СПОСОБ РАБОТЫ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2022 года по МПК F22B33/18 

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

Известен аналог - способ работы котельной установки (см. патент РФ №2556478, БИ №19, 2015), по которому основной поток вырабатываемого в котле водяного пара направляют в кожухотрубный теплообменник для подогрева сетевой воды до температуры 110-120°С, нагретую в кожухотрубном теплообменнике сетевую воду направляют в подающий трубопровод системы теплоснабжения, а образующийся в кожухотрубном теплообменнике конденсат водяного пара отводят в сборный конденсатный бак, часть вырабатываемого в котле водяного пара подают в деаэратор для дегазации добавочной воды и конденсата, продукты сгорания после котла охлаждают в водяном экономайзере до температуры 140-160°С и по основному газоходу направляют в конденсационный поверхностный теплообменник-утилизатор теплоты продуктов сгорания, где за счет подачи исходной сырой воды осуществляют их глубокое охлаждение до температуры 35-40°С с конденсацией части содержащихся в уходящих продуктах сгорания водяных паров, охлажденные до температуры 35-40°С в конденсационном поверхностном теплообменнике-утилизаторе уходящие продукты сгорания подогревают до температуры 65-70°С сетевой водой из подающего трубопровода системы теплоснабжения в поверхностном теплообменнике, установленном в основном газоходе после конденсационного поверхностного теплообменника-утилизатора теплоты продуктов сгорания на всасывающей стороне дымососа, и через дымовую трубу отводят в атмосферу. Данный аналог принят за прототип.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что при реализации известного способа котельная установка обладает пониженной экономичностью и надежностью, так как не осуществляется поддержание на необходимом уровне температуры уходящих продуктов сгорания 35-40°С на выходе из конденсационного поверхностного теплообменника-утилизатора и 65-70°С перед дымовой трубой. В процессе работы котельной установки ее нагрузка может изменяться, при этом будет изменяться и расход уходящих продуктов сгорания через конденсационный поверхностный теплообменник-утилизатор и соответственно через поверхностный теплообменник. Так, при снижении нагрузки котельной установки расход уходящих продуктов сгорания через конденсационный поверхностный теплообменник-утилизатор и поверхностный теплообменник также снизится, при этом снизится и температура уходящих продуктов сгорания на выходе из поверхностного теплообменника (при неизменных расходах исходной сырой и сетевой воды), и может наступить такой режим работы котельной установки, когда продукты сгорания будут отводиться в атмосферу при температуре ниже 65-70°С. В этом случае в дымовой трубе будет осуществляться конденсация оставшихся водяных паров из уходящих продуктов сгорания, что снижает надежность котельной установки. При повышении нагрузки котельной установки расход уходящих продуктов сгорания через конденсационный поверхностный теплообменник-утилизатор и поверхностный теплообменник возрастет и может наступить такой режим работы котельной установки, когда температура уходящих продуктов сгорания на выходе из конденсационного поверхностного теплообменника-утилизатора превысит 35-40°С (при неизменном расходе исходной сырой воды), что снижает экономичность работы котельной установки.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для повышения экономичности и надежности работы котельной установки целесообразно осуществлять непрерывный контроль и поддерживать в соответствии с режимом работы котельной установки на заданном уровне 35-40°С температуру уходящих продуктов сгорания на выходе из конденсационного поверхностного теплообменника-утилизатора и на заданном уровне 65-70°С температуру подаваемых в дымовую трубу уходящих продуктов сгорания путем регулирования расхода исходной сырой воды, подаваемой в конденсационный поверхностный теплообменник-утилизатор, и расхода сетевой воды, подаваемой в поверхностный теплообменник. Для этого предлагается в котельной установке установить регулятор расхода исходной сырой воды, связанный с датчиком температуры уходящих продуктов сгорания на выходе из конденсационного поверхностного теплообменника-утилизатора и регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи исходной сырой воды в конденсационный поверхностный теплообменник-утилизатор, и регулятор расхода сетевой воды, связанный с датчиком температуры уходящих продуктов сгорания на входе в дымовую трубу и регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи сетевой воды в поверхностный теплообменник.

