УСТАНОВКА УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА В БЛОКЕ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРА С СИСТЕМОЙ ОЧИСТКИ ГАЗОВ Российский патент 1997 года по МПК F22B33/18 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в установках, работающих на природном газе.

Известна котельная установка, состоящая из последовательно расположенных двух поверхностных теплообменников для утилизации тепла уходящих газов, в которых охлаждающей средой является исходная водопроводная вода и имеющая дополнительный циркуляционный контур по исходной воде (а.с. СССР N 1402755 от 15.06.88 г. бюл. N 22, МКИ F 22 B 33/18).

Недостатком этого аналога является наличие дополнительного оборудования
насосов, сложность системы регулирования, отсутствие использования низкотемпературного дутьевого воздуха для утилизации тепла уходящих газов, зависимость степени охлаждения дымовых газов от количества исходной водопроводной воды и, как следствие, недостаточное глубокое охлаждение газов.

Известна установка утилизации тепла дымовых газов после газовой турбины, состоящая из ряда последовательно установленных поверхностных теплообменников и контактного нагревателя (а.с. СССР N 1828988 от 23.07.93 г. бюл. N 27, МКИ F 22 B 1/18).

Недостатками известного устройства являются отсутствие очистки газов, следовательно, в схеме утилизации тепла проходят активные процессы коррозии, имеется сложная система регулирования процесса и дополнительное оборудование (насосы, конденсатор, фильтр, бак), а также не используется низкопотенциальное тепло наружного воздуха, подаваемого на горение газа.

Известна установка утилизации тепла с очисткой дымовых газов, состоящая из теплогенератора, дымососа, каталитического реактора с подогревом газов, газового теплообменника рекуперативного типа, воздухоподогревателя дутьевого воздуха на теплогенератор, дымовой трубы. Эта установка взята нами за прототип /1/.

Недостатком прототипа является то, что для утилизации тепла уходящих газов не используется относительно низкотемпературная жидкая среда или вода, возвращающаяся от потребителя тепла к источнику тепла. Вследствие этого не может быть глубокого охлаждения дымовых газов.

Целью изобретения является создание установки с более эффективной утилизацией тепла, большей мощности с использованием теплоносителя, который идет от потребителя.

Эта цель достигается с помощью признаков, изложенных в формуле изобретения.

Установка для утилизации тепла содержит теплогенератор и ряд последовательно установленных системы очистки газов, дымососа, воздухоподогревателя и системы воздуховодов, газоходов и газопроводов. Кроме того, она дополнительно содержит регулятор нагрузки, установленный на газопроводе подачи газов на систему очистки, поверхностный теплообменник, систему трубопроводов, калорифер предварительного подогрева наружного воздуха, подключенный к трубопроводам обратной сетевой воды, установленный перед воздухоподогревателем, контактный теплообменник, поверхности нагрева которого разделены на три ступени и подключены соответственно к трубопроводам обратной сетевой воды, к трубопроводам охлажденной сетевой воды после калорифера и трубопроводам холодной водопроводной воды. В установке система трубопроводов включает трубопровод, подающий воду контактного теплообменника в подпиточный трубопровод, трубопроводы сетевой, исходной воды для водоподготовки.

Далее раскрывается причинно-следственная связь отличительных существенных признаков с достигаемой целью:
снабжение установки регулятором нагрузки, установленным на газопроводе, подающем газ в систему очистки газов, который включается после того, как нагрузка теплогенератора достигала максимума. Это позволяет получить дополнительную тепловую нагрузку, которая достигается за счет утилизации дополнительного количества дымовых газов, получаемых в системе очистки газов;
снабжение установки калорифером, установленным перед воздухоподогревателем, дает возможность использовать низкопотенциальное тепло холодного воздуха;
снабжение установки системой трубопроводов позволяет увеличить полезную теплоотдачу уходящих газов потребителю тепла, что увеличивает в целом мощность установки и КПД;
снабжение установки контактным теплообменником, установленным после дымососа с использованием низкопотенциального тепла холодной водопроводной воды, охлажденной в калорифере сетевой водой и обратной сетевой водой, позволяет увеличить дополнительную мощность и повысить эффективность использования тепла уходящих газов;
снабжение установки поверхностным теплообменником дает возможность снизить температуру уходящих газов, что увеличивает в целом мощность установки и КПД.

