Схема утилизации низкопотенциальной теплоты для котельной средней и малой мощности

 

Схема предназначена для утилизации низкопотенциальной теплоты для котельной средней и малой мощности. Схема утилизации низкопотенциальной теплоты уходящих газов для котельных средней и малой мощности включает парогенератор, водяной экономайзер, подпитывающиеся посредством питательного насоса из деаэратора через охладитель деаэрированной воды. Кроме того схема содержит пароводяной теплообменник, связанный паропроводом с парогенератором, конденсатопроводом со сборником конденсата и сетевым насосом с тепловой сетью. Испарительная и конвективные ступени по газовой стороне соединены параллельно с водяным экономайзером, а с дымососом через конденсационную ступень. Причем выпар из деаэратора подключен к входу в конвективную ступень, а трубопровод сырой воды - к входу в испарительную ступень, а также по ходу течения сетевой воды конвективная ступень установлена перед пароводяным теплообменником, а по ходу движения сырой воды расположены последовательно конденсационная и испарительная ступени, вакуумный насос, охладитель выпара, соединяющийся воздуховодом дутьевой вентилятор с горелочным устройством, а трубопроводом - байпас конденсационной ступени. Такое выполнение установки позволит повысить ее экономичность. 1 ил.

Изобретение относится к котельной технике, в которой в качестве топлива используется природный газ и жидкое топливо.

Известна принципиальная схема производственно-отопительной котельной (Сомов В. В. Котлы и котельные установки. Л., 1977 г., с. 431 (рис. 15 - 1, с. 302)) (принята за прототип), содержащее основное оборудование - парогенератор, водяной экономайзер, дымосос, вентилятор, деаэрационно-питательный блок, блок химической водоподготовки, расширитель непрерывной продувки, барбатер, блоки бойлерный и подогрева воды для горячего водоснабжения, конденсатный бак, насосы - питательный, сетевой, конденсатный, подпиточный и сырой воды, обеспечивающие функционирование основного и вспомогательного оборудования.

Парогенератор вырабатывает пар, который направляется производственным потребителям, на подогрев сетевой воды и воды для горячего водоснабжения, а также на собственные нужды: подогрев сырой воды, деаэрирование воды в питательном и подпиточном деаэраторах, поддержание в предпусковом состоянии резервного парового насоса.

Блок химической водоподготовки осуществляет удаление из воды накипеобразных солей. После фильтра первой ступени вода направляется в подпиточный деаэратор и для более глубокого умягчения в фильтр второй ступени, после которого она поступает в питательный деаэратор. Ввиду того, что полного удаления солей жесткости применяемым в малой энергетике способами не достигается, то в парогенераторе будет проходить процесс отложения этих солей на кипятильных трубах и накапливания шламообразных хлопьев в нижних коллекторах и барабане. Отложение накипеобразных солей в трубах приводит к перерасходу топлива и к пережогу труб, а шламообразные хлопья солей останавливают процесс естественной циркуляции котловой воды, что заканчивается также пережогом труб. Снижение влияния отложения солей жесткости достигается непрерывной 2 - 5% продувкой котловой воды из верхнего барабана парогенератора. Шламообразные соли удаляются в результате периодической продувки нижних коллекторов и барабана. Частота продувок и ее продолжительность определяются глубиной очистки в водоподготовительной установке и качеством сырой воды.

Использование дистиллята радикальным образом устраняет указанные недостатки. Однако его высокая стоимость исключает практическое применение.

В процессе химводоподготовки проведение регенерации фильтров связано со значительным расходом сырой воды, которая насыщается ионами хлора и к дальнейшему использованию непригодна.

Если тепловой потенциал воды непрерывной продувки частично отдается с паром из сепаратора непрерывной продувки в деаэратор и в охладителе непрерывной продувки, то теплота воды периодической продувки полностью теряется. Причем дополнительно расходуется вода на ее охлаждение.

Теплота выпара из деаэратора идет на подогрев воды, а сам конденсат выбрасывается в канализацию.

Водяной экономайзер снижает температуру уходящих газов лишь до 120 -180^oC, что соответствует потери 15% эффективности с уходящими газами.

Сетевая вода подогревается паром в бойлерах. Из подпиточного деаэратора после охладителя деаэрированной воды вода направляется на подпитку тепловой сети и на нужды горячего водоснабжения.

