Способ тепло- и горячего водоснабжения и система вакуумной деаэрации воды, используемая в нем

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использована для коммунально-бытового и промышленного тепло- и горячего водоснабжения с вакуумной деаэрацией воды. Формируют компенсационный резерв деаэрированной воды для обеспечения стабильной вакуумной деаэрации воды и бесперебойной подачи потребителю деаэрированной горячей воды при многократно уменьшенном объеме бака для аккумулирования деаэрированной горячей воды. Используют указанный резерв путем непрерывного и принудительного отвода с помощью насоса части потока деаэрированной горячей воды на выходе вакуумного деаэратора и ее объединения с потоком исходной воды на входе вакуумного деаэратора на основе сочетания двух одновременных автоматизированных процессов регулирования. Изобретение позволяет увеличить глубину деаэрации и расширить использование системы вакуумной деаэрации воды в разнообразных схемах водоснабжения в связи с появлением возможности уменьшения функциональной нагрузки аккумулирования и варьирования величиной указанного уменьшения в зависимости от назначения схемы, а также осуществить сокращение площадки застройки реализуемой схемы, актуальное в городских условиях, и соответственно, уменьшение капиталовложений. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемая группа изобретений относится к области теплоэнергетики и может быть использована для коммунально-бытового и промышленного тепло- и горячего водоснабжения с вакуумной деаэрацией воды.

Одной из основных задач функционирования систем тепло- и горячего водоснабжения с вакуумной деаэрацией воды является обеспечение надежной работы указанных систем на основе осуществления стабильной вакуумной деаэрации и бесперебойной подачи потребителю деаэрированной горячей воды.

Бесперебойная подача потребителю деаэрированной горячей воды достигается в результате известной аккумуляции деаэрированной горячей воды (см., например книгу Труба И.А. и Литвина О.П. Вакуумные деаэраторы. М.: Энергия, 1967, с.44).

Такая (традиционная) аккумуляция деаэрированной горячей воды, кроме того, исключает дестабилизирующее влияние на вакуумную деаэрацию переменного расхода потребляемой деаэрированной воды, но ухудшает габаритные показатели реализуемых систем тепло- и горячего водоснабжения с вакуумной деаэрацией воды в связи с использованием емких баков-аккумуляторов (не менее двух).

Изложенный недостаток сохранен в известном способе тепло- и горячего водоснабжения, выбранном заявителем в качестве прототипа заявляемого способа и включающем подачу нагретой исходной воды в систему вакуумной деаэрации воды, деаэрирование воды в ней с помощью вакуумного деаэратора, аккумулирование деаэрированной воды и подачу аккумулированной деаэрированной воды потребителю (см. книгу Чистякова Н.Н. и др. Повышение эффективности работы систем горячего водоснабжения. М.: Стройиздат, 1988, с.1999, рис.7.3, б) с исключением дестабилизирующего влияния на вакуумную деаэрацию переменного расхода потребляемой деаэрированной воды и в результате обеспечивающего бесперебойную подачу потребителю деаэрированной горячей воды за счет аккумулирования в емком баке-аккумуляторе деаэрированной воды (см. книгу Цветкова В.В. и Бережнова И.А. Справочник по теплоснабжению промышленных предприятий. Харьков, «ПРАПОР», 1987, с.78-80).

В качестве прототипа системы вакуумной деаэрации воды, используемой в заявляемом способе, выбрана вакуум-деаэрационная установка, содержащая трубопроводный участок принудительного подвода нагретой исходной воды, имеющий встроенный в его трубопровод автоматический регулирующий клапан и подключенный к входу вакуумного деаэратора, который соединен своим выходом с помощью трубопроводного участка выхода деаэрированной горячей воды с входом бака для аккумулирования деаэрированной горячей воды, снабженного датчиком уровня воды, связанным с упомянутым автоматическим регулирующим клапаном, и имеющего выход на трубопроводный участок потребления деаэрированной горячей воды (см. каталог-справочник «Деаэраторы вакуумные». М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1972, с.17, фиг.17).

Технический результат заявляемой технологии тепло- и горячего водоснабжения - повышение эффективности обеспечения стабильной вакуумной деаэрации воды и бесперебойной подачи потребителю деаэрированной горячей воды за счет исключения необходимости в емком баке-аккумуляторе (называемом в составе системы вакуумной деаэрации воды и как «бак для аккумулирования деаэрированной горячей воды» - пояснение заявителя с целью соблюдения в настоящей заявке единства терминологии) при одновременном увеличении глубины деаэрации и расширение использования системы вакуумной деаэрации воды в разнообразных схемах тепло- и горячего водоснабжения в связи с появлением возможности уменьшения функциональной нагрузки (необходимости) аккумулирования и варьирования величиной указанного уменьшения в зависимости от назначения схемы, а также сокращение площадки застройки реализуемой схемы, актуальное в городских условиях, и соответственно, уменьшение капиталовложений в связи с этим.

