СПОСОБ НАГРЕВА ВОДЫ Российский патент 1995 года по МПК F22B33/18 

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к технике нагрева воды, и может быть использовано в котельных установках при нагреве воды до соответствующей барометрическому давлению температуры кипения с одновременной ее дегазацией.

Известен и широко применяется, в частности, при автономном теплоснабжении способ нагрева воды, при котором исходную воду нагревают в водонагревательном устройстве (котле) при подводе тепла извне, нагретую воду подают в расширительный бак, откуда затем направляют ее потребителю.

Чем ближе температура воды в расширительном баке к температуре кипения при данном атмосферном (барометрическом) давлении, тем полнее идет процесс дегазации воды.

Однако указанный способ использовать невыгодно при нагреве воды до температуры кипения, поскольку образующийся при этом пар является прямыми тепловыми потерями процесса, а нарушение режима может привести к бурному парообразованию и росту давления воды в водонагревателе. Поэтому температуру нагрева воды при использовании описанного способа поддерживают на уровне 95^оС, что недостаточно для полной дегазации воды при атмосферном (барометрическом) давлении.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ нагрева воды с одновременной ее дегазацией до соответствующей барометрическому давлению температуры кипения путем подогрева воды при давлении выше барометрического до температуры, превышающей температуру кипения при барометрическом давлении, с последующим расширением при барометрическом давлении и утилизацией теплоты образовавшегося при расширении воды выпара.

Указанный способ имеет недостатки, вызванные отсутствием механизма регулирования количества подводимого воде тепла, так как в котле, непосредственно сообщенном с атмосферой, давление всегда равно барометрическому, а при наличии гидростатического столба к барометрическому давлению добавляется гидростатическое, и при этом возможный перерасход подводимого тепла по достижении температуры кипения не сопровождается дальнейшим повышением температуры нагрева воды, а приводит к увеличению выпара, величина которого может стать неконтролируемой.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является обеспечение надежного и эффективного регулирования количества подведенного к воде тепла при возможных изменениях барометрического давления, а также расхода и температуры исходной воды, поступающей на нагрев. Эффект дегазации воды при применении изобретения на всех режимах работы остается постоянным, заранее определенным выбором оборудования и предшествующей наладкой.

Поставленная цель решается тем, что в способе нагрева воды с одновременной ее дегазацией до соответствующей барометрическому давлению температуры кипения путем подогрева воды при давлении выше барометрического до температуры, превышающей температуру кипения при барометрическом давлении, с последующим расширением при барометрическом давлении и утилизацией тепла, образовавшегося при расширении воды выпара, нагрев воды ведут при постоянном избыточном давлении воды, равном гидростатическому, а тепло полученного при расширении воды выпара используют для предварительного нагрева части исходной воды, причем эта часть по отношению к общему потоку нагреваемой воды является постоянной при любых изменениях последнего, и количество подводимого к воде тепла регулируют путем поддержания постоянным перепада температур нагреваемой при утилизации тепла выпара части поступающей на нагрев воды.

Нагрев воды (подвод тепла к ней) при избыточном давлении, равном гидростатическому, дает возможность получить в котле нагретую воду без паровой фазы с температурой, несколько превышающей температуру кипения при данном барометрическом давлении. Эта вода, расширенная затем при барометрическом давлении, принимает температуру, равную температуре кипения, а излишки тепла, обусловленные ее начальным перегревом относительно барометрической температуры кипения, преобразуются в выпар, содержащий СО₂ и О₂, тепло которого затем утилизируют.

Использование при утилизации тепла выпара не всего потока нагреваемой воды, а лишь его части позволяет иметь более существенную разность температур на выходе и входе охлаждающей воды, что облегчает фиксацию температурного перепада, снижая влияние погрешности измерения.

Поддержание постоянным соотношения части потока воды, направляемого на утилизацию тепла выпара, и общего потока нагреваемой воды помогает на всех режимах (при различных величинах общего потока и исходной температуры воды) обеспечить одинаковый эффект дегазации воды путем регулирования количества подводимого к воде тепла.

Поддержание постоянным перепада температур на входе и выходе охлаждающей выпар воды путем регулирования подводимого к общему потоку воды тепла позволяет при соблюдении вышеперечисленных признаков иметь эффективную и надежную систему автоматического регулирования процессом, исключающую перерасход подводимого воде тепла.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, на котором изображена схема установки, обеспечивающей реализацию изобретения.

Установка содержит котел 1 атмосферного типа с греющей поверхностью 2, расширительный бак 3 и охладитель выпара 4 с охлаждающей поверхностью 5.

Трубопровод исходной воды 6 имеет отверстие, соединенное со входом охлаждающей поверхности 5 охладителя выпара 4, а охлаждающая поверхность 5 на выходе соединена трубопроводом 7 с трубопроводом исходной воды 6. Далее трубопроводы 6 и 7 объединены в трубопровод 9, подключенный к котлу 1. Трубопровод нагретой воды 10 соединяет котел 1 с расширительным баком 3, а трубопровод 11 соединяет расширительный бак 3 с охладителем выпара 4. Охладитель выпара 4 соединен с атмосферой дыхательной трубкой 12.