Отмеченные недостатки устраняются тем, что испарительная и конвективные ступени по газовой стороне соединены параллельно с водяным экономайзером, а с дымососом через конденсационную ступень, причем выпар из деаэратора подключен ко входу в конвективной ступени, а трубопровод сырой воды - ко входу в испарительную ступень; а также по ходу течения сетевой воды конвективная ступень установлена перед пароводяным теплообменником, а по ходу движения сырой воды расположены последовательно конденсационная и испарительная ступени, вакуумный насос, охладитель выпара, соединяющийся воздуховодом дутьевой вентилятор с горелочным устройством, а трубопроводом - байпас конденсационной ступени.

На чертеже предложена схема утилизации низкопотенциальной теплоты уходящих газов, 1 - насос горячего водоснабжения, 2 - подпиточный насос, 3 - питательный насос, 4 - охладитель деаэрированной воды, 5 - деаэратор, 6 - горелка, 7 - парогенератор, 8 - водяной экономайзер, связанный через питательный насос и охладитель деаэрированной воды с деаэратором, 22 - конденсатный насос, 10 - конденсатный бак, 11 - сетевой насос, 12 - конденсатор, 13 - вентилятор, 14, 18, 21 - конвективная, испарительная и конденсационная ступени, 15 - пароводяной теплообменник, связанный паропроводом с парогенератором, 16 - вакуумный насос, 17 - насос возврата конденсата с производства, 19 - насос продувки, 20 - дымосос, 23 - сборник шлама.

К числу типового основного и вспомогательного оборудования следует отнести парогенератор 7, водяной экономайзер 8, дымосос 20, вентилятор 13, горелку 6, деаэратор 5, пароводяной теплообменник 15, связанный конденсатопроводом со сборником конденсата и сетевым насосом с тепловой сетью и насосы 1, 2, 3, 9, 11, 17, 19 и 22. Их выбор производится на основании теплового расчета парогенератора, расчета тепловой схемы котельной, аэродинамических расчетов систем воздухоподачи и газового тракта.

Конвективная 14, испарительная 18 и конденсационная 21 ступени являются составными элементами конденсационного экономайзера. Конвективная 14 и испарительная 18 ступени используют теплоту уходящих газов, температура которых понижается до 70^oC. Оставшаяся теплота отходящих газов преобразуется в конденсационной ступени 21.

Долевое распределение теплоты по ступеням зависит от количества воды, идущей на восполнение потерь и возврата конденсата с производства. Для того чтобы колебания этих величин от расчетных значений не влияло на стабильность работы котельной, предусматривается регулировка перераспределения расходов уходящих газов между конвективной 14 и испарительной 18 ступенями (на схеме не показана) и достаточная емкость конденсатного бака 10.

Конвективная ступень 14 относится к теплообменникам рекуперативного, газоводяного типа. Для интенсификации процесса теплопередачи с газовой стороны осуществляется ввод выпара деаэратора и распыл воды в верхней ступени.

Испарительная ступень 18 имеет нижнюю и верхнюю трубные доски, в которых закреплены вертикальные теплообменные элементы. Для повышения значения коэффициента теплопередачи внутри трубки (на чертеже не показано), а с внешней стороны на уровнях парообразовательного объема и пароперегревателя выполнено продольное оребрение. Форсунки размещены на границе между пароперегревателем и парообразовательным объемом. Постоянный уровень воды поддерживается с помощью регулятора уровня воды, воздействие которого передается на регулируемое запорное устройство. Соответствующие площади поверхностей нагрева определяются тепловым расчетом. В нижней точке испарительной ступени 18 врезана линия сброса, на которой установлены насос продувки 19. Расход сырой воды на разбрызгивающее устройство должен быть таковым, чтобы она вся испарялась на внешней поверхности вертикальных теплообменных элементов и минимально сливалась в сборник конденсата. Сборник конденсата имеет регулятор уровня конденсата, трубопровод, по которому конденсат подается откачивающим насосом 22 к форсункам. В нижней его точке выполнен трубопровод отвода шлама.

Конденсационная ступень 21 состоит из горизонтальных оребренных труб, внутри которых протекает вода, а с внешней стороны проходят отходящие газы. Под ней расположен насадок из колец Рашига и сборник конденсата (на чертеже не показаны).

Конденсатор 12 является теплообменником, в котором конденсация пара производится идущим на горение воздухом и сырой водой. При тепловом расчете конденсатора 12 учитывается соотношение этих теплопередающих поверхностей в зависимости от сезонного колебания температуры наружного воздуха и количества пара. Избыток теплоты, в случае исчерпывания возможностей ее восприятия воздухом, отдается сырой воде. Предусматривается регулирование этого соотношения (на чертеже не показано).

