Котельная, работающая на сжиженном природном газе

 

Котельная предназначена для работы на сжиженном природном газе (СПГ). Котельная снабжена криостатом, соединенным с системой испарения сжиженного газа, его подогрева и редуцирования перед подачей в топку, при этом система испарения и подогрева газа выполнена в виде двух теплообменников, один из которых размещен в холодильной системе, а второй - в системе выхлопа газов сгорания. Устройство позволяет утилизировать холод фазового перехода жидкого метана. 1 ил.

Изобретение относится к топливно-энергетической, газовой и холодильной технике вследствие универсальности свойств СПГ, который является наиболее перспективным на обозримое будущее энергоносителем и весьма эффективным хладоагентом.

Известны котельные, использующие природный газ как основной вид топлива, а в качестве резервного применяют продукты нефтепереработки (мазут, соляра), сжигание которых наносит вред здоровью людей и природе из-за содержания в них серы. Однако подавляющее большинство котельных в городе не может быть переведено на газ из-за трудностей его подвода по трубам без нарушения работ других коммуникаций, поэтому газификация котельных в крупных городах и районах, удаленных от магистральных газопроводов, становится возможным только с помощью СПГ.

Известны котельные, работающие на СПГ, доставляемом потребителю криоперевозчиками и складируемом в криостатах. После испарения его на воздухе и подогрева до положительной температуры с помощью специальных подогревателей газ поступает в топку (Котельная. Разработки "Гипрогазцентр" РАО "Газпром", п. Красный Бор, г. С.-Петербург).

Недостатком такой системы испарения и подогрева газа являются большие металлозатраты на блок воздушных испарителей СПГ, а также значительные энергозатраты на подогрев топливного газа перед подачей его на узел редуцирования, обязательный по требованиям безопасной эксплуатации, особенно в зимнее время.

Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков, снижение энергозатрат на подготовку газа и уменьшение экологической нагрузки на природу.

Поставленная цель достигается тем, что система испарения СПГ и подогрева топливного газа выполнена в виде двух теплообменников, первый из которых размещен в дополнительно введенной холодильной системе, а второй - в системе выхлопа газов сгорания.

Обоснуем, каким образом предложенная совокупность новых признаков обеспечивает достижение поставленной цели.

1. Вводится дополнительная холодильная система, по существу, обобщающая любые известные способы утилизации холода фазового перехода метана, например, путем производства льда, жидкой углекислоты, проведением быстрой морозки и последующего хранения продуктов, сырья и заготовок для различных отраслей. При помощи компактного дополнительного и эффективного теплообменника "жидкость-жидкость" с циркулирующим рабочим телом (спирт, тосол), имеющего на два порядка большее значение коэффициента теплообмена, чем обеспечивают используемые воздушные испарители, работающие по схеме "газ-газ".

2. Размещение второго теплообменника в коробе выхода дымовых газов котельной позволит подогревать топливный газ до положительной температуры, что продиктовано требованиями безопасной эксплуатации, запрещающей подачу холодного газа в теплое помещение котельной, особенно в зимнее время. Кроме того, снижается температура топочных газов с 95 до 42^oC и на холодных поверхностях теплообменника оседают твердые частицы сажи, являющейся ценным сырьем для шинной промышленности, что в целом снижает экологическую нагрузку на природу. При отсутствии холодопотребления в первом теплообменнике может быть организовано производство жидкой углекислоты, необходимой для нужд машиностроения, что в целом отвечает требованиям международных соглашений по снижению выбросов углекислого газа, способствующего развитию парникового эффекта.

Описание изобретения Изобретение поясняется схемой, представленной на чертеже, где обозначено: 1 - криостат для сбора и хранения СПГ, 2 - теплообменник испарения, 3 - морозильно - холодильный комплекс, 4 - охлаждающий контур, 5 - насос для прокачки рабочего тела, например спирта, 6 - теплообменник подогрева, 7 - короб отвода дымовых газов, 8 - узел редуцирования газа перед подачей в топку, 9 - котельная, 10 - система утилизации газов сгорания для производства жидкой углекислоты, 11 - сборник углекислоты, 12 - вентиляторы обдува охлаждающего контура.

Работает котельная на СПГ по предлагаемому способу следующим образом. СПГ из криостата 1 по теплоизолированному отводу поступает в теплообменник испарения 2, расположенный в холодильном комплексе 3. Рабочее тело за счет работы насосов 5 прокачивается по замкнутому контуру 4, снимая холод фазового перехода метана. Вентиляторами 12 обеспечивается циркуляция воздуха в холодильной камере и достигается охлаждение продуктов, сырья и заготовок до требуемой температуры, регулируемой изменением скорости циркуляции рабочего тела по замкнутому контуру. Далее холодный топливный газ подогревается в теплообменнике 6 за счет теплоты дымовых газов, охлаждая их при этом до температуры, не превышающей 45^oC. После прохождения газом узла редуцирования 8, где его давление снижается до 0,03 МПа, он поступает на форсунки. Сжигаемый газ после утилизации теплоты в экономайзерах с температурой от 150 до 90^oC поступает в короб 7 встречно холодному топливному газу и подогревает его. При этом на холодных поверхностях трубок теплообменника осаждается сажа, которая собирается в нижней части, а затем утилизируется.

При отсутствии потребителей холода в зимнее время может быть организовано производство жидкой углекислоты путем отбора части дымовых газов из короба 7 по отводу 10 в теплообменник 2, омываемый по наружной поверхности жидким метаном. Выбор экономически более выгодного варианта утилизации холода фазового перехода зависит от климатических условий расположения котельной и в каждом конкретном случае должен подкрепляться расчетами.

Обоснование экономической эффективности Рассмотрим экономическую эффективность использования холода СПГ на котельной, потребляющей в сутки 20000 нм³ газа или 600 кг/ч жидкого продукта, при условии, что при котельной размещается холодильный комплекс. В этом случае продукты массой 2900 кг могут быть охлаждены с 25 до 0^oC, а при использовании холода испарившегося газа с -155 до -15^oC можно будет охлаждать в час до 4000 кг мяса, рыбы, ягод и других продуктов. Если система работает со специализацией на производство жидкой углекислоты, то за счет этого холода можно производить до 520 кг в час. Таким образом, предлагаемый способ утилизации холода СПГ позволяет исключить применение воздушных металлических испарителей, изготавливаемых из нержавеющей стали, и без дополнительных энергозатрат обеспечивать прилегающий район экономичным и надежным хранилищем продуктов, сырья и заготовок, существенно снизив при этом экологическую нагрузку на природу.

Формула изобретения

Котельная, работающая на сжиженном природном газе (СПГ), включающая криостат, соединенный с системой испарения сжиженного природного газа (СПГ), подогрева газа и системой его редуцирования перед подачей в топку, отличающаяся тем, что система испарения и подогрева газа выполнена в виде теплообменников, один из которых размещен в дополнительно введенной холодильной системе, а второй - в системе выхлопа газов сгорания.

РИСУНКИ

Рисунок 1