КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2000 года по МПК F22B33/18 

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

Известна котельная установка, содержащая паровой котел с дымососом и термический деаэратор питательной воды с патрубком отвода выпара, подключенным к всасывающей стороне дымососа (см. авторское свидетельство СССР N 600350, F 22 B 33/18, 1978).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известной котельной установки, относится пониженная экономичность, так как в ней не используется теплота уходящих газов и выпара деаэратора.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является котельная установка (см. авторское свидетельство СССР N 892118, кл. F 22 B 33/18), включающая паровой котел, дымосос, систему химводоочистки, насос, термический деаэратор питательной воды с патрубком отвода выпара, подключенным трубопроводом к всасывающему патрубку дымососа, два газовых контактных теплообменника, один из которых установлен в газоходе на всасывающей стороне дымососа, а второй на напорной и принятая за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известной установки, принятой за прототип, относится то, что известная котельная установка обладает пониженной экономичностью из-за повышенных капитальных вложений на сооружение и эксплуатационных затрат на обслуживание контактных теплообменников, а подача выпара деаэратора во всасывающий патрубок дымососа снижает надежность работы дымососа. Кроме того, вода, нагретая в контактных теплообменниках, поглощает большое количество углекислого газа CO₂. Для снижения содержания свободного CO₂ нагретую контактным способом питательную воду котла предварительно перед подачей на химводоочистку требуется дегазировать (см. Аронов И.З. Контактный нагрев воды продуктами сгорания природного газа. - Л.: Недра, 1990, с. 37), что обусловливает дополнительные капитальные вложения и эксплуатационные затраты.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для обеспечения экономичности и надежности работы котельной установки целесообразнее предварительно перед подачей на химводоочистку сырую воду нагревать в конденсационном поверхностном теплообменнике-теплоутилизаторе, при использовании которого уходящие продукты сгорания также охлаждаются ниже температуры точки росы и из них происходит частичная конденсация водяных паров, но при этом нагреваемый теплоноситель не соприкасается с продуктами сгорания. В этом случае исключается предварительная перед подачей на химводоочистку дегазация нагретой воды, а также необходимость повышения мощности дымососа для транспортировки продуктов сгорания через теплообменник-утилизатор, так как создаваемое им дополнительное аэродинамическое сопротивление незначительно и преодолевается за счет уменьшения объема и увеличения плотности продуктов сгорания вследствие снижения их температуры и выпадения части водяных паров в виде конденсата. Для интенсификации теплообмена необходимо использовать эффект совокупности действий глубокого охлаждения продуктов сгорания и дополнительного орошения наружной поверхности теплообменника выпаром деаэратора.

Технический результат - повышение экономичности и надежности работы котельной установки.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известной котельной установке содержится паровой котел, дымосос, система химводоочистки, насос, термический деаэратор питательной воды с патрубком отвода выпара. Особенность заключается в том, что установка снабжена водяным экономайзером, кожухотрубным теплообменником, сборным конденсатным баком и конденсационным поверхностным теплообменником-утилизатором теплоты продуктов сгорания, установленным в основном газоходе на всасывающей стороне дымососа. Кроме того, особенность установки заключается в том, что в основном газоходе дополнительно установлены сборник конденсата уходящих продуктов сгорания с гидравлическим затвором и сепарационное устройство-каплеуловитель. Кроме того, особенность установки заключается в том, что патрубок отвода выпара деаэратора подключен трубопроводом к основному газоходу перед теплообменником-утилизатором.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленной установке, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленной установки. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:
- дополнение известного средства какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;
- замена какой-либо части (частей) известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
- исключение какой-либо части (элемента) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата (упрощение, уменьшение массы, габаритов, материалоемкости, повышение надежности и пр.);
- увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов;
- выполнение известного средства или его части (частей) из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала;
- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи, либо изменении ее вида. Имеется ввиду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На чертеже представлена схема котельной установки.

Котельная установка содержит паровой котел 1, водяной экономайзер 2, термический деаэратор 3 питательной воды с патрубком 4 отвода выпара, подключенным трубопроводом 5 к основному газоходу 6, перед конденсационным поверхностным теплообменником-утилизатором 7 теплоты продуктов сгорания, кожухотрубный теплообменник 8, сборный конденсатный бак 9 с насосом 10, дымосос 11, систему 12 химводоочистки, байпасный газоход 13. В основном газоходе дополнительно установлены сборник 14 конденсата продуктов сгорания с гидравлическим затвором 15 и сепарационное устройство-каплеуловитель 16.

Работа котельной установки осуществляется следующим образом.

