ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 1999 года по МПК F22B1/18 F23L15/04 

Изобретение относится к котельной технике, в которой в качестве топлива используется природный газ и жидкое топливо.

Известна установка утилизации тепла продуктов сгорания [1], содержащая газоход с последовательно установленными в нем по ходу газов испарителем, совмещенным с оросителем, конденсатором и доохладителем, дополнительно соединенным с дымовой трубой.

Известен воздухоподогреватель [2], теплообменные трубы которого снабжены щелевыми отверстиями, расположенными продольными рядами в шахматном порядке в упомянутой заостренной зоне, а вентилятор размещен после пучка труб по ходу воздуха.

Известна утилизационная установка [3], принятая за прототип, включающая конденсационную ступень с расположенным под ней сборником конденсата и трубопроводом перелива, связанные через теплообменник перегрева с дымососом и дымовой трубой.

В известных установках продукты сгорания с температурой, примерно равной 250^oC, подогревают в теплообменнике перегрева отходящие газы после утилизационной установки. Этот перегрев устраняет конденсацию влаги на поверхностях газохода и дымовой трубы.

После теплообменника перегрева продукты сгорания попадают в испаритель, в котором они насыщаются и охлаждаются конденсатом, падающим из конденсационной части теплообменника. Конденсация водяных паров из парогазовой смеси сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования вследствие использования в качестве нагреваемой среди холодной воды. Затем охлажденные дымовые газы проходят сепаратор и поступают на теплообменник перегрева.

Процесс конденсации водяных паров из продуктов сгорания при сжигании природного газа и жидкого топлива наступает по достижении температуры уходящих газов 50-70^oC. Их повышенный температурный уровень автоматически приводит к конвективному теплообмену, что резко снижает эффективность теплоотдачи продуктов сгорания теплообменным поверхностям.

Наличие в уходящих газах SO₂ и SO₃ приводит к образованию кислой среды, что снижает продолжительность срока эксплуатации.

При использовании утилизационной установки для нагрева воздуха коэффициент теплопередачи конденсационной и конвективной ступеней резко падает. В этом случае пропорционально увеличиваются площади их теплопередающей поверхности.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в устранении указанных недостатков.

Технический результат достигается тем, что воздухоподогреватель представлен U-образной компоновкой, где в его левой ветви по ходу движения уходящих газов установлена испарительная ступень, над которой расположены верхний насадок и трубопроводы непрерывной и периодической продувок, в нижней части - водовоздушный теплообменник, размещенный в объеме сборника конденсата, имеющего трубопровод очистки, и соединяющий испарительную ступень с наводящимися в правой ветви нижним насадком и конденсационной ступенью, на входе в которую по воздушной стороне разрешены вентилятор с трубопроводам выпара и впрыска воды, причем последний подключен также к водовоздушному теплообменнику и испарительной ступени.

На чертеже изображен воздухоподогреватель, где 1 - водовоздушный теплообменник, 2 - трубопровод впрыска воды, 3 - испарительная ступень, 4 - вентилятор, 5, 13 - верхний и нижний насадки, 6, 7, 12 - трубопроводы непрерывной, периодической продувок и выпара деаэратора, 8 - теплообменник перегрева, 9 - дымосос, 10 - дымовая труба, 11 - конденсационная ступень, 14 - сборник конденсата, 15, 16 - трубопроводы перелива и очистки.

Водовоздушный теплообменник 1, теплообменник перегрева 8, испарительная 3 и конденсационная 11 ступени рассчитываются по конкретным исходным данным. На основании результатов теплотехнического и аэродинамического расчетов определяются их физические размеры.

Верхний 5 и нижний 13 насадки состоят из элементов в виде колец Рашига.

Трубопроводы выпара деаэратора 12 непрерывной 6 и периодической 7 продувок соответственно соединены с выпуском выпара после охладителя выпара с трубопроводом выхода непрерывной продувки после охладителя непрерывной продувки с трубопроводом сброса периодической продувки перед барботажем (не показан). Так как в месте подвода трубопровода 12 выпара всегда по условию нормальной работы имеется некоторое разрежение, то в деаэраторе технологический процесс не будет нарушен. Для поступления непрерывной продувки в теплоутилизационное устройство сепаратор и охладитель непрерывной продувки необходимо размещать выше, чем трубопровод 6 непрерывной продувки.

В сборнике конденсата 14 верхний уровень конденсата соответствует отметке трубопровода перелива 15, под которой размещен водовоздушный теплообменник 1.

Предлагаемый воздухоподогреватель может быть установлен сразу после котлоагрегата или штатного экономайзера. В обоих случаях он работает следующим образом.

Продукты сгорания поступают в теплообменник перегрева 3, в котором они подогревают уходящие газы для того, чтобы из них не было конденсации водяных паров до выхода из дымовой трубы 10.

