Контактный теплоутилизатор

 

Использование: теплоэнергетика, системы теплоснабжения. Сущность изобретения: в вертикальном корпусе 1 аппарата имеются газовая и нижняя воздушная камеры 2 и 8, первая из которых разделена вертикальной перегородкой 3 на отсеки 4 и 6. В отсеке 2 размещена насадка 5, превышающая по высоте слой насадки 7 отсека 6. Каждый отсек имеет индивидуальные водораспределитель и поддон. В перегородке 3 выше и ниже слоев насадки 5 и 7 выполнены окна для подвода и перепуска газа. Патрубки 20 и 21 подвода холодной и отвода нагретой воды подключены соответственно к водораспредилителю 12 и поддону 13 отсека 6. Поддон 11 отсека 4 посредством трубопровода 24 сообщен с водораспределителем 25 камеры 8, а поддон 26 - с водораспределителем 10 отсека 4. В окне для подачи газа установлена створка 18, шарнирно соединенная с перегородкой 3. В отсеке 6 выше окна для перепуска газа размещена регулирующая заслонка 19. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах теплоснабжения с котлами, работающими на газообразном топливе, и с потребителями нагретой воды низкого потенциала.

Известны контактные теплоутилизационные установки, включающие контактные экономайзеры, в которых нагревают уходящими газами котла воду, циркулирующую в замкнутом контуре и отдающую тепло в отдельно расположенных контактных воздухоподогревателях воздуху, подаваемому на горение в топку котла [1] Недостатком таких установок является необходимость устройства контуров циркуляции воды, служащей промежуточным теплоносителем для передачи тепла от уходящих газов к воздуху, с насосами и трубопроводами значительной протяженности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является контактный теплоутилизатор, содержащий размещенные в вертикальном корпусе верхнюю газовую и нижнюю воздушную камеры, снабженные каждая подводящими и отводящими патрубками газа и воздуха, водораспределителем, слоем теплообменной насадки и поддоном, и размещенные вне корпуса перепускной и рециркуляционный трубопроводы [2] В таком устройстве контактный экономайзер и контактный воздухоподогреватель объединены в одном корпусе, причем нагретая в экономайзере вода поступает самотеком на контактную насадку воздухоподогревателя, что позволяет упростить конструкцию, уменьшить расход труб и расход энергии на перекачку воды промежуточного теплоносителя.

Недостатком известной конструкции является невозможность получения для внешнего потребителя нагретой воды с температурой, лежащей в промежутке между температурой нагретой воды на выходе из поддона газовой камеры и температурой охлажденной после контактирования с воздухом воды на выходе из поддона воздушной камеры.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей контактного теплоутилизатора и повышение его эффективности.

В контактном утилизаторе, содержащем размещенные в вертикальном корпусе верхнюю газовую и нижнюю воздушные камеры, снабженные каждая подводящими и отводящими патрубками газа и воздуха, водораспределителем, слоем теплообменной насадки и поддоном, и размещенные вне корпуса перепускной и рециркуляционный трубопроводы, поставленная цель достигается тем, что он снабжен патрубками подводя холодной и отвода нагретой воды и вертикальной перегородкой с окном для подачи газа, размещенной в газовой камере с образованием двух отсеков, каждый из которых выполнен с индивидуальным водораспределителем, слоем теплообменной насадки и поддоном, причем один из отсеков имеет слой насадки, превышающий по высоте слой насадки другого отсека, окно для подачи газа размещено под слоями насадок обоих отсеков, выше их поддонов, при этом патрубки подвода холодной и отвода нагретой воды подключены соответственно к водораспределителю и поддону отсека с меньшей высотой слоя насадки, поддон отсека с большей высотой слоя насадки посредством перепускного трубопровода подключен к водораспределителю воздушной камеры, а поддон последней посредством рециркуляционного трубопровода к водораспределителю отсека с большей высотой слоя насадки. В вертикальной перегородке может быть выполнено дополнительное окно для перепуска газа, размещенное над слоем насадки меньшей высоты. Теплоутилизатор может быть дополнительно снабжен створкой, размещенной в окне для подачи газа, причем створка шарнирно соединена с перегородкой и установлена с возможностью поворота относительно вертикального положения в сторону отсека с большей высотой слоя насадки. Наконец, теплоутилизатор может быть дополнительно снабжен регулирующей заслонкой, размещенной в отсеке со слоем насадки меньшей высоты выше окна для перепуска газа.