Технический результат - повышение экономичности и надежности работы котельной установки.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе работы котельной установки, по которому основной поток вырабатываемого в котле водяного пара направляют в кожухотрубный теплообменник для подогрева сетевой воды до температуры 110-120°С, нагретую в кожухотрубном теплообменнике сетевую воду направляют в подающий трубопровод системы теплоснабжения, а образующийся в кожухотрубном теплообменнике конденсат водяного пара отводят в сборный конденсатный бак, часть вырабатываемого в котле водяного пара подают в деаэратор для дегазации добавочной воды и конденсата, продукты сгорания после котла охлаждают в водяном экономайзере до температуры 140-160°С и по основному газоходу направляют в конденсационный поверхностный теплообменник-утилизатор теплоты продуктов сгорания, где за счет подачи исходной сырой воды осуществляют их глубокое охлаждение до температуры 35-40°С с конденсацией части содержащихся в уходящих продуктах сгорания водяных паров, охлажденные до температуры 35-40°С в конденсационном поверхностном теплообменнике-утилизаторе уходящие продукты сгорания подогревают до температуры 65-70°С сетевой водой из подающего трубопровода системы теплоснабжения в поверхностном теплообменнике, установленном в основном газоходе после конденсационного поверхностного теплообменника-утилизатора теплоты продуктов сгорания на всасывающей стороне дымососа, и через дымовую трубу отводят в атмосферу. Особенность заключается в том, что для исключения конденсации в дымовой трубе водяных паров, оставшихся в уходящих продуктах сгорания после их глубокого охлаждения до температуры 35-40°С, путем поддержания температуры уходящих продуктов сгорания перед дымовой трубой 65-70°С осуществляют непрерывный контроль и поддерживают на заданном уровне в соответствии с режимом работы котельной установки расход исходной сырой воды, подаваемой в конденсационный поверхностный теплообменник-утилизатор, посредством регулятора расхода исходной сырой воды, связанного с датчиком температуры уходящих продуктов сгорания, охлажденных в конденсационном поверхностном теплообменнике-утилизаторе до температуры 35-40°С, и регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи исходной сырой воды в конденсационный поверхностный теплообменник-утилизатор, и расход сетевой воды, подаваемой из подающего трубопровода системы теплоснабжения в поверхностный теплообменник, посредством регулятора расхода сетевой воды, связанного с датчиком температуры уходящих продуктов сгорания, подогретых в поверхностном теплообменнике до температуры 65-70°С, и регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи сетевой воды в поверхностный теплообменник.

На чертеже представлена схема котельной установки, реализующая предлагаемый способ.

Котельная установка содержит паровой котел 1, водяной экономайзер 2, деаэратор 3 питательной воды с патрубком 4 отвода выпара, подключенным трубопроводом 5 к основному газоходу 6, конденсационный поверхностный теплообменник-утилизатор 7 теплоты продуктов сгорания, кожухотрубный теплообменник 8 для подогрева сетевой воды, направляемой в подающий трубопровод 9 системы теплоснабжения, сборный конденсатный бак 10 с насосом 11, дымосос 12, систему 13 химводоочистки, поверхностный теплообменник 14, регулятор расхода 15 сетевой воды, связанный с датчиком 16 температуры уходящих продуктов сгорания, подогретых в поверхностном теплообменнике 14, и регулирующим органом 17 расхода сетевой воды, подаваемой в поверхностный теплообменник 14, регулятор расхода 18 исходной сырой воды, связанный с датчиком 19 температуры уходящих продуктов сгорания на выходе из конденсационного поверхностного теплообменника-утилизатора 7 теплоты продуктов сгорания и регулирующим органом 20 расхода исходной сырой воды, подаваемой в конденсационный поверхностный теплообменник-утилизатор 7. В основном газоходе дополнительно установлены сборник 21 конденсата водяных паров с гидравлическим затвором 22 и сепарационное устройство-каплеуловитель 23.

Способ работы котельной установки реализуется следующим образом.

Основной поток вырабатываемого в котле 1 водяного пара направляют в кожухотрубный теплообменник 8, где в процессе подогрева сетевой воды до температуры 110-120°С водяной пар конденсируется. Конденсат водяного пара из кожухотрубного теплообменника 8 отводят в сборный конденсатный бак 10, а нагретую в теплообменнике 8 сетевую воду направляют в подающий трубопровод 9 системы теплоснабжения. Часть вырабатываемого в котле 1 пара подают в деаэратор 3 для дегазации химически очищенной добавочной воды и конденсата, поступающего в деаэратор из бака 10.

Продукты сгорания природного газа после котла 1 проходят водяной экономайзер 2, где охлаждаются до 140-160°С, и затем по основному газоходу 6 поступают в конденсационный поверхностный теплообменник-утилизатор 7 теплоты продуктов сгорания. В теплообменнике-утилизаторе 7 осуществляют глубокое охлаждение продуктов сгорания до температуры 35-40°С, при этом происходит конденсация части содержащихся в газах водяных паров. Таким образом, полезно используют как физическую теплоту уходящих продуктов сгорания, так и скрытую теплоту конденсации части содержащихся в них водяных паров. Затем охлажденные продукты сгорания проходят сепарационное устройство-каплеуловитель 23, где от них отделяется капельная влага, и направляются в поверхностный теплообменник 14, в котором охлажденные продукты сгорания подогревают до температуры 65-70°С сетевой водой, поступающей из подающего трубопровода 9 системы теплоснабжения, и дымососом 12 отводят через дымовую трубу в атмосферу.