На чертеже изображена схема установки утилизации тепла.

Установка состоит из теплогенератора 1, системы очистки газов 2, выполненной в виде системы каталитического восстановления оксидов азота (NSCR), калорифера подогрева дутьевого воздуха 3, воздухоподогревателя 4, дутьевого вентилятора 5, поверхностного теплообменника 6, контактного теплообменника с активной насадкой 7, дымососа 8, выхлопного патрубка 9, горелочного устройства 10 теплогенератора 1. Кроме того, в схему установки включены следующие элементы, относящиеся к общей типовой системе источника тепла: система химводоочистки 11, деаэратор 12, подпиточный насос 13, сетевой насос 14, секущая задвижка 15, рециркуляционный насос 16, трубопроводы 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, газопроводы 34, 35, регулятор нагрузки 36, воздуховоды 37, газоходы 38. Система трубопроводов разделена на трубопроводы сетевой воды 17, 18, 19, 20, 23, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33 и исходной воды 21, 22 для водоподготовки, а также трубопроводы подпиточной воды 24, 25.

Установка работает следующим образом.

Дымовые газы из теплогенератора 1 проходят через систему очистки 2, где они полностью очищаются от окислов азота NO и CO, при этом температура газов повышается до величины 400 ^o-700 ^oC. Далее дымовые газы сначала охлаждаются дутьевым воздухом в воздухоподогревателе 4, а затем охлаждаются обратной сетевой водой из тепловой сети в поверхностном теплообменнике 6. После этого дымососом 8 дымовые газы подаются в контактный теплообменник с активной насадкой 7 и выбрасываются через выхлопной патрубок 9 выше кровли здания, с ориентировочной температурой 40 ^o-50 ^oC.

Обратная сетевая вода из тепловой сети подается на всас сетевого насоса 14 по трубопроводу 30, затем сетевым насосом 14 подается:
по трубопроводу 17 на систему орошения контактного теплообменника 7;
по трубопроводу 18 на первую ступень теплообменника 7;
по трубопроводу 19 на калорифер 3 нагрева дутьевого воздуха и, охладившись, подается на вторую ступень теплообменника 7 по трубопроводу 20. Подогретая в первой и второй ступени теплообменника 7 обратная сетевая вода смешивается в трубопроводе 23. Далее обратная сетевая вода смешивается с водой, подаваемой рециркуляционным насосом 16 по трубопроводу 31 в трубопроводе 26, где ее температура постоянно поддерживается на уровне 70 ^oC.

После этого обратная сетевая вода направляется по трубопроводу 27 в поверхностный теплообменник 6, по трубопроводу 32 в теплогенератор 1. Нагретая подающая сетевая вода, поступая по трубопроводам 28 и 29, смешивается в трубопроводе 33 и поступает к потребителям тепла. Вода из контактного теплообменника 7 поступает в подпиточный трубопровод 25. Поддержание постоянной температуры воды на входе в теплогенератор 1 и теплообменник 6 на уровне 70 ^oC позволяет избежать конденсации водяных паров в дымовых газах, т.е. обеспечить "сухой" режим работы этого оборудования. Топливный газ подается в горелочное устройство 10 теплогенератора 1 по газопроводу 34, а в систему очистки газов 2 по газопроводу 35 через регулятор нагрузки 36.

