Установка для утилизации тепла дымовых газов Российский патент 2022 года по МПК F22B1/18 

Область техники

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано, в частности, для утилизации тепла дымовых газов на тепловых электростанциях (ТЭС), эксплуатирующих котельные установки.

Уровень техники

Из уровня техники известно принятое в качестве прототипа заявляемого изобретения устройство утилизации тепла дымовых газов, содержащее газо-газовый теплообменник, конденсатор, инерционный каплеуловитель, газоходы, воздуховоды, вентиляторы и трубопровод. При этом газо-газовый поверхностный пластинчатый теплообменник выполнен по схеме противотока, в качестве конденсатора установлен поверхностный газо-воздушный пластинчатый теплообменник, в газоходе холодных осушенных дымовых газов установлен дополнительный дымосос, перед дополнительным дымососом врезан газоход подмеса части подогретых осушенных дымовых газов (патент RU 2436011 С1, дата публикации: 10.12.2011 г. (далее-[1])).

В известном из [1] устройстве утилизации тепла дымовых газов не предполагается регулирование расхода дымов газов, отводимых от котельной установки, а в качестве теплоносителя, отводящего тепло от дымовых газов с помощью газо-газового теплообменника, используется дутьевой воздух.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено патентуемое изобретение, является обеспечение утилизации тепла дымовых газов на ТЭС, а техническими результатами - обеспечение автоматической регулировки потока отводимых из основного газохода дымовых газов, поступающих на подогрев подпиточной воды, с целью снижения вероятности возникновения конденсата в первом байпасном газоходе перед дымососом, основном газоходе и дымовой трубе; а также обеспечение отделения влаги от отводимых из основного газохода дымовых газов.

Решение указанной задачи путем достижения указанных технических результатов обеспечивается тем, что установка для утилизации тепла дымовых газов содержит основной газоход, к которому присоединен первый байпасный газоход, на линии которого последовательно по ходу течения газа установлены: первое запорно-регулирующее устройство, первая ступень газоводяного поверхностного теплообменника, вторая ступень газоводяного поверхностного теплообменника, дымосос и второе запорно-регулирующее устройство. При этом установка также содержит второй байпасный газоход, вход которого присоединен к первому байпасному газоходу между первым запорно-регулирующим устройством и первой ступенью газоводяного поверхностного теплообменника, а выход - к первому байпасному газоходу между второй ступенью газоводяного поверхностного теплообменника и дымососом. Причем на линии второго байпасного газохода установлено третье запорно-регулирующее устройство, соединенное с термометром сопротивления, установленным на линии первого байпасного газохода между второй ступенью газоводяного поверхностного теплообменника и выходом второго байпасного газохода. При этом установка также содержит трубопровод подпиточной воды, на линии которого установлен насос. Причем выход трубопровода подпиточной воды соединен с входом первого отводящего трубопровода, на линии которого последовательно по ходу течения воды установлены вторая ступень газоводяного поверхностного теплообменника и первая ступень газоводяного поверхностного теплообменника. При этом выход первого отводящего трубопровода соединен с первым входом бака подпитки тепловой сети. Причем выход трубопровода подпиточной воды также соединен с входом второго отводящего трубопровода, на линии которого установлен как минимум один теплообменник для нагрева воды. При этом выход второго отводящего трубопровода соединен со вторым входом бака подпитки тепловой сети. Причем конденсатосборник второй ступени газоводяного поверхностного теплообменника соединен с трубопроводом для отвода конденсата.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков патентуемого изобретения и достигаемыми техническими результатами заключается в следующем.

Вход основного газохода соединяется с котельной установкой, а выход - с входом дымовой трубы. Первая ступень газоводяного поверхностного теплообменника содержит бак, внутри которого установлены трубки, входы и выходы которых соединены с входным и выходным коллекторами соответственно. Вторая ступень газоводяного поверхностного теплообменника также содержит бак, внутри которого установлены трубки, входы и выходы которых соединены с входным и выходным коллекторами соответственно. При этом вторая ступень газоводяного поверхностного теплообменника также содержит конденсатосборник в ее нижней части, который соединен с трубопроводом для отвода конденсата. В процессе эксплуатации котельной установки дымовые газы поступают из котельной установки в основной газоход. При этом одна часть дымовых газов отводится из основного газохода в первый байпасный газоход, через который дымовые газы последовательно проходят через баки первой и второй ступеней газоводяного поверхностного теплообменника, а другая часть дымовых газов из первого байпасного газохода отводится во второй байпасный газоход в обход газоводяного поверхностного теплообменника, после чего часть дымовых газов из газоводяного поверхностного теплообменника смешивается с частью дымовых газов из второго байпасного газохода и затем через первый байпасный газоход с помощью дымососа возвращается в основной газоход. Первое и второе запорно-регулирующие устройства служат для регулирования потока дымовых газов, отводимых из основного газохода. Подпиточная вода перекачивается с помощью насоса через трубопровод подпиточной воды, из которого одна часть подпиточной воды поступает через первый отводящий трубопровод последовательно в трубки второй и первой ступеней газоводяного поверхностного теплообменника, проходя через входные и выходные коллекторы первой и второй ступеней газоводяного поверхностного теплообменника, а другая часть подпиточной воды поступает через второй отводящий трубопровод в установленный на его линии как минимум один подогреватель, в котором вода нагревается отборами пара турбины. При этом в первой и второй ступенях газоводяного поверхностного теплообменника происходит теплообмен через стенки трубок между частью подпиточной воды, проходящей через трубки и коллекторы первой и второй ступеней, и частью дымовых газов, проходящих через баки первой и второй ступеней газоводяного поверхностного теплообменника. Конденсат, образующийся в результате охлаждения части дымовых газов, проходящей через баки газоводяного поверхностного теплообменника, отводится из конденсатосборника через трубопровод для отвода конденсата. После чего обе части подпиточной воды из первого и второго отводящих трубопроводов поступают в бак подпитки тепловой сети, из которого подпиточная вода направляется к потребителю.

При проведении испытаний опытно-промышленных образцов первой и второй ступеней газоводяного поверхностного теплообменника, конденсирующего водяные пары, содержащиеся в дымовых газах, установлено, что наиболее эффективным является режим работы газоводяного поверхностного теплообменника, при котором расход дымовых газов, поступающих через первый байпасный газоход в газоводяной поверхностный теплообменник, составляет 20-30% от полного расхода дымовых газов котельной установки, поступающих в основной газоход, при номинальном режиме работы котельной установки.

При расходе дымовых газов через первую и вторую ступени газоводяного поверхностного теплообменника ниже диапазона 20-30% от полного расхода дымовых газов, поступающих в основной газоход, происходит снижение тепловой мощности газоводяного поверхностного теплообменника из-за уменьшения потока тепла, поступающего в газоводяной поверхностный теплообменник. В связи с чем снижается положительной эффект от утилизации тепла дымовых газов. При расходе дымовых газов через газоводяной поверхностный теплообменник более 30% от полного расхода дымовых газов, поступающих в основной газоход, тепловая мощность газоводяного поверхностного теплообменника сохраняется практически на том же уровне, однако увеличивается расход электроэнергии приводом дымососа без существенного увеличения тепловой мощности. В то же время при увеличении расхода дымовых газов через газоводяной поверхностный теплообменник снижается расход дымовых газов через основной газоход, что приводит к снижению скорости их течения. То есть в этом случае в основном газоходе снижается количество теплоты, что может в зимний период привести к образованию конденсата из дымовых газов в дымовой трубе.

Одной из проблем при утилизации тепла дымовых газов является возможность появления конденсата в газоходах и дымовой трубе после охлаждения части дымовых газов в газоводяном поверхностном теплообменнике. Для устранения вероятности появления конденсата в основном газоходе и дымовой трубе в конструкции предлагаемой установки предусмотрен второй байпасный газоход, по которому часть неохлажденных дымовых газов, направляется в первый байпасный газоход перед дымососом в обход газоводяного поверхностного теплообменника с целью поддержания температуры дымовых газов перед дымососом выше 50°С - точки росы при сжигании природного газа с содержанием серы не более 160 ppm. При этом для регулирования расхода дымовых газов, поступающих во второй байпасный газоход, предусмотрено третье запорно-регулирующее устройство, соединенное с электроприводом и термометром сопротивления, установленным на линии первого байпасного газохода между второй ступенью газоводяного поверхностного теплообменника и выходом второго байпасного газохода. Сигнал на автоматическое открытие/закрытие третьего запорно-регулирующего устройства поступает от вышеуказанного термометра сопротивления. При номинальном режиме работы установки для утилизации тепла дымовых газов третье запорно-регулирующее устройство находится в открытом на 50% положении, соответствующим пропуску через второй байпасный газоход 5% от полного расхода дымовых газов через основной газоход. При снижении температуры дымовых газов, измеряемой термометром сопротивления, перед дымососом ниже 30°С, по сигналу, поступающему от термометра сопротивления, третье запорно-регулирующее устройство автоматически переводится в открытое на 100% положение, соответствующее пропуску через второй байпасный газоход 10% от полного расхода дымовых газов через основной газоход. Проведенные испытания показали отсутствие капельной влаги перед дымососом, а также отсутствие капельной влаги в основном газоходе и дымовой трубе при вышеуказанных режимах работы установки для утилизации тепла дымовых газов.

Таким образом, с учетом вышесказанного, при эксплуатации заявляемой установки для утилизации тепла дымовых газов обеспечивается автоматическая регулировка потока отводимых из основного газохода дымовых газов, поступающих на подогрев подпиточной воды, с целью снижения вероятности возникновения конденсата в первом байпасном газоходе перед дымососом, основном газоходе и дымовой трубе; а также обеспечение отделения влаги от отводимых из основного газохода дымовых газов.

Краткое описание чертежа

На чертеже представлена схема установки для утилизации тепла дымовых газов.

Описание позиций фигуры

1 - основной газоход;

2 - котельная установка;

3 - дымовая труба;

4 - первый байпасный газоход;

5 - первое запорно-регулирующее устройство;

6 - первая ступень газоводяного поверхностного теплообменника;

7 - вторая ступень газоводяного поверхностного теплообменника;

8 - дымосос;

9 - второе запорно-регулирующее устройство;

10 - второй байпасный газоход;

11 - третье запорно-регулирующее устройство;

12 - термометр сопротивления;

13 - трубопровод подпиточной воды;

14 - насос;

15 - первый отводящий трубопровод;

16 - бак подпитки тепловой сети;

17 - второй отводящий трубопровод;

18 - теплообменники для нагрева воды;

19 - трубопровод для отвода конденсата.

Осуществление изобретения

Ниже приведен частный пример установки для утилизации тепла дымовых газов и принцип ее работы.

Вход основного газохода 1 соединяется с котельной установкой 2, а выход - с входом дымовой трубы 3. Установка для утилизации тепла дымовых газов содержит выполненный из стали 12Х18Н10Т основной газоход 1, к которому присоединен выполненный из стали 12Х18Н10Т первый байпасный газоход 4, на линии которого последовательно по ходу течения газа установлены: первое запорно-регулирующее устройство 5, первая ступень газоводяного поверхностного теплообменника 6, вторая ступень газоводяного поверхностного теплообменника 7, дымосос 8 и второе запорно-регулирующее устройство 9. При этом установка также содержит выполненный из стали 12Х18Н10Т второй байпасный газоход 10, вход которого присоединен к первому байпасному газоходу 4 между первым запорно-регулирующим устройством 5 и первой ступенью газоводяного поверхностного теплообменника 6, а выход - к первому байпасному газоходу 4 между второй ступенью газоводяного поверхностного теплообменника 7 и дымососом 8. Причем на линии второго байпасного газохода 10 установлено третье запорно-регулирующее устройство 11, соединенное с помощью кабеля с термометром сопротивления 12, установленным на линии первого байпасного газохода 4 между второй ступенью газоводяного поверхностного теплообменника 7 и выходом второго байпасного газохода 10. Третье запорно-регулирующее устройство 11 управляется по сигналу термометра сопротивления 12. Первая ступень газоводяного поверхностного теплообменника 6 содержит выполненный из стали 12Х18Н10Т бак, внутри которого установлены трубки, входы и выходы которых соединены с входным и выходным коллекторами соответственно. Вторая ступень газоводяного поверхностного теплообменника 7 также содержит выполненный из стали 12Х18Н10Т бак, внутри которого установлены трубки, входы и выходы которых соединены с входным и выходным коллекторами соответственно. При этом вторая ступень газоводяного поверхностного теплообменника 7 также содержит конденсатосборник в ее нижней части. Трубки первой и второй ступеней газоводяного поверхностного теплообменника 6 и 7 представляют собой выполненные из стали 12Х18Н10Т трубки с оребрением. Термометр сопротивления 12 имеет характеристику Pt100 и токовый сигнал 4…20 мА. Первое, второе и третье запорно-регулирующие устройства 5, 9 и 11 представляют собой шиберы. При этом установка также содержит выполненный из стали 12Х18Н10Т трубопровод подпиточной воды 13, на линии которого установлен насос 14. Причем выход трубопровода подпиточной воды 13 соединен с входом выполненного из стали 12Х18Н10Т первого отводящего трубопровода 15, на линии которого последовательно по ходу течения воды установлены вторая ступень газоводяного поверхностного теплообменника 7 и первая ступень газоводяного поверхностного теплообменника 6. При этом выход первого отводящего трубопровода 15 соединен с первым входом выполненного из стали 12Х18Н10Т бака подпитки тепловой сети 16. Причем выход трубопровода подпиточной воды 13 также соединен с входом выполненного из стали 12Х18Н10Т второго отводящего трубопровода 17, на линии которого установлены два выполненных из стали 12Х18Н10Т поверхностных теплообменника для нагрева воды 18, соединенные с трубопроводами отбора пара из турбины (на чертеже не показаны). При этом выход второго отводящего трубопровода 17 соединен со вторым входом бака подпитки тепловой сети 16. Причем конденсатосборник второй ступени газоводяного поверхностного теплообменника 7 соединен с выполненным из стали 12Х18Н10Т трубопроводом для отвода конденсата 19.

Работа установки для утилизации тепла дымовых газов осуществляется следующим образом.

Вход основного газохода 1 соединяется с котельной установкой 2, а выход - с входом дымовой трубы 3. В процессе эксплуатации котельной установки 2 дымовые газы поступают из котельной установки 2 в основной газоход 1. При этом часть дымовых газов, составляющая 30% от полного расхода дымовых газов через основной газоход 1, отводится в первый байпасный газоход 4. Причем из вышеуказанной части дымовых газов, поступающей в первый байпасный газоход 1, одна часть дымовых газов, составляющая 25% от полного расхода дымовых газов через основной газоход 1, направляется в баки первой и второй ступеней газоводяного поверхностного теплообменника 6 и 7, а другая часть дымовых газов, составляющая 5% от полного расхода дымовых газов через основной газоход 1, направляется во второй байпасный трубопровод 10 в обход первой и второй ступеней газоводяного поверхностного теплообменника 6 и 7. После чего часть дымовых газов из первой и второй ступеней газоводяного поверхностного теплообменника 6, 7 смешивается с частью дымовых газов из второго байпасного газохода 10 и затем через первый байпасный газоход 4 с помощью дымососа 8 возвращается в основной газоход 1. Первое и второе запорно-регулирующие устройства 5, 9 служат для регулирования потока дымовых газов, отводимых из основного газохода 1, а третье запорно-регулирующее устройство 11 служит для регулирования потока дымовых газов, поступающих во второй байпасный газоход 10. Подпиточная вода перекачивается с помощью насоса 14 через трубопровод подпиточной воды 13, из которого одна часть подпиточной воды поступает через первый отводящий трубопровод 15 последовательно в трубки второй и первой ступеней газоводяного поверхностного теплообменника 6 и 7, проходя через входные и выходные коллекторы первой и второй ступеней газоводяного поверхностного теплообменника 6 и 7, а другая часть подпиточной воды поступает через второй отводящий трубопровод 17 в установленные на его линии подогреватели 18, в которых вода нагревается отборами пара турбины. При этом в первой и второй ступенях газоводяного поверхностного теплообменника 6, 7 происходит теплообмен между частью подпиточной воды, проходящей через трубки и коллекторы первой и второй ступеней 6 и 7, и частью дымовых газов, проходящих через баки первой и второй ступеней газоводяного поверхностного теплообменника 6 и 7. Конденсат, образующийся в результате охлаждения части дымовых газов, проходящей через баки первой и второй ступеней газоводяного поверхностного теплообменника 6 и 7, отводится из конденсатосборника через трубопровод для отвода конденсата 19 в бак для хранения конденсата (на чертеже не показан). После чего обе части подпиточной воды из первого и второго отводящих трубопроводов 15, 17 поступают в бак подпитки тепловой сети 16, из которого подпиточная вода направляется к потребителю.

Температура дымовых газов перед дымососом 8 должна быть выше 50°С - точки росы при сжигании природного газа с содержанием серы не более 160 ppm. При этом для регулирования расхода дымовых газов, поступающих во второй байпасный газоход 10, предусмотрено третье запорно-регулирующее устройство 11, соединенное с электроприводом и термометром сопротивления 12, установленным на линии первого байпасного газохода 4 между второй ступенью газоводяного поверхностного теплообменника 7 и выходом второго байпасного газохода 10. Сигнал на автоматическое открытие/закрытие третьего запорно-регулирующего устройства 11 поступает от вышеуказанного термометра сопротивления 12. При номинальном режиме работы установки для утилизации дымовых газов третье запорно-регулирующее устройство 11 находится в открытом на 50% положении, соответствующим пропуску через второй байпасный газоход 5% от полного расхода дымовых газов через основной газоход 1. При снижении температуры дымовых газов, измеряемой термометром сопротивления 12 перед дымососом 8, ниже 30°С, по сигналу, поступающему от термометра сопротивления 12, третье запорно-регулирующее устройство 11 автоматически переводится в открытое на 100% положение, соответствующее пропуску через второй байпасный газоход 10% от полного расхода дымовых газов через основной газоход 1. Проведенные испытания показали отсутствие капельной влаги перед дымососом 8, а также отсутствие капельной влаги в основном газоходе 1 и дымовой трубе 3 при вышеуказанных режимах работы установки для утилизации дымовых газов.

Таким образом, с учетом вышесказанного, при эксплуатации заявляемой установки для утилизации тепла дымовых газов обеспечивается автоматическая регулировка потока отводимых из основного газохода 1 дымовых газов, поступающих на подогрев подпиточной воды, с целью снижения вероятности возникновения конденсата в первом байпасном газоходе 4 перед дымососом 8, основном газоходе 1 и дымовой трубе 3; а также обеспечение отделения влаги от отводимых из основного газохода 1 дымовых газов.

Промышленная применимость

Патентуемое изобретение отвечает условию «промышленная применимость». Сущность технического решения раскрыта в формуле, описании и чертеже достаточно ясно для понимания и промышленной реализации соответствующими специалистами, а используемые средства просты и доступны для промышленной реализации в области теплоэнергетики.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано, в частности, для утилизации тепла дымовых газов на тепловых электростанциях (ТЭС), эксплуатирующих котельные установки. Установка для утилизации тепла дымовых газов содержит основной газоход, к которому присоединен первый байпасный газоход, на линии которого последовательно по ходу течения газа установлены: первое запорно-регулирующее устройство, первая ступень газоводяного поверхностного теплообменника, вторая ступень газоводяного поверхностного теплообменника, дымосос и второе запорно-регулирующее устройство. При этом установка также содержит второй байпасный газоход, вход которого присоединен к первому байпасному газоходу между первым запорно-регулирующим устройством и первой ступенью газоводяного поверхностного теплообменника, а выход - к первому байпасному газоходу между второй ступенью газоводяного поверхностного теплообменника и дымососом. Причем на линии второго байпасного газохода установлено третье запорно-регулирующее устройство, соединенное с термометром сопротивления, установленным на линии первого байпасного газохода между второй ступенью газоводяного поверхностного теплообменника и выходом второго байпасного газохода. При этом установка также содержит трубопровод подпиточной воды, на линии которого установлен насос. Причем выход трубопровода подпиточной воды соединен с входом первого отводящего трубопровода, на линии которого последовательно по ходу течения воды установлены вторая ступень газоводяного поверхностного теплообменника и первая ступень газоводяного поверхностного теплообменника. При этом выход первого отводящего трубопровода соединен с первым входом бака подпитки тепловой сети. Причем выход трубопровода подпиточной воды также соединен с входом второго отводящего трубопровода, на линии которого установлен как минимум один теплообменник для нагрева воды. При этом выход второго отводящего трубопровода соединен со вторым входом бака подпитки тепловой сети. Причем конденсатосборник второй ступени газоводяного поверхностного теплообменника соединен с трубопроводом для отвода конденсата. Технические результаты - обеспечение автоматической регулировки потока отводимых из основного газохода дымовых газов, поступающих на подогрев подпиточной воды, с целью снижения вероятности возникновения конденсата в первом байпасном газоходе перед дымососом, основном газоходе и дымовой трубе; а также обеспечение отделения влаги от отводимых из основного газохода дымовых газов. 1 ил.

Установка для утилизации тепла дымовых газов, отличающаяся тем, что содержит основной газоход, к которому присоединен первый байпасный газоход, на линии которого последовательно по ходу течения газа установлены: первое запорно-регулирующее устройство, первая ступень газоводяного поверхностного теплообменника, вторая ступень газоводяного поверхностного теплообменника, дымосос и второе запорно-регулирующее устройство; при этом установка также содержит второй байпасный газоход, вход которого присоединен к первому байпасному газоходу между первым запорно-регулирующим устройством и первой ступенью газоводяного поверхностного теплообменника, а выход - к первому байпасному газоходу между второй ступенью газоводяного поверхностного теплообменника и дымососом; причем на линии второго байпасного газохода установлено третье запорно-регулирующее устройство, соединенное с термометром сопротивления, установленным на линии первого байпасного газохода между второй ступенью газоводяного поверхностного теплообменника и выходом второго байпасного газохода; при этом установка также содержит трубопровод подпиточной воды, на линии которого установлен насос; причем выход трубопровода подпиточной воды соединен с входом первого отводящего трубопровода, на линии которого последовательно по ходу течения воды установлены вторая ступень газоводяного поверхностного теплообменника и первая ступень газоводяного поверхностного теплообменника; при этом выход первого отводящего трубопровода соединен с первым входом бака подпитки тепловой сети; причем выход трубопровода подпиточной воды также соединен с входом второго отводящего трубопровода, на линии которого установлен как минимум один теплообменник для нагрева воды; при этом выход второго отводящего трубопровода соединен со вторым входом бака подпитки тепловой сети; причем конденсатосборник второй ступени газоводяного поверхностного теплообменника соединен с трубопроводом для отвода конденсата.