После теплообменника 3 продукты сгорания орошаются водой из трубопроводов 6, 7. Верхний насадок 5 способствует более равномерному распределению орошаемой воды и ее частичному испарению. Процесс испарения воды продолжается на теплообменных поверхностях испарительной ступени 3, что приводит к резкому увеличению коэффициента теплоотдачи с газовой стороны по сравнению с чисто конвективным теплообменом. В силу того, что сбрасываемые потоки имеют pH > 7, то они определенным образом нейтрализуют влияние образующихся кислот при диссоциации с водой CO₂, SO₂, SO₃.

Обогащенные водяными парами в испарительной ступени 3 уходящие газы проходят нижний насадок 13, в котором они еще дополнительно насыщаются испарившимся конденсатом, образующимся на теплообменных поверхностях конденсационной ступени 11. Передача теплоты в ней со стороны продуктов сгорания так же эффективна, как и в испарительной ступени 3, так как там протекает обратный по направлению фазовый переход воды. Обезвоженные продукты сгорания удаляются с температурой 20-30^oC через теплообменник 8 дымососом 9 в дымовую трубу 10.

Неиспарившаяся вода после испарительной ступени 3 и конденсат, стекающий из конденсационной ступени 11, попадают в сборник конденсата 14 с температурой выше 80^oC. Ее охлаждение ниже 50^oC осуществляет водовоздушный теплообменник 1. Конденсат из сборника конденсата 14 постоянно сливается через гидрозатвор по трубопроводу 15 в барбатер. По трубопроводу 16 шлам периодически удаляется в барбатер.

Воздух при нагреве последовательно проходит конденсационную ступень 11, водовоздушный теплообменник 11 и испарительную ступень 3. На всасе вентиляторе 4, размещенного на входе в конденсационную ступень 11, создается пониженное давление, что гарантирует поступление выпара из деаэратора. Он подогревает поток наружного воздуха. Дозированные впрыски воды перед каждой теплообменной поверхностью создают пленку жидкости, которая испаряется вследствие передачи теплоты от уходящих газов. Фазовый переход жидкости в парообразное состояние увеличивает коэффициент теплоотдачи по воздушной стороне, что приближает его к значению газовой стороны.

Наличие повышенного количества водяных паров в воздухе, подаваемом на горение, благоприятно влияет на снижение окислов азота, образующихся в горелочном устройстве.

Предлагаемое комбинированное теплоутилизационное устройство обладает следующими преимуществами.

Помимо полезного использования низкопотенциальной теплоты уходящих газов возможна утилизация технологических выбросов котельной в виде пара и горячей воды,
- в предлагаемом устройстве для защиты от низкотемпературной коррозии используются технологические выбросы котельной,
- переход в испарительной ступени от чисто конвективного к конвективно-испарительному типу теплообмена позволяет снизить в несколько раз площадь теплопередающей поверхности,
- утилизация теплоты технологических выбросов котельной устраняет подачу водопроводной воды для их охлаждения в барбатере,
- впрыск воды в нагреваемый воздух снижает в несколько раз площадь теплопередающей поверхности относительно чисто конвективного типа теплоотдачи с воздушной стороны,
- подача водяных паров с воздухом на горение способствует снижению образования окислов азота на 20%.

Использование: в котельной технике, в которой в качестве топлива применяют природный газ или жидкое топливо. Сущность изобретения: интенсификация процесса теплообмена, устранение влияния низкотемпературной коррозии обеспечиваются тем, что воздухоподогреватель представлен U-образной компоновкой, где в его левой ветви по ходу движения уходящих газов установлена испарительная ступень 3, над которой расположены верхний насадок 5 и трубопроводы 6, 7 непрерывной и периодической продувок, в нижней части - водовоздушный теплообменник 1, размещенный в объеме сборника конденсата 14, имеющего трубопровод очистки 16, и соединяющий испарительную ступень 3 с находящимися в правой ветви нижним насадком 13 и конденсационной ступенью 11, на входе в которую по воздушной стороне размещены вентилятор 4 с трубопроводами 12, 2 выпара и впрыска воды, причем последний подключен также к водовоздушному теплообменнику 1 и испарительной ступени 3. 1 ил.

Воздухоподогреватель, содержащий конденсационную ступень с расположенным под ней сборником конденсата и трубопроводом перелива, связанные через теплообменник перегрева с дымососом и дымовой трубой, отличающийся тем, что он представлен U-образной компоновкой, где в его левой ветви по ходу движения уходящих газов установлена испарительная ступень, над которой расположены верхний насадок и трубопроводы непрерывной и периодической продувок, в нижней части - водовоздушный теплообменник, размещенный в объеме сборника конденсата, имеющего трубопровод очистки, и соединяющий испарительную ступень с находящимися в правой ветви нижним насадком и конденсационной ступенью, на входе в которую по воздушной стороне размещены вентилятор с трубопроводами выпара и впрыска воды, причем последний подключен также к водовоздушному теплообменнику и испарительной ступени.