Для достижения изложенного технического результата в способе тепло- или горячего водоснабжения, включающем подачу нагретой исходной воды в систему вакуумной деаэрации воды, деаэрирование воды в ней с помощью вакуумного деаэратора, аккумулирование деаэрированной воды и подачу аккумулированной деаэрированной воды потребителю с поддержанием при этом стабильного режима деаэрирования путем использования формируемого резерва деаэрированной воды на компенсацию дестабилизирующего переменного расхода потребляемой деаэрированной воды, формирование указанного компенсационного резерва деаэрированной воды производят непрерывным и принудительным отводом части потока деаэрированной воды на выходе вакуумного деаэратора и ее объединением с потоком исходной воды на входе вакуумного деаэратора, а использование формируемого таким образом резерва деаэрированной воды на компенсацию дестабилизирующего переменного расхода потребляемой деаэрированной воды осуществляют на основе сочетания двух одновременных автоматизированных процессов регулирования: расхода непрерывно и принудительно отводимой на вход вакуумного деаэратора части потока деаэрированной воды и расхода подачи на вход вакуумного деаэратора исходной воды в зависимости от расхода потребляемой деаэрированной воды при обеспечении постоянного во времени объединенного потока воды на входе и выходе вакуумного деаэратора.

Для обеспечения возможности реализации бака-аккумулятора малого объема (функционального приближения бака-аккумулятора к мерному баку) предложено двойное одновременное автоматизированное регулирование, которое осуществляют в условиях превышения максимального расхода отводимой деаэрированной воды над максимальным расходом потребляемой деаэрированной воды или их равенства.

При этом в системе вакуумной деаэрации воды, содержащей трубопроводный участок принудительного подвода нагретой исходной воды, имеющий встроенный в его трубопровод автоматический регулирующий клапан, подключенный к входу вакуумного деаэратора, который соединен своим выходом с помощью трубопроводного участка выхода деаэрированной горячей воды с входом бака для аккумулирования деаэрированной горячей воды, снабженного датчиком уровня воды, связанным с упомянутым автоматическим регулирующим клапаном, и имеющего выход на трубопроводный участок потребления деаэрированной горячей воды, дополнительно введен трубопроводный участок непрерывного отвода деаэрированной воды со встроенным в его трубопровод насосом, имеющим автоматический регулятор производительности последнего, связанный с датчиком расхода воды на входе вакуумного деаэратора, причем указанный трубопроводный участок непрерывного отвода деаэрированной воды соединяет выход вакуумного деаэратора с врезкой в трубопровод участка принудительного подвода нагретой исходной воды на участке между его автоматическим регулирующим клапаном и датчиком расхода воды на входе вакуумного деаэратора.

В частном варианте предлагаемой системы вакуумной деаэрации воды бак для аккумулирования деаэрированной горячей воды выполнен в виде мерного бака с малым объемом.

Известное применение рециркуляции воды при ее вакуумной деаэрации для повышения удаления из воды агрессивных газов (см. приведенную в качестве примера книгу Труба И.А. и Литвина О.П., с.62, рис.21) не противоречит требованиям критерия патентоспособности «изобретательский уровень», т.к. в качестве признака в заявляемой совокупности признаков не проявляет себя в известном назначении: во-первых, глубина деаэрации в предлагаемом способе, за счет непрерывности рециркуляции принудительно отводимой на вход вакуумного деаэратора части потока деаэрированной воды, выше и более стабильна в связи с тем, что известная рециркуляция - ограниченно кратная в случае недостаточно глубокой деаэрации, и во-вторых, основной довод в пользу правомерности претензии заявителя на выдачу патента РФ - в сопутствующем характере повышения глубины деаэрации за счет рециркуляции, последняя одновременно приводит в заявляемом способе к резкому уменьшению необходимости в аккумулировании деаэрированной воды для обеспечения стабильной вакуумной деаэрации воды и бесперебойной подачи потребителю деаэрированной горячей воды и к другим изложенным в техническом результате выигрышным характеристикам предлагаемой технологии тепло- и горячего водоснабжения.

