Комбинированная система отопления и горячего водоснабжения с глубокой утилизацией тепла продуктов сгорания котла и способ её работы

Изобретение относится к области теплоснабжения, а именно к системам отопления и горячего водоснабжения. Комбинированная система отопления и горячего водоснабжения с глубокой утилизацией тепла продуктов сгорания котла содержит: топливный котел; подключенный к нему водогрейный бойлер, соединенный с системой ГВС; конденсационный теплообменник, размещенный в газоходе за котлом или в его хвостовой части с возможностью байпасирования части горячих продуктов сгорания; трубопроводы прямой и обратной сетевой воды и воды системы горячего водоснабжения, при этом, с целью повышения тепловой экономичности и снижения вредных выбросов за счет стабильной и полной глубокой утилизации тепла продуктов сгорания котла, вход конденсационного теплообменника подключен к исходной холодной воде ГВС, а трубопровод на выходе теплообменника снабжен автоматическим трехходовым клапаном, соединенным с потребителем горячей воды и с бойлером. Кроме того, тепловую мощность котла регулируют с приоритетом на отопление, т.е. в первую очередь покрывают отопительную нагрузку, при этом поддерживают расход воды на конденсационный теплообменник - по реальной потребности ГВС, температуру нагрева воды не регулируют, а ограничивают ее верхний предел 60-65°С. Цель изобретения - повышение тепловой экономичности и снижение вредных выбросов за счет стабильной и полной глубокой утилизации тепла продуктов сгорания. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области теплоснабжения, а именно к системам отопления и горячего водоснабжения, ГВС, и применимо в коммунальной энергетике, в сфере ЖКХ, конкретнее в коммунальном теплоснабжении, - централизованном и децентрализованном индивидуальном, - в домовых и городских котельных, на мини-ТЭЦ, РТС, ТЭС и пр. Возможно использование системы и на базе паровых станционных и промышленных котлов и др.

Глубокая утилизации, ГУ, тепла продуктов сгорания, ПС осуществляется в известных системах в конденсационном теплообменнике, КТ, установленном в газоходе за котлом или в хвостовой части котла (последняя по ходу ПС секция, экономайзер) при подаче в него обратной сетевой воды с температурой ТОБР ниже температуры точки росы ТР. Для ПС природного газа ТР=50-55°C и для надежной конденсации значение ТОБР должно быть порядка 40°C. Это условие в определенной мере выполняется в системах отопления стран Европы и США, работающих на пониженных температурных графиках тепловых сетей 50/30°C или, чаще - индивидуального контура отопления автономного объекта: дома, квартиры и пр. КПД конденсационного котла по низшей теплотворности QРH топлива (природного газа) достигает 105-107%. За рубежом такие котлы нашли массовое применение. Коррозионноустойчивые материалы (качественная нержавеющая сталь) в теплообменниках, газовых трактах и дымовых трубах позволяют внедрять технологию ГУ без ущерба для срока службы оборудования.

Российские тепловые сети работают с нормативными графиками отопления 150/110, 115/70°C; ставится задача перехода до 80/60°C. В этих условиях (неполная конденсация) КПД котла с КТ порядка 96-98%. Экологический эффект при ГУ связан со снижением расхода топлива и вредных выбросов в присутствии в ПС паров воды.

Для предотвращения конденсации водяных паров в газовом тракте за КТ и дымовой трубе температуру ПС за КТ поддерживают как минимум 60-70°C. С этой целью предусматривают возможность байпасирования: часть горячих дымовых газов перепускают с помощью шибера помимо КТ по байпасному каналу. Перед КТ иногда устанавливают сетчатый фильтр, а за ним - каплеуловитель, поскольку какой-то брызгоунос при конденсации неизбежен. Узел оборудуют устройством слива, сбора и отведения конденсата, и участком его обработки - нейтрализации (обычно - дегазации, декарбонизации).

Практически каждая котельная (отопительный котел) служит источником ГВС объекта. Тепловая нагрузка ГВС - круглогодичная, но резко нестабильна в течение суток - утренние и вечерние пики и провалы днем и ночью. В годовом же балансе эта нагрузка принимается обычно около 15% от отопительной, но в ряде случаях может доходить до 40% и более.