Такая конструкция позволяет получать в контактном теплоутилизаторе за счет утилизации тепла уходящих газов не только увлажненный и подогретый воздух для подачи в топку теплогенератора, но и нагретую воду требуемой температуры, меньшей, чем температура нагрева воды в газовой камере, но большей, чем температура воды, охлажденной при контактировании ее с воздухом в воздушной камере. Соотношение температур этой воды для внешнего потребителя и воды, нагреваемой в отсеке с большей высотой насадки, определяется соотношением высот насадок, при этом оптимальный энергетический показатель работы утилизатора обеспечивается подачей газов после насадки меньшей высоты через окно в перегородке на участок насадки большей высоты выше уровня окна. Это позволяет охладить все газы до минимально возможной по условиям контактного теплообмена температуры, отобрав у них (утилизировав) максимально возможное количество тепла. Наличие поворотной створки, которая может быть в большей или меньшей степени наклонена под насадку большей высоты, позволяет регулировать температуру воды, отводимой внешнему потребителю, по необходимости, добавляя в нее большее или меньшее (до нуля) количество более теплой воды, нагретой в насадке большей высоты.

Наличие запорно-регулирующей заслонки в отсеке с меньшей высотой насадки выше уровня окна для газов позволяет в случае недостатка тяги в газовом тракте уменьшать общее аэродинамическое сопротивление последнего, направляя газы из этого отсека непосредственно на выход полностью или частично.

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематически изображен контактный теплоутилизатор в вертикальном разрезе.

Контактный теплоутилизатор содержит вертикальный корпус 1 с верхней газовой камерой 2, разделенной перегородкой 3 на два отсека: отсек 4 с теплообменной насадкой 5 большей высоты и отсек 6 с теплообменной насадкой 7 меньшей высоты, и нижней воздушной камерой 8 с теплообменной насадкой 9.

Отсек 4 имеет водораспределитель 10, установленный над насадкой 5 и поддон 11 под насадкой 5. Отсек 6 имеет свой водораспределитель 12 над насадкой 7 и поддон 13 под ней. В верхней части газовой камеры 2 установлен каплеуловитель 14. Газовая камера 2 снабжена патрубками 15, 16 подвода и отвода уходящих газов от топливосжигающего агрегата (на чеpтеже не показан). В перегородке 3 выше уровня верхнего среза насадки 7 выполнено окно 17 для газов, а между нижним срезом насадок 5 и 7 и поддонами 11 и 13 установлена шарнирно створка 18. В отсеке 6 выше верхнего края окна 17 установлена поворотная запорно-регулирующая заслонка 19.

Водораспределитель 12 подключен к патрубку 20 подвода холодной воды от внешнего источника, а к поддону 13 через патрубок 21 подключена линия 22 отвода нагретой воды к внешнему потребителю. Поддон 11 через патрубок 23 линией 24 подключен к водораспределителю 25 воздушной камеры 8 над насадкой 9. Поддон 26 воздушной камеры 8 через патрубок 27 линией 28 с насосом 29 сообщен с водораспределителем 10 отсека 4 газовой камеры 2. Патрубок 30 служит для отвода воды из поддона 26 в систему водоподготовки. Воздушная камера 8 имеет патрубки 31 и 32 подвода и отвода воздуха.

Линия подпитки 33 подключена к водораспределителю 10. Между водораспределителем 25 и патрубком 32 установлен каплеуловитель 34.

Контактный теплоутилизатор работает следующим образом.

Уходящие газы от топливо-сжигающего теплоагрегата (газового котла) через патрубок 15 поступают в газовую камеру 2, двумя параллельными потоками проходят насадку 7 отсеков и участок насадки 5 отсека 4 ниже окна 17, где частично охлаждаются, контактируя с водой, затем соединяются в один поток при закрытой заслонке 19 перед участком насадки 5 выше окна 17, причем температуры соединяющихся потоков равны или близки благодаря одинаковой высоте насадки 7 и нижнего участка насадки 5. На верхнем участке насадки 5 газы доохлаждаются и уходят из аппарата через патрубок 16, пройдя каплеуловитель 14.

Охлаждение потока уходящих газов на насадке 5 отсека 4 происходит за счет отдачи тепла воде, подаваемой через водораспределитель 10 насосом 29 по линии 28 из поддона 26 воздушной камеры 8. Нагретая в отсеке 4 вода собирается в поддоне 11 и по линии 24 поступает в водораспределитель 25 воздушной камеры 8, где отдает тепло поступающему через патрубок 31 воздуху.