В качестве вакуумного насоса 16 могут использоваться разнотипные насосы. Его тип определяется в зависимости от конкретных условий работы.

На основании аэродинамического расчета определяется марка дымососа 20.

Работа представленного варианта тепловой схемы котельной в части полезного использования низкопотенциальной теплоты уходящих газов протекает следующим образом.

Уходящие газы после водяного экономайзера 8 поступают в испарительную 18 и конвективную 14 ступени. В первой за счет пониженного давления, создаваемого вакуумным насосом, осуществляется процесс кипения сырой воды и конденсата конденсационной ступени 21, подаваемого насосом 22. Он протекает в диапазоне температур 40 - 50^oC, который характерен отсутствием отложений солей на стенках теплообменника. Для того чтобы вместе с паром не увлекались частицы воды, он перегревается в перегревателе ступени. Увеличение концентрации растворенных солей приводит к выпадению их в осадок, который периодически удаляется насосом 19 в сборник шлама 23. Пар отсасывается вакуумным насосом 16 и конденсируется в конденсаторе 12.

Выпар частично может подаваться в деаэратор 5 помимо конденсатора 12. Дистиллят накапливается в сборнике конденсата 10, который затем подается насосом 9 через охладитель деаэрированной воды 4 в деаэратор 5.

Пар отдает свою теплоту воздуху, подаваемому на горение, и сырой воде. Избыток теплоты с уходящими газами, воспринимаемой испарительной ступенью 18, отдается конвективной ступени 14. В ней подогревается обратная сетевая вода. Достижение ее температуры до нормируемой величины осуществляется в пароводяном теплообменнике 15.

Продукты сгорания из обеих ступеней направляются в конденсационную ступень, в которой охлаждаются до 20-30^oC за счет нагрева сырой воды. Конденсат, выпавший из продуктов сгорания, насосом 22 подается в парообразовательный объем испарительной ступени. Шлам удаляется в сборник шлама 23. Отходящие газы отсасываются дымососом 20.

Таким образом, для получения дистиллята сырая вода подогревается в конденсационной ступени 21, частично вместе с возвратом конденсата добавляется конденсат из сборника конденсата конденсационной ступени 21, которые кипят в испарительной ступени 18 при пониженном давлении. Отсасываемый вакуумным насосом 16 пар конденсируется в конденсаторе 12 и сливается в конденсатный бак 10. Полученный дистиллят после деаэрирования подается в котел, на восполнение потерь в тепловой сети и на нужды горячего водоснабжения.

Предлагаемый вариант тепловой схемы совместно с комбинированным конденсационным экономайзером, состоящим из конвективной, испарительной и конденсационной ступеней, обладает следующими преимуществами: 1. Получение дистиллята за счет низкопотенциальной (бросовой) теплоты уходящих газов.

2. Возможно форсировка теплонапряжения топочного объема, что существенно влияет на уменьшение металлоемкости парогенератора.

3. В парогенераторе устранена опасность отложений накипеобразных и накапливание шламообразных солей.

4. Ликвидирована потеря котловой воды с непрерывной и периодической продувками.

5. Замена химводоподготовки на предлагаемую схему получения дистиллята для питания парогенератора, восполнение потерь в тепловой сети и на горячее водоснабжение устраняет потерю большого количества воды, расходуемой в режиме регенерации, взрыхления и отмывки фильтров. Как следствие - ликвидированы затраты, связанные с использованием регенерационных материалов.

Формула изобретения

Схема утилизации низкопотенциальной теплоты уходящих газов для котельных средней и малой мощности, включающая парогенератор, водяной экономайзер, подпитывающиеся посредством питательного насоса из деаэратора через охладитель деаэрированной воды, а также пароводяной теплообменник, связанный паропроводом с парогенератором, конденсатопроводом со сборником конденсата и сетевым насосом с тепловой сетью, отличающаяся тем, что испарительная и конвективные ступени по газовой стороне соединены параллельно с водяным экономайзером, а с дымососом через конденсационную ступень, причем выпар из деаэратора подключен к входу в конвективную ступень, а трубопровод сырой воды - к входу в испарительную ступень, а также по ходу течения сетевой воды конвективная ступень установлена перед пароводяным теплообменником, а по ходу движения сырой воды расположены последовательно конденсационная и испарительная ступени, вакуумный насос, охладитель выпара, соединяющийся воздуховодом дутьевой вентилятор с горелочным устройством, а трубопроводом - байпас конденсационной ступени.

РИСУНКИ

Рисунок 1