Источник воды для ГВС - как правило, холодная водопроводная вода с температурой 6-12°С зимой, до 19°C летом. При подаче такой воды в конденсационный теплообменник - ПС охлаждаются до требуемой температуры порядка 40-45°C, создаются условия для полной и стабильной конденсации, надежного режима с максимально возможным КПД котла 105-107%.

Близкие аналоги имеются среди оборудования зарубежных производителей конденсационных котлов. Например, автономный бойлер, подключенный к отопительному котлу. Модель газового котла Antea RBTFS компании Fondital (Италия) оснащена встроенным трехходовым клапаном, что позволяет подключать ее к внешнему накопительному бойлеру для ГВС [1]. Прототипом могут служить конденсационные котлы бельгийской компании ACV. Для организации ГВС к каскаду котлов подключают бойлер. Аналогично, напольные котлы Power НТ, НТ-А430, 230-320, 430-659 кВт компании BAXI (Италия) можно опционно подключать к бойлеру для ГВС (прототип) [2]. В этих решениях наибольшее число общих признаков с предлагаемой системой: котел с подключенным бойлером, конденсационный теплообменник на отходящих ПС.

Цель изобретения - повышение тепловой экономичности и снижение вредных выбросов за счет стабильной и полной глубокой утилизация тепла ПС. Предлагаемая комбинированная система отопления и горячего водоснабжения содержит известные признаки: топливный котел; подключенный к нему водогрейный бойлер, соединенный с системой ГВС; конденсационный теплообменник, размещенный в хвостовой части (экономайзер) или газоходе котла с возможностью байпасирования части горячих продуктов сгорания; коммуникации прямой и обратной сетевой воды и воды ГВС с запорно-регулирующей арматурой, КИП и А.

Отличие предлагаемого решения от известных в том, что вход конденсационного теплообменника подключен к исходной холодной воде ГВС, а трубопровод на выходе из него снабжен трехходовым клапаном, соединенным с потребителем горячей воды и с бойлером.

Способ работы предложенной системы состоит в том, что, во-первых, тепловую мощность котла регулируют с приоритетом на отопление, т.е. в первую очередь покрывают отопительную нагрузку, при этом расход воды на конденсационный теплообменник поддерживают по реальной потребности ГВС, а температуру нагрева воды не регулируют, а ограничивают верхним пределом (60-65°C); во-вторых, в случае нагрева в теплообменнике исходной воды до требуемой температуры, 60-65°C, ее подают через трехходовой клапан потребителю, т.е. в систему ГВС, а в случае недостаточной температуры нагрева - через тот же клапан в бойлер для догрева до нужной температуры.

Предлагаемая система показана на фиг. 1-5 - технологическая схема и устройство в различных разрезах и сечениях, на фиг. 6 - система на базе конденсационного котла (импортного) с встроенным бойлером ГВС. Обозначены позиции: 1 - камера для размещения узла ГУ; 2 - съемная крышка камеры; 3 - секции конденсационного теплообменника, КТ; 4, 5 - вход холодной (водопроводной) воды и выход нагретой воды для ГВС; 6 - автоматический трехходовой регулировочный клапан; 7 - коллектор горячей воды; 8 - трубопровод в систему ГВС; 9 - бойлер на ТП (ЦТП) нагрева воды для ГВС в контуре; 10, 11 - (вход/выход) острой воды котла; 12 - поддон и резервуар для слива конденсата; 13 - бак загрязненного конденсата. 14 - дренажный насос; 15 - бак запаса конденсата; 16 - конденсатный насос; 17 - регулятор расхода; 18 - главный газоход котла или сборный боров от нескольких котлов; 19 - газовый тракт; 20 - разделительная перегородка; 21 - байпасный канал; 22 - газоход для размещения КТ; 23, 24 - шибера (заслонки, дроссель-клапаны) с приводом; 25 - газовый конденсационный котел с встроенным бойлером; 26 – горелка; 27, 28 - патрубки котла прямой и обратной воды; 29, 30 - выходной и входной патрубки встроенного бойлера; 31 – газоход; 32 - конденсационный теплообменник (экономайзер); 33 - фланец присоединения газового тракта; 34 - отвод конденсата продуктов сгорания.

В газоход 18 котла (или боров, с которым соединены газоходы от всех или нескольких котлов котельной) встраивается камера 1. Разделительная перегородка - металлическая стенка 20 - делит камеру на две части: байпасный канал 21 и газоход 22 - для установки КТ 3.

