system in the form of a closed circuit equipped with a circulation pump, characterized in that the main heat exchanger is made to maintain the temperature in the chimney not lower than the "dew point" when the boiler is running and is equipped with a temperature sensor at the outlet of the chimney, and the circulation pump an adjustable and additionally equipped with a control unit that reads the readings of the intermediate heat carrier temperature sensor to adjust the pump performance to prevent the temperature of the intermediate heat carrier from rising above its boiling point and reducing the temperature in the chimney below the "dew point", and the pump is turned on when the "dew point" temperature is reached intermediate coolant.
RU2022122838A 2022-08-25 Heating boiler heat recovery plant RU2796717C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2796717C1 true RU2796717C1 (en) 2023-05-29

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2323384C1 (en) * 2006-08-30 2008-04-27 Сергей Леонидович Торопов Heat waste recover
US20110073023A1 (en) * 2009-09-25 2011-03-31 Birmingham James W Exhaust processing and heat recovery system
RU115449U1 (en) * 2011-10-18 2012-04-27 Владимир Семенович Соколов HEATER BOILER RECOVERY SYSTEM
RU2748956C1 (en) * 2020-01-20 2021-06-02 Вадим Сергеевич Рыжов Method for heat power control in heating system with solid fuel boiler

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2323384C1 (en) * 2006-08-30 2008-04-27 Сергей Леонидович Торопов Heat waste recover
US20110073023A1 (en) * 2009-09-25 2011-03-31 Birmingham James W Exhaust processing and heat recovery system
RU115449U1 (en) * 2011-10-18 2012-04-27 Владимир Семенович Соколов HEATER BOILER RECOVERY SYSTEM
RU2748956C1 (en) * 2020-01-20 2021-06-02 Вадим Сергеевич Рыжов Method for heat power control in heating system with solid fuel boiler

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2021200548B2 (en) Control systems and methods suitable for use with power production systems and methods
JP2005534883A (en) Waste heat steam generator
RU62341U1 (en) Dry Blast Furnace Drying Equipment
JP2007315213A (en) Intake air heating system of combined cycle plant
US11473509B2 (en) Control systems and methods suitable for use with power production systems and methods
JP2006275502A (en) Stoker type incinerator and its operation method
RU2796717C1 (en) Heating boiler heat recovery plant
JP2015059679A (en) Exhaust gas cooler steam generation prevention device for oxygen burning boiler
JP2017138012A (en) Combustor
JPH10251671A (en) Composite generation system
JP2000510228A (en) Control of heat exchanger efficiency by differential temperature
RU2738154C2 (en) Method for preliminary heating of fluid medium upstream of furnace
RU2191907C2 (en) Device for and method of gas heating in pipeline
KR20020005972A (en) System for recycling waste heat
EP2993398B1 (en) Flue-gas treatment apparatus and its method of operation
RU2795637C1 (en) Heat generator
JP2016005830A (en) Flue gas treatment apparatus, and operational method of flue gas treatment apparatus
CN220017387U (en) VOC waste gas treatment system of horizontal-vertical mixing gluing unit
EP3936703B1 (en) Power plant and method for operating said power plant
US11686258B2 (en) Control systems and methods suitable for use with power production systems and methods
JP2017133701A (en) Combustion gas supply system
RU2269060C2 (en) Plant for burning low-concentration combustible gas at pressure above atmospheric
JP2023168095A (en) Method of reducing discharge amount of n2o in exhaust gas and control device
KR100919290B1 (en) Circulation Water Temperature Control System for Low NOx Engine Cogeneration Plant
JP2023163723A (en) Control method and control device for flow combustion furnace