Блочно-модульное котельное оборудование Российский патент 2023 года по МПК F24D10/00 

Изобретение относится к области теплоэнергетики, и может использоваться как в помещениях котельной установки и индивидуальных (центральных) тепловых пунктов (ИТП, ИЦП), так и за их пределами, предназначено для приема, очистки и подготовки теплоносителя, или иных жидкостей для поступления к котлам или другому теплоиспользующему, или теплогенерирующему оборудованию.

Из уровня техники известна котельная установка наружного размещения, содержащая теплоизолированный корпус с дверью, внутри которого размещены: газовый котел с горелкой и закрытой камерой сгорания, коаксиальный дымоход, собственная система вентиляции. При этом котельная установка выполнена в виде единого модульного блока и дополнительно содержит размещенные в корпусе: узел редуцирования давления газа с узлом учета расхода; систему подпитки теплоносителя; автоматическую систему управления; систему электропитания с электрощитом; технологические отверстия для входа и выхода сетей (RU 142888 U1, опубл. 10.07.2014).

Также из уровня техники известна транспортабельная блочно-модульная котельная установка, содержащая по меньшей мере один котельный модуль, включающий котел и газоотводы, соединенные с дымовыми трубами, модуль вспомогательного оборудования, включающий насосную группу и теплообменники, линию контроля и помещение оператора, при этом дополнительно снабжена складским модулем, смонтированным у котельного модуля с фронтальной стороны котлов и оснащенным средством автоматического весового контроля прихода и расхода топлива, выполненным преимущественно в виде площадных весов неавтоматического действия, снабженных тензодатчиками, связанными с линией контроля, при этом модули образованы металлическим каркасом и соединенными с ним сэндвич-панелями заводской или послойной сборки (RU 139603 U1, опубл. 26.07.2013).

Наиболее близким аналогом является модульная котельная установка, содержащая один или несколько котельных модулей, модули водоподготовки, деаэрации воды, блоки управления и удаления дымовых газов, трубопроводы и линии управления и контроля, при этом модули выполнены в виде контейнеров полной заводской готовности, содержат силовые механические скрепляющие элементы, а также элементы соединения трубопроводов модулей между собой с компенсаторами погрешностей монтажа (RU 22522 U1, опубл. 10.04.2002).

Технической проблемой является недостаток или отсутствие места, для размещения необходимого оборудования обвязки; большая трата времени на проектирование обвязки котельных и индивидуальных тепловых пунктов (далее - ИТП) ограниченная ремонтопригодность из-за сложного доступа к оборудованию.

Причины, препятствующие решению указанной проблемы, заключаются в невозможности или ограниченной возможности использовать стационарные или временные грузоподъемные устройства, позволяющие на месте монтажа поднимать массивное оборудование, например, кран консольный колонный.

Техническая задача заключается в унификации модулей между собой, создании базы данных модулей, легкой ремонтопригодности за счет проработанной расстановки оборудования.

Технический результат заключается в уменьшение времени на проектирование обвязки, за счет унифицированных модулей, точки подключения которых находятся на одних и тех же местах (подающий и обратный трубопроводы) и модули соединяются между собой фланцами при помощи обычных ключей, использование специального оборудования не требуется.

Технический результат достигается при сборке котельного оборудования с использованием блочно-модульного котельного оборудования, содержащего модули подключения, теплообмена, подпитки, подготовки жидкого топлива, при этом каждый из модулей содержит каркас и установленное на нем оборудование, причем каркас выполнен в виде опорной рамы выполненной из вертикальных стоек и горизонтальных перемычек, скрепленных в единую конструкцию