На чертеже представлена схема тепло- или горячего водоснабжения для осуществления заявляемого способа, включающая используемую в последнем систему вакуумной деаэрации воды.

Предлагаемая схема тепло- или горячего водоснабжения состоит из источника подачи нагретой (в данном примере до ~70°С) исходной воды, системы вакуумной деаэрации воды 1 и насоса подачи потребителю деаэрированной горячей воды 2.

При этом система вакуумной деаэрации воды 1 содержит трубопроводный участок принудительного подвода нагретой исходной воды 3, имеющий встроенный в его трубопровод автоматический регулирующий клапан 4, подключенный к входу вакуумного деаэратора 5.

Вакуумный деаэратор 5 с помощью трубопроводного участка выхода деаэрированной горячей воды 6 соединен с входом бака для аккумулирования деаэрированной горячей воды 7, снабженного датчиком уровня воды 8, связанным с автоматическим регулирующим клапаном 4, и имеющего выход на трубопроводный участок потребления деаэрированной горячей воды 9 с насосом подачи потребителю деаэрированной горячей воды 2.

Кроме того, в систему 1 дополнительно введен трубопроводный участок непрерывного отвода деаэрированной воды 10 со встроенным в его трубопровод насосом 11, имеющим автоматический регулятор производительности последнего 12, связанный с датчиком расхода воды 13 на входе вакуумного деаэратора 5. Причем трубопроводный участок непрерывного отвода деаэрированной воды 10 соединяет выход вакуумного деаэратора 5 с врезкой в трубопровод участка принудительного подвода нагретой исходной воды 3 на участке между его автоматическим регулирующим клапаном 4 и датчиком расхода воды 13 на входе вакуумного деаэратора 5.

В частном варианте предлагаемой системы вакуумной деаэрации воды бак для аккумулирования деаэрированной горячей воды 7 может быть выполнен в виде показанного на чертеже мерного бака с малым объемом и объединенным на дне последнего входом и выходом.

Предлагаемый способ тепло- и горячего водоснабжения осуществляют следующим образом.

При функционировании представленной на чертеже схемы формируют компенсационный резерв деаэрированной воды для обеспечения стабильной вакуумной деаэрации воды и бесперебойной подачи потребителю деаэрированной горячей воды при многократно уменьшенном объеме бака для аккумулирования деаэрированной горячей воды 7 путем непрерывного и принудительного отвода с помощью насоса 11 части потока деаэрированной горячей воды на выходе вакуумного деаэратора 5 и ее объединения с потоком исходной воды на входе вакуумного деаэратора 5.

Использование формируемого таким образом резерва деаэрированной воды на компенсацию дестабилизирующего переменного расхода потребляемой деаэрированной воды при малых габаритах бака 7 осуществляют на основе сочетания двух одновременных автоматизированных процессов регулирования: с помощью регулятора 12 расхода непрерывно и принудительно отводимой на вход вакуумного деаэратора 5 части потока деаэрированной воды по показаниям датчика 13 и с помощью клапана 4 расхода подачи на вход вакуумного деаэратора исходной воды в зависимости от расхода потребляемой деаэрированной воды по показаниям датчика 8 для обеспечения постоянного во времени объединенного потока воды на входе и выходе вакуумного деаэратора 5.

В частном примере реализации предлагаемой системы вакуумной деаэрации воды могут быть использованы: в качестве вакуумного деаэратора 5 - вакуумная деаэрационная колонка типа ДВ-200 производительностью 200 м³/ч, в качестве насоса 11 - насос типа К150-125-315δ/4-5, в качестве клапана 4 - клапан типа 25 ч940нж Ду=80 мм, Kv=160 м³/ч, в качестве бака 7 - бак объемом 12 м³.

При увеличении расхода потребителем деаэрированной горячей воды, подаваемой насосом 2 из бака 7, уровень воды в нем снижается и клапан 4 увеличивает подачу нагретой исходной воды на вход вакуумного деаэратора 5. При этом одновременно регулятор 12, реагируя на изменение импульса контрольного сигнала датчика 13, уменьшает подачу насосом 11 отводимой на вход вакуумного деаэратора 5 части потока деаэрированной горячей воды, обеспечивая таким образом постоянную суммарную подачу общего потока смешанной нагретой исходной и деаэрированной горячей воды, частично отводимой с выхода вакуумного деаэратора 5. В результате перераспределение общего потока деаэрированной горячей воды на выходе вакуумного деаэратора 5 происходит при постоянном расходе воды на указанном выходе и уменьшении расхода принудительно отводимой на вход вакуумного деаэратора 5 части выходного потока деаэрированной воды, приводящем к увеличению расхода поступающей в бак 7 деаэрированной горячей воды и компенсации исходного увеличения расхода воды потребителем.