КТ подключают к водопроводу. Узел утилизации оборудуют узлом сбора и отвода конденсата, а также участком его очистки - нейтрализация (декарбонизация и дегазации) по известной технологии (не показан).

Тепловую мощность КТ (объемы ПС через газоходы 21 и 22 камеры 1) регулируют шиберами - 23 и 24 с приводами. Шибера и все запорно-регулирующие органы интегрированы в САР объекта, работающей по единой программе управления объектом.

В период пиковых нагрузок на ГВС шибер 23 закрыт, а 24 открыт, весь объем ПС пропускают через КТ (канал 22). В периоды минимальных нагрузок ГВС, - наоборот, 23 приоткрывают, 24 - прикрывают. Так же управляют клапанами, когда тепловая мощность котла превышает возможности утилизации: часть потока горячих ПС байпасируют, т.е. направляют помимо КТ через канал 21.

Схема позволяет работать в различных режимах. Если температура нагрева воды на ГВС в КТ достаточна (порядка 60-65°C), то нагретую вода из КТ направляют потребителю - через клапан 6 по трубопроводу 7. Если же недостаточна - воду подают в бойлер 9 (в составе ИТП либо ЦТП в котельной), там догревают до нужной температуры и направляют через коллектор 7 в систему ГВС 8.

В случае необходимости поддерживают температуру ПС после КТУ не ниже 70-90°C для исключения конденсации водяных паров в газовом тракте: шибер 23 приоткрывают, и газоход 21 выполняет функции байпаса.

В случае импортных «конденсатников» вся реконструкция сводится к тому, что на вход КЭ конденсационного котла подают водопроводную воду, а обратную из отопительного контура - в котел (патрубок 28) (фиг. 6).

С помощью САР управляют расходом газа на котел с приоритетом на отопительную нагрузку, утилизация - вторична. При этом регулируют только расход воды в КТУ на ГВС - по реальной потребности, а ее температуру на выходе КТУ не регулируют, а только ограничивают верхним пределом (60-65°C).

Возможна ситуация, когда тепловая мощность котла достаточно велика, и во всех режимах обеспечивается требуемый нагрев воды в КТ. Тогда установка бойлера не обязательна. Верхний предел мощности во всех режимах не ограничен. Летом, когда отопление отключается, котел работает только на ГВС, и его мощность находят расчетным путем - с учетом максимально возможной глубокой утилизацией тепла, которое (тепло) так же, как и горячая вода из котла, идет на покрытие нагрузки ГВС.

Предлагаемое решение полностью применимо и для работы на подпиточной воде.

Система применима во всех случаях, когда бойлер ГВС расположен рядом (десятки метров) с котлом или встроен в него. Нет принципиальных трудностей и в использовании системы для паровых станционных и промышленных котлов. В схеме используются имеющиеся в котельной баки-аккумуляторы для выравнивания нагрузок в графиках ГВС. Отопительный контур объекта (дом, помещение и пр.) оборудуют расширительным баком (штатное оборудование).

Преимущества схемы по сравнению с обычной утилизацией на обратной сетевой воде: а) стабильная и полная ГУ тепла ПС; б) система работает непрерывно, в течение всего года, ее эффективность не зависит от погодных условий, температурного графика отопления; в) расширяется область рентабельного применения; г) компактность теплообменника - меньше материалоемкость, стоимость и пр.

Ожидаемые экономия топлива (повышение КПД) - от 5 (летом) до 10-12% (зимой) от тепловой мощности котла; простой срок окупаемости 1 -3 года.

Второй эффект - экологический: снижение вредных выбросов вплоть до получения экологически чистого процесса благодаря снижению расхода топлива и поглощению капельной влагой окислы CO2 и NOX при орошении потока газов конденсатом в КТУ.

Источники информации

1. Котлы ACV. Новинки модельного ряда котлов Fonditial. Аква-терм, №1, 2017, с. 16, 52 (аналог).

2. Конденсационные котлы на российском рынке. Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ, 2016, №6, с. 36 (прототип).