Продукты сгорания природного газа после котла 1 проходят водяной экономайзер 2, охлаждаются до 140-160^oC и затем разделяются на две части. Первая часть (около 80%) продуктов сгорания по основному газоходу 6 поступает в конденсационный поверхностный теплообменник-утилизатор 7, остальная часть (около 20%) направляется в байпасный газоход 13. В теплообменнике-утилизаторе 7 осуществляется глубокое охлаждение продуктов сгорания до 35-40^oC, при этом происходит конденсация части содержащихся в них водяных паров. Таким образом полезно используется как физическая теплота дымовых газов, так и скрытая теплота конденсации части содержащихся в них водяных паров. Затем охлажденные продукты сгорания проходят сепарационное устройство-каплеуловитель 16, где от газов отделяется капельная влага, смешиваются с проходящими по байпасному газоходу 13 неохлажденными продуктами сгорания, подсушиваются и при 65-70^oC дымососом 11 отводятся через дымовую трубу в атмосферу.

Исходная сырая вода подогревается в теплообменнике-утилизаторе 7, после чего последовательно проходит систему 12 химводоочистки, термический деаэратор 3, водяной экономайзер 2 и подается на подпитку в паровой котел 1. Часть подогретой в утилизаторе 7 воды может подаваться к внешнему потребителю (на чертеже не показан).

Основной поток вырабатываемого в котле 1 пара поступает в кожухотрубный теплообменник 8, где в процессе охлаждения конденсируется, конденсат отводится в сборный конденсатный бак 9. Часть пара подается в деаэратор 3 для дегазации химически очищенной подпиточной воды и конденсата, поступающего в деаэратор из бака 9.

Конденсат (обессоленная вода) продуктов сгорания собирается в сборнике 14 и через гидравлический затвор 15 непрерывно отводится в бак 9, где смешивается с основным объемом конденсата, поступающего из теплообменника 8. Из бака 9 конденсат подается насосом 10 в деаэратор 3.

Выпар термического деаэратора 3 через патрубок 4 по трубопроводу 5 поступает в основной газоход 6 к теплообменнику-утилизатору 7. На наружной поверхности теплообменника 7 выпар охлаждается, при этом дополнительно интенсифисируется теплообмен за счет конденсации выпара и орошения поверхности теплообменника. Затем выпар совместно с конденсатом продуктов сгорания поступает в сборник 14 и через гидравлический затвор 15 непрерывно отводится в бак 9.

Снабжение установки конденсационным поверхностным теплообменником-утилизатором позволяет исключить предварительную дегазацию подпиточной воды и снизить капитальные вложения и эксплуатационные затраты, подключение патрубка отвода выпара термического деаэратора к основному газоходу на входе в теплообменник-утилизатор позволяет утилизировать выпар деаэратора и интенсифицировать теплообмен за счет эффекта совокупности действий глубокого охлаждения продуктов сгорания и дополнительного орошения наружной поверхности теплообменника-утилизатора выпаром, а также улучшить условия работы дымососа, что повышает экономичность и надежность работы котельной.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной установки следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленную установку при осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в энергетике;
- для заявленной установки в том виде, как она охарактеризована в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность ее осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Котельная установка предназначена для использования в энергетике при работе на природном газе. Котельная установка содержит паровой котел, водяной экономайзер, термический деаэратор питательной воды, кожухотрубный теплообменник, конденсатный бак с насосом, дымосос, систему химводоочистки, байпасный газоход. Установка также снабжена конденсационным поверхностным теплообменником-утилизатором, а патрубок отвода выпара термического деаэратора подключен к основному газоходу на входе в теплообменник-утилизатор, что позволяет исключить предварительную дегазацию подпиточной воды, утилизировать выпар деаэратора и интенсифицировать теплообмен в теплообменнике-утилизаторе, а также улучшить условия работы дымососа, при этом повышается экономичность и надежность в работе котельной установки. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Котельная установка, содержащая паровой котел, дымосос, систему химводоочистки, насос, термический деаэратор питательной воды с патрубком отвода выпара, отличающаяся тем, что установка снабжена водяным экономайзером, кожухотрубным теплообменником, сборным конденсатным баком и конденсационным поверхностным теплообменником-утилизатором теплоты продуктов сгорания, установленным в основном газоходе на всасывающей стороне дымососа. 2. Котельная установка по п.1, отличающаяся тем, что в основном газоходе дополнительно установлены сборки конденсата уходящих продуктов сгорания с гидравлическим затвором и сепарационное устройство-каплеуловитель. 3. Котельная установка по п.1, отличающаяся тем, что патрубок отвода выпара деаэратора подключен трубопроводом к основному газоходу перед теплообменником-утилизатором.