При уменьшении расхода потребителем деаэрированной горячей воды порядок изложенных двух одновременных автоматических процессов регулирования - обратный.

Для реализации тепло- или горячего водоснабжения с минимальным по объему баком 7 в виде мерного бака описанное двойное одновременное автоматизированное регулирование осуществляют в условиях превышения максимального расхода отводимой деаэрированной воды над максимальным расходом потребляемой деаэрированной воды или их равенства.

Предлагаемая тепловая технология имеет универсальный характер, т.к. не зависит от типа вакуумного деаэратора и сочетаема с различными тепловыми схемами его включения.

Заявляемое технологическое решение тепло- и горячего водоснабжения можно использовать в котельных для приготовления подпиточной воды, горячей воды и в системах централизованного теплоснабжения на существующих и вновь сооружаемых центральных тепловых пунктах для приготовления горячей воды.

Использование предлагаемой группы изобретений позволяет снизить общую занимаемую площадь, а также снизить капиталовложения и ежегодные эксплуатационные издержки на содержание бакового хозяйства.

Выигрышной составляющей технического результата заявляемой группы изобретений является повышение качества (глубины) деаэрации и стабильности ее поддержания в сравнении с известным использованием для дегазации рециркуляции (см., например, авторское свидетельство СССР №1257364, F24D 17/00, 19986) за счет предлагаемого заявителем интенсифицированного непрерывного (постоянного) многофункционального (регулировочного и технологического) частичного возврата деаэрированной горячей воды с выхода вакуумного деаэратора.

1. Способ тепло- или горячего водоснабжения, включающий подачу нагретой исходной воды в систему вакуумной деаэрации воды, деаэрирование воды в ней с помощью вакуумного деаэратора, аккумулирование деаэрированной воды и подачу аккумулированной деаэрированной воды потребителю с поддержанием при этом стабильного режима деаэрирования путем использования формируемого резерва деаэрированной воды на компенсацию дестабилизирующего переменного расхода потребляемой деаэрированной воды, отличающийся тем, что формирование указанного компенсационного резерва деаэрированной воды производят непрерывным и принудительным отводом части потока деаэрированной воды на выходе вакуумного деаэратора и ее объединением с потоком исходной воды на входе вакуумного деаэратора, а использование формируемого таким образом резерва деаэрированной воды на компенсацию дестабилизирующего переменного расхода потребляемой деаэрированной воды осуществляют на основе сочетания двух одновременных автоматизированных регулирований: расхода непрывно и принудительно отводимой на вход вакуумного деаэратора части потока деаэрированной воды и расхода подачи на вход вакуумного деаэратора исходной воды в зависимости от расхода потребляемой деаэрированной воды при обеспечении постоянного во времени объединенного потока воды на входе и выходе вакуумного деаэратора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанное в п.1 двойное одновременное автоматизированное регулирование осуществляют при условии превышения максимального расхода отводимой деаэрированной воды над максимальным расходом потребляемой деаэрированной воды или их равенства.

3. Система вакуумной деаэрации воды, содержащая трубопроводный участок принудительного подвода нагретой исходной воды, имеющий встроенный в его трубопровод автоматический регулирующий клапан и подключенный к входу вакуумного деаэратора, который соединен своим выходом с помощью трубопроводного участка выхода деаэрированной горячей воды с входом бака для аккумулирования деаэрированной горячей воды, снабженного датчиком уровня воды, связанным с упомянутым автоматическим регулирующим клапаном, и имеющего выход на трубопроводный участок потребления деаэрированной горячей воды, отличающаяся тем, что в систему дополнительно введен трубопроводный участок непрерывного отвода деаэрированной воды со встроенным в его трубопровод насосом, имеющим автоматический регулятор производительности последнего, связанный с датчиком расхода воды на входе вакуумного деаэратора, причем указанный трубопроводный участок непрерывного отвода деаэрированной воды соединяет выход вакуумного деаэратора с врезкой в трубопровод участка принудительного подвода нагретой исходной воды на участке между его автоматическим регулирующим клапаном и датчиком расхода воды на входе вакуумного деаэратора.

4. Система по п.3, отличающаяся тем, что бак для аккумулирования деаэрированной горячей воды выполнен в виде мерного бака с уменьшенным объемом.