1. Комбинированная система отопления и горячего водоснабжения с глубокой утилизацией тепла продуктов сгорания котла, содержащая

топливный котел; подключенный к нему водогрейный бойлер, соединенный с системой ГВС; конденсационный теплообменник, размещенный в газоходе за котлом или в его хвостовой части с возможностью байпасирования части горячих продуктов сгорания; трубопроводы прямой и обратной сетевой воды и воды системы горячего водоснабжения,

отличающаяся тем, что с целью повышения тепловой экономичности и снижения вредных выбросов за счет стабильной и полной глубокой утилизации тепла продуктов сгорания котла,

вход конденсационного теплообменника подключен к исходной холодной воде ГВС, а трубопровод на выходе теплообменника снабжен автоматическим трехходовым клапаном, соединенным с потребителем горячей воды и с бойлером.

2. Способ работы системы по п. 1, включающий регулирование тепловой мощности котла с учетом потребности отопления и ГВС,

отличающийся тем, что с целью оптимизации процесса,

тепловую мощность котла регулируют с приоритетом на отопление (т.е. в первую очередь покрывают отопительную нагрузку), при этом поддерживают расход воды на конденсационный теплообменник - по реальной потребности ГВС, температуру нагрева воды не регулируют, а ограничивают ее верхний предел (60-65°С).

3. Способ работы по п. 2, отличающийся тем, что

в случае нагрева в теплообменнике исходной холодной воды до требуемой температуры, 60-65°С ее подают через трехходовой клапан в систему ГВС потребителю, а в случае недостаточной температуры нагрева - через тот же клапан в бойлер для догрева до нужной температуры.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к крышке конденсационного котла и конденсационному котлу, содержащему крышку. Крышка (21) для закрывания герметичной камеры (2; 22) конденсационного котла (1), предназначенная для установки в нее по меньшей мере одного выпускного трубопровода для газообразных продуктов сгорания, образованных в указанном конденсационном котле (1), и по меньшей мере одного трубопровода для впуска воздуха, поступающего в зону сгорания, необходимого для указанного сгорания, при этом указанная крышка (21) содержит установочные механизмы (3; 4) для указанного присоединения указанного по меньшей мере одного выпускного трубопровода для газообразных продуктов сгорания и указанного по меньшей мере одного трубопровода для впуска воздуха, поступающего в зону сгорания.

Изобретение относится к теплоэнергетике. Способ глубокой утилизации тепла дымовых газов включает предварительное охлаждение дымовых газов в газо-газовом поверхностном пластинчатом теплообменнике, нагревая противотоком осушенные дымовые газы, для создания температурного запаса, предотвращающего конденсацию остаточных водяных паров в дымовой трубе.

Изобретение относится к нефтехимическому машиностроению и может быть использовано для крекинга мазута, а также для нагрева технологических сред (например, нефти, нефтяной эмульсии, газа, их смесей) и для других технологических процессов, требующих интенсивного подвода тепла.

Изобретение относится к энергетике, а именно к водогрейным и паровым котлам с агрегатами наддува, имеющим средства извлечения скрытого тепла из отходящих газов путем их конденсации.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в установках подогрева воды для отопления и/или горячего водоснабжения зданий и сооружений децентрализованным образом.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах индивидуального отопления жилых зданий. Задачей изобретения является повышение эксплуатационных характеристик системы горячего водоснабжения.

Котельная // 2652499
Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в водогрейных котельных для покрытия нужд горячего водоснабжения в межотопительный период.

Данное изобретение относится к станции для мытья рук. Она содержит приёмную ёмкость, имеющую сток, причём приёмная ёмкость содержит теплообменник, имеющий внешнюю поверхность для теплового контакта с текучей средой, находящейся при первой температуре, и внутреннюю поверхность для теплового контакта с текучей средой, находящейся при второй температуре, при этом внешняя поверхность теплообменника образует по меньшей мере часть внешней поверхности приёмной ёмкости, при этом приёмная ёмкость содержит средство для передачи потока текучей среды рядом с внутренней поверхностью теплообменника, причем средство для передачи текучей среды предназначено для передачи потока текучей среды внутри по направлению к вершине выпуклой секции теплообменника.

Группа изобретений относится к циркуляционному насосному агрегату (2) и гелиотермической установке с таким насосным агрегатом. Насосный агрегат (2) имеет электрический приводной двигатель (6) и интегрированное в агрегат (2) устройство (10) управления.

Изобретение относится к устройству и способу подачи горячей воды. Устройство содержит: нагреватель введенной воды; выпускной клапан, регулирующий количество воды, выпускаемой из нагревателя; датчик температуры выпускаемой воды и контроллер, определяющий, является ли выдача горячей воды первым выпуском воды или непрерывным выпуском воды, на основании разницы между температурой выпуска и целевой температурой и регулирующий степень открытия выпускного клапана на основании вычисленного изменения температуры выпуска согласно результатам определения.