На схеме установки указаны и тепловые потоки при реализации изобретения:
W, кг/ч количество исходной поступающей на нагрев воды;
х часть от общего потока воды, направляемая на охлаждение выпара;
t_o, ^оС температура исходной воды, поступающей на нагрев;
t_кип^в, ^оС барометрическая температура кипения воды;
Δt, ^оС перепад температур между выходом и входом части потока воды, используемого для охлаждения выпара;
Q_пол, ккал/ч количество полезного подведенного к воде тепла.

Пример 1 осуществления способа.

Исходные данные.

Барометрическое давление, мм рт.ст. 780;
Барометрическая температура кипения t_кип^в, ^оС 100,3;
Расход исходной воды W, кг/ч 50000;
Температура исходной воды t_o, ^оС 70.

Часть воды, направляемая на охлаждение выпара х 0,4;
Перепад температур по охлаждающей воде на охладителе выпара 4 Δt, ^оС 5;
Высота уровня воды в расширительном баке 3 относительно уровня выхода нагретой воды из котла 1 ΔН_г, м-2;
Температура кипения при избыточном гидростатическом давлении воды ( при данном барометрическом давлении) t_кип^г, ^оС 105.

От исходного потока W 50000 кг/ч с температурой t_o 70^оС (количество тепла W˙t_o 50000 ˙70 3500000 ккал/ч), поступающего по трубопроводу 6, часть потока в количестве Х˙W 0,4˙50000 20000 кг/ч отводят на охлаждение выпара к охлаждающей поверхности 5 (количество тепла х˙ W˙ t_o 0,4 50000˙70 1 400 000 ккал/ч). На выходе из охлаждающей поверхности 5 охладителя выпара 4 вода имеет температуру t_o + Δt 70 + 5 75^oC и по трубопроводу 7 (количество тепла х˙ W(t_o + Δt) 0,4˙50000 (70 + 5) 1 500 000 ккал/ч) поступает на смешение с остатком исходной воды после ответвления от общего потока части воды на охлаждение выпара (количество тепла (1-х)˙W˙ t_o (1 0,4) ˙50000 ˙702 100 000 ккал/ч). После смешения потоков из трубопроводов 6 и 7 в трубопроводе 9 тепло воды, поступающей на нагрев в котел 1, равно W˙(t_o + x ˙Δt) 50000(70 + 0,4˙5)3600000 ккал/ч. Количество тепла на выходе из котла 1 (трубопровод 10) W(t_кип^в + х ˙Δt) 50000 (100,3 + 0,4 ˙5) 5 115 000 ккал/ч.

Количество полезно подведенного тепла в котле 1 Q_пол W˙(t_кип^в + х ˙Δt) W (t_o + +x ˙Δt) W˙(t_кип^в t_o) 50000(100,3-70)1˙515 000 ккал/ч. Количество тепла, направляемого потребителю из расширительного бака 3 t_кип^в 50000 100,3 5 015 000 ккал/ч.

Количество тепла в воде выпара, поступающее по трубопроводу 11 из расширительного бака 3 в охладитель выпара 4 х 10,4 50000 5 100 000 ккал/ч.

Примеры 2 и 3 осуществления способа приведены в таблице
Вентиль 8 служит для установки постоянной части потока воды, направляемого на охлаждение выпара, и во время работы установки он находится в неизменном отрегулированном при наладке положении.

Таким образом, предлагаемый способ нагрева воды позволяет надежно и эффективно производить регулирование количества подводимого к воде тепла при любых изменениях барометрического давления, расхода и температуры исходной воды, обеспечивая при этом постоянный заранее выбранный эффект дегазации.

Использование: в котельных установках при нагреве воды до соответствующей барометрическому давлению температуры кипения с одновременной дегазацией воды. Сущность изобретения: ведут подогрев воды при постоянном избыточном давлении, равном гидростатическому,до температуры, превышающей температуру кипения при бараметрическом давлении, с последующим расширением при барометрическом давлении, при этом тепло полученного при расширении воды выпара используют для предварительного нагрева части исходной воды, постоянной по отношению к общему потоку нагреваемой воды при любых изменениях последнего, а количество подводимого к воде тепла регулируют путем поддержания постоянным перепада температур нагреваемой при утилизации тепла выпара части поступающей на нагрев воды. 1 ил.

СПОСОБ НАГРЕВА ВОДЫ с одновременной ее дегазацией до соответствующей барометрическому давлению температуры кипения путем подогрева воды при давлении выше барометрического до температуры, превышающей температуру кипения при барометрическом давлении, с последующим расширением при барометрическом давлении и утилизацией теплоты образовавшегося при расширении воды выпара, отличающийся тем, что нагрев ведут при постоянном избыточном давлении воды, равном гидростатическому, а тепло полученного при расширении воды выпара используют для предварительного нагрева части исходной воды, причем эта часть по отношению к общему потоку нагреваемой воды постоянна при любых значениях последнего, а количество подводимого к воде тепла регулируют путем поддержания постоянным перепада температур нагреваемой при утилизации тепла выпара части поступающей на нагрев воды.