В процессе контактирования с водой воздух нагревается и увлажняется и, пройдя через каплеуловитель 34, направляется через патрубок 32 в топку котла. Охлажденная и декарбонизированная при контактировании с воздухом вода собирается в поддоне 26. Часть ее через патрубок 30 отводится к системе химводоочистки для обработки и последующего использования (например, для подпитки системы теплоснабжения), а остальная часть через патрубок 27 насосом 29 по линии 28 подается снова на водораспределитель 10 отсека 4. Подпитка циркуляционного контура, включающего отсек 4 газовой камеры 2 и воздушную камеру 8 для возмещения потерь воды, отводимой через патрубок 30, осуществляется по линии 33.

Часть потока уходящих газов, поступающая в отсек 6, отдает на теплообменной насадке 7 тепло воде из внешнего источника, поступающей через патрубок 20 на водораспределитель 12. Нагретая вода собирается в поддоне 13 и через патрубок 21 по линии 22 направляется потребителю тепловой воды (например, на технологические или бытовые нужды). Температура нагрева воды в отсеке 6 газовой камеры 2 зависит от температуры исходной воды, поступающей на водораспределитель 12, и высоты насадки 7. Высоты насадок 5 и 7 соотносятся как разности температур на входе и выходе отсеков 4 и 6.

Для регулирования температуры воды на выходе из поддона 13 отсека 6 служит поворотная створка 18. При повороте ее внутрь отсека 4 часть воды, нагретой в насадке 5 до более высокой температуры, попадает на створку 18 и стекает по ней в поддон 13, где смешивается с водой, нагретой в насадке 7, повышая ее температуру. Чем больше острый угол между плоскостью створки 18 и перегородкой 3, чем больше воды из отсека 4 перебрасывается в отсек 6, тем выше соответственно температура воды на выходе из поддона 13. При вертикальном положении створки 18 подмешивания более нагретой воды из отсека 4 не происходит.

Заслонка 19 при нормальном режиме работы системы удаления уходящих газов находится в закрытом состоянии, обеспечивая прохождение газов из отсека 6 через окно 17 в отсек 4.

В случае, когда в системе тяга оказывается недостаточной, частично или полностью открывают заслонку 19, снижая тем самым общее аэродинамическое сопротивление теплоутилизатора и компенсируя недостачу тяги.

Использование конструкции теплоутилизатора по изобретению позволяет при максимальной эффективности утилизации тепла уходящих газов расширить его функциональные возможности за счет получения, кроме нагретого и увлажненного воздуха, также нагретой воды разных температур для разных потребителей.

Формула изобретения

1. КОНТАКТНЫЙ ТЕПЛОУТИЛИЗАТОР, содержащий размещенные в вертикальном корпусе верхнюю газовую и нижнюю воздушную камеры, снабженные каждая подводящими и отводящими патрубками газа и воздуха, воздухораспределителем, слоем теплообменной насадки и поддоном, и размещенные вне корпуса перепускной и рециркуляционный трубопроводы, отличающийся тем, что он снабжен патрубками подвода холодной и отвода нагретой воды и вертикальной перегородкой с окном для подачи газа, размещенной в газовой камере, с образованием двух отсеков, каждый из которых выполнен с индивидуальными водораспределителем, слоем теплообменной насадки и поддоном, причем один из отсеков имеет слой насадки, превышающий по высоте слой насадки другого отсека, окно для подачи газа размещено под слоями насадки обоих отсеков выше их поддонов, при этом патрубки подвода холодной и отвода нагретой воды подключены соответственно к водораспределителю и поддону отсека с меньшей высотой слоя насадки, поддон отсека с большей высотой слоя насадки посредством перепускного трубопровода подключен к водораспределителю воздушной камеры, а поддон последней посредством рециркуляционного трубопровода - к водораспределителю отсека с большей высотой слоя насадки.

2. Теплоутилизатор по п. 1, отличающийся тем, что в вертикальной перегородке выполнено дополнительное окно перепуска газа, размещенное над слоем насадки меньшей высоты.

3. Теплоутилизатор по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен створкой, размещенной в окне для подачи газа, причем створка шарнирно соединена с перегородкой и установлена с возможностью поворота относительно вертикального положения в сторону отсека с большей высотой слоя насадки.

4. Теплоутилизатор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен регулирующей заслонкой, размещенной в отсеке со слоем насадки меньшей высоты, выше окна для перепуска газа.

РИСУНКИ

Рисунок 1