В процессе работы котельной установки осуществляют непрерывное измерение датчиком 19 температуры уходящих продуктов сгорания, охлажденных в конденсационном поверхностном теплообменнике-утилизаторе 7 до температуры 35-40°С. Сигнал от датчика 19 температуры уходящих продуктов сгорания поступает на вход регулятора 18, выход которого соединен с регулирующим органом 20 расхода исходной сырой воды, установленным на трубопроводе подачи исходной сырой воды в конденсационный поверхностный теплообменник-утилизатор 7 теплоты продуктов сгорания.

Кроме того, осуществляют непрерывное измерение датчиком 16 температуры уходящих продуктов сгорания, подогретых в поверхностном теплообменнике 14 до температуры 65-70°С. Сигнал от датчика 16 температуры уходящих продуктов сгорания поступает на вход регулятора 15, выход которого соединен с регулирующим органом 17 расхода сетевой воды, установленным на трубопроводе подачи сетевой воды в поверхностный теплообменник 14.

При возникновении ситуации, когда мощность котельной установки, расход и температура уходящих продуктов сгорания после конденсационного поверхностного теплообменника-утилизатора 7 и на входе в дымовую трубу отклоняются от заданных первоначальных значений, то по сигналу от датчика 19 регулятором 18 вырабатывается командный сигнал на изменение расхода исходной сырой воды, подаваемой в конденсационный поверхностный теплообменник-утилизатор 7 теплоты продуктов сгорания. Командный сигнал, вырабатываемый регулятором 18, воздействует на регулирующий орган 20, которым осуществляется изменение расхода исходной сырой воды, подаваемой в конденсационный поверхностный теплообменник-утилизатор 7. Новое значение расхода исходной сырой воды должно поддерживаться в соответствии с вновь заданной мощностью котельной установки такое, чтобы температура уходящих продуктов сгорания на выходе из конденсационного поверхностного теплообменника-утилизатора 7 была равна 35-40°С.

Кроме того, по сигналу от датчика 16 регулятором 15 вырабатывается командный сигнал на изменение расхода сетевой воды, подаваемой в поверхностный теплообменник 14. Командный сигнал, вырабатываемый регулятором 15, воздействует на регулирующий орган 17, которым осуществляется изменение расхода сетевой воды, подаваемой в поверхностный теплообменник 14. Новое значение расхода сетевой воды должно поддерживаться в соответствии с вновь заданной мощностью котельной установки такое, чтобы температура уходящих продуктов сгорания на входе в дымовую трубу была равна 65-70°С.

Исходная сырая вода подогревается в теплообменнике-утилизаторе 7, после чего последовательно проходит систему 13 химводоочистки, деаэратор 3, водяной экономайзер 2 и подается в паровой котел 1. Часть подогретой в теплообменнике-утилизаторе 7 воды может подаваться к внешнему потребителю (не показан).

Выпар деаэратора 3, состоящий из водяных паров и неконденсирующихся газов (в основном O₂, CO₂, N₂), через патрубок 4 по трубопроводу 5 поступает в основной газоход 6 к теплообменнику-утилизатору 7. На наружной поверхности труб теплообменника-утилизатора 7 выпар охлаждается, при этом из выпара конденсируются водяные пары. Конденсация водяных паров и орошение поверхности труб теплообменника-утилизатора 7 конденсатом дополнительно интенсифицируют теплообмен. Затем конденсат водяных паров выпара совместно с конденсатом водяных паров продуктов сгорания (обессоленной водой) поступает в сборник 21 и через гидравлический затвор 22 непрерывно отводится в бак 10, в котором смешивается с основным объемом конденсата, поступающего из кожухотрубного теплообменника 8. Из бака 10 конденсат насосом 11 подают в деаэратор 3.

Таким образом, снабжение котельной установки регулятором расхода исходной сырой воды, связанным с датчиком температуры уходящих продуктов сгорания на выходе из конденсационного поверхностного теплообменника-утилизатора и регулирующим органом расхода исходной сырой воды, подаваемой в конденсационный поверхностный теплообменник-утилизатор, а также регулятором расхода сетевой воды, связанным с датчиком температуры уходящих продуктов сгорания на входе в дымовую трубу и регулирующим органом расхода сетевой воды в поверхностный теплообменник, позволяет осуществлять регулирование и поддерживать на заданном уровне 35-40°С температуру уходящих продуктов сгорания на выходе из конденсационного поверхностного теплообменника-утилизатора и на уровне 65-70°С температуру уходящих продуктов сгорания на входе в дымовую трубу, что повышает экономичность и надежность работы котельной установки.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в котельных установках, работающих на природном газе. Предлагается способ работы котельной установки, по которому основной поток вырабатываемого в котле водяного пара направляют в кожухотрубный теплообменник для подогрева сетевой воды до температуры 110-120°С, нагретую в кожухотрубном теплообменнике сетевую воду направляют в подающий трубопровод системы теплоснабжения, а образующийся в кожухотрубном теплообменнике конденсат водяного пара отводят в сборный конденсатный бак, часть вырабатываемого в котле водяного пара подают в деаэратор для дегазации добавочной воды и конденсата, продукты сгорания после котла охлаждают в водяном экономайзере до температуры 140-160°С и по основному газоходу направляют в конденсационный поверхностный теплообменник-утилизатор теплоты продуктов сгорания, где осуществляют их глубокое охлаждение до температуры 35-40°С с конденсацией части содержащихся в уходящих продуктах сгорания водяных паров, охлажденные до температуры 35-40°С в конденсационном поверхностном теплообменнике-утилизаторе уходящие продукты сгорания подогревают до температуры 65-70°С сетевой водой из подающего трубопровода системы теплоснабжения в поверхностном теплообменнике, установленном в основном газоходе после конденсационного поверхностного теплообменника-утилизатора теплоты продуктов сгорания на всасывающей стороне дымососа, и через дымовую трубу отводят в атмосферу, при этом для исключения конденсации в дымовой трубе водяных паров, оставшихся в уходящих продуктах сгорания после их глубокого охлаждения до температуры 35-40°С, путем поддержания температуры уходящих продуктов сгорания перед дымовой трубой 65-70°С осуществляют непрерывный контроль и поддерживают на заданном уровне, в соответствии с режимом работы котельной установки, расход исходной сырой воды, подаваемой в конденсационный поверхностный теплообменник-утилизатор, посредством регулятора расхода исходной сырой воды, связанного с датчиком температуры уходящих продуктов сгорания, охлажденных в конденсационном поверхностном теплообменнике-утилизаторе до температуры 35-40°С, и регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи исходной сырой воды в конденсационный поверхностный теплообменник-утилизатор, и расход сетевой воды, подаваемой из подающего трубопровода системы теплоснабжения в поверхностный теплообменник, посредством регулятора расхода сетевой воды, связанного с датчиком температуры уходящих продуктов сгорания, подогретых в поверхностном теплообменнике до температуры 65-70°С, и регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи сетевой воды в поверхностный теплообменник. Технический результат - повышение экономичности и надежности работы котельной установки. 1 ил.

Способ работы котельной установки, по которому основной поток вырабатываемого в котле водяного пара направляют в кожухотрубный теплообменник для подогрева сетевой воды до температуры 110-120°С, нагретую в кожухотрубном теплообменнике сетевую воду направляют в подающий трубопровод системы теплоснабжения, а образующийся в кожухотрубном теплообменнике конденсат водяного пара отводят в сборный конденсатный бак, часть вырабатываемого в котле водяного пара подают в деаэратор для дегазации добавочной воды и конденсата, продукты сгорания после котла охлаждают в водяном экономайзере до температуры 140-160°С и по основному газоходу направляют в конденсационный поверхностный теплообменник-утилизатор теплоты продуктов сгорания, где за счет подачи исходной сырой воды осуществляют их глубокое охлаждение до температуры 35-40°С с конденсацией части содержащихся в уходящих продуктах сгорания водяных паров, охлажденные до температуры 35-40°С в конденсационном поверхностном теплообменнике-утилизаторе уходящие продукты сгорания подогревают до температуры 65-70°С сетевой водой из подающего трубопровода системы теплоснабжения в поверхностном теплообменнике, установленном в основном газоходе после конденсационного поверхностного теплообменника-утилизатора теплоты продуктов сгорания на всасывающей стороне дымососа, и через дымовую трубу отводят в атмосферу, отличающийся тем, что для исключения конденсации в дымовой трубе водяных паров, оставшихся в уходящих продуктах сгорания после их глубокого охлаждения до температуры 35-40°С, путем поддержания температуры уходящих продуктов сгорания перед дымовой трубой 65-70°С, осуществляют непрерывный контроль и поддерживают на заданном уровне, в соответствии с режимом работы котельной установки, расход исходной сырой воды, подаваемой в конденсационный поверхностный теплообменник-утилизатор, посредством регулятора расхода исходной сырой воды, связанного с датчиком температуры уходящих продуктов сгорания, охлажденных в конденсационном поверхностном теплообменнике-утилизаторе до температуры 35-40°С, и регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи исходной сырой воды в конденсационный поверхностный теплообменник-утилизатор, и расход сетевой воды, подаваемой из подающего трубопровода системы теплоснабжения в поверхностный теплообменник, посредством регулятора расхода сетевой воды, связанного с датчиком температуры уходящих продуктов сгорания, подогретых в поверхностном теплообменнике до температуры 65-70°С, и регулирующим органом, установленным на трубопроводе подачи сетевой воды в поверхностный теплообменник.