Холодный воздух, забираемый снаружи здания, подается дутьевым вентилятором 5 в калорифер 3, где, нагревшись до положительной температуры обратной сетевой водой, подаваемой трубопроводом 19, поступает в воздухоподогреватель 4 и, нагретый до более высокой температуры, подается в горелочное устройство 10 и систему очистки газов 2 теплогенератора 1. Холодная водопроводная вода поступает по трубопроводу 21 на третью ступень теплообменника 7, где нагревается до температуры около 40 ^oC и подается в систему химводоочистки 11 и далее в деаэратор 12. Вода из теплообменника 7 собирается в его нижней части, отводится из него по трубопроводу 24, смешивается с подпиточной водой трубопровода 25 и подается насосом 13 на подпитку тепловой сети.

Сочетание в данной схеме максимально возможного использования низкопотенциального тепла даже в отсутствии на источнике тепла централизованного горячего водоснабжения с системой очистки позволяет обеспечить:
возможность доведения тепловой мощности установки до 140 от расчетной максимальной тепловой мощности теплогенератора за счет создания дополнительной тепловой мощности в системе очистки газов и дальнейшего, глубокого охлаждения уходящих газов в системе утилизации;
глубокое охлаждение дымовых газов ориентировано до 10 ^o-50 ^oC и тем самым использовать скрытую теплоту парообразования паров воды в газах и достигнуть КПД установки в целом около 98 относительно рабочей низкой температуры сгорания топлива;
отсутствие активной коррозии оборудования, газоходов, воздухоприводов и трубопроводов ввиду неагрессивности дымовых газов увеличивает срок их эксплуатации;
не требуется дымовая труба ввиду отсутствия вредных веществ в уходящих газах, достаточно невысокого патрубка над кровлей здания;
снабжение установки трубопроводом, подающим воду из контактного теплообменника в подпиточный трубопровод, снижает расход воды на подпитку и сброс загрязненных стоков от химводоочистки.

Кроме того, в данной установке отсутствует дополнительное оборудование насосы, баки, фильтры, кроме непосредственно теплообменников, осуществляющих отбор тепла. В схеме имеются только насосы, устанавливаемые на любом источнике тепла.

Использование: в теплоэнергетике, в установках, работающих на природном. Сущность изобретения: установка утилизации тепла в блоке теплогенератора с системой очистки газов содержит теплогенератор и ряд последовательно установленных систему очистки газов дымососа, воздухоподогревателя, а также системы воздуховодов, газоходов и газопроводов, дополнительно снабжена регулятором нагрузки, установленным на газопроводе подачи газов в систему очистки, поверхностным теплообменником, системой трубопроводов, калорифером подогрева наружного воздуха, подключенным к трубопроводам обратной сетевой воды, установленного перед воздухоподогревателем, и контактным теплообменником, поверхности нагрева которого разделены на три ступени и подключены соответственно к трубопроводам обратной сетевой воды, к трубопроводам охлажденной сетевой воды после калорифера и трубопроводам холодной водопроводной воды. Система трубопроводов включает трубопровод, подающий воду из контактного теплообменника в подпиточный трубопровод, а также трубопроводы сетевой и исходной воды для водоподготовки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка утилизации тепла в блоке теплогенератора, содержащая теплогенератор и установленные в газоходе последовательно дымосос и теплообменные секции, одна из которых выполнена контактной, а также систему воздуховодов и трубопроводов обратной сетевой воды и и холодной воды, отличающаяся тем, что она снабжена системой очистки газа с регулятором нагрузки, установленным на газопроводе подачи газов в систему очистки, воздухоподогревателем, калорифером подогрева наружного воздуха, подключенным к трубопроводам обратной сетевой воды и установленным перед воздухоподогревателем, а поверхности нагрева упомянутого контактного теплообменника разделены на три ступени и подключены соответственно к трубопроводам обратной сетевой воды, к трубопроводам охлажденной сетевой воды после калорифера и к трубопроводам холодной водопроводной воды. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что система трубопроводов включает трубопровод, подающий воду из контактного теплообменника в подпиточный трубопровод, а также трубопроводы сетевой и исходной воды для водопровода.