Настоящее изобретение относится к клапанным конструкциям для воды и других текучих сред. Изобретение может применяться в санитарных и прочих установках, в которых в приборах применяется подача горячей и холодной воды.

Изобретение относится к области систем водоснабжения и может быть использовано для их оптимизации. Задачей настоящего изобретения является снижение электропотребления и затрат на эксплуатационное содержание за жизненный цикл.

Изобретение относится к области энергосбережения, а именно к устройствам для утилизации тепловой энергии приточного и вытяжного воздуха в системах вентиляции. Целью настоящего изобретения является разработка централизованной системы рекуперации тепла, рассеянного на конструкции сооружения с возможностью утилизации избыточной тепловой энергии для водоподготовки в системе горячего водоснабжения.

Изобретение относится к системе и способу отбора тепловой энергии от отработанных (сбросных) вод. Способ отбора тепловой энергии от сбросных вод для нагрева или охлаждения здания, включающий следующие операции: подачу, в контуре сбросной воды, по линии отвода сточной воды к фильтрующему блоку в колонне забора сточной воды, расположенной в отдельном здании, части необработанной сточной воды, транспортируемой по канализационному коллектору, с захватыванием и удалением в части твердых фракций сточной воды; подачу профильтрованной сточной воды к первой стороне по меньшей мере одного теплообменника и последующую подачу использованной сточной воды, после отбора от нее тепловой энергии, в линию возврата использованной сточной воды со смыванием использованной сточной водой в канализационный коллектор ранее удаляемых крупных фракций, подачу, в основном контуре, рабочей среды, циркулирующей по другой стороне теплообменника, к испарителю или к компрессору теплового насоса в зависимости от выбранного операционного режима и подачу теплонесущей рабочей среды, циркулирующей в тепловом насосе, в накопительный бак дополнительного контура, а затем из бака теплопотребителю, причем теплообменник является кожухотрубчатым теплообменником.

Настоящее изобретение относится к способу циркуляции воды внутри трубопровода. В заявленном способе труба (110) введена в трубопровод (100) до передней стороны клапана (400), этим формируя двойной канал, и введенная труба (110) соединена с выходным отверстием (320) циркуляционного насоса (300) внутри трубопровода (180), и фланец (160), соединенный с трубопроводом (100), и фланец (360), соединенный с трубопроводом (180), закреплены болтами (140), и труба (120) введена в трубопровод (130) в накопитель горячей воды (200) котла и затем соединена с входным отверстием (330) насоса (300), и фланец (170), соединенный с трубопроводом (130), и фланец (370), соединенный с трубопроводом (180), закреплены болтами (150), и когда насос (300) эксплуатируется в автоматическом или ручном режиме по значению сигнала бойлера, вода циркулирует внутри трубопровода (130), трубопровода (180) и трубопровода (100), соединенного с накопителем горячей воды (200).

Изобретение относится к области теплоснабжения, а именно к системам отопления и горячего водоснабжения. Комбинированная система отопления и горячего водоснабжения с глубокой утилизацией тепла продуктов сгорания котла содержит: топливный котел; подключенный к нему водогрейный бойлер, соединенный с системой ГВС; конденсационный теплообменник, размещенный в газоходе за котлом или в его хвостовой части с возможностью байпасирования части горячих продуктов сгорания; трубопроводы прямой и обратной сетевой воды и воды системы горячего водоснабжения, при этом, с целью повышения тепловой экономичности и снижения вредных выбросов за счет стабильной и полной глубокой утилизации тепла продуктов сгорания котла, вход конденсационного теплообменника подключен к исходной холодной воде ГВС, а трубопровод на выходе теплообменника снабжен автоматическим трехходовым клапаном, соединенным с потребителем горячей воды и с бойлером. Кроме того, тепловую мощность котла регулируют с приоритетом на отопление, т.е. в первую очередь покрывают отопительную нагрузку, при этом поддерживают расход воды на конденсационный теплообменник - по реальной потребности ГВС, температуру нагрева воды не регулируют, а ограничивают ее верхний предел 60-65°С. Цель изобретения - повышение тепловой экономичности и снижение вредных выбросов за счет стабильной и полной глубокой утилизации тепла продуктов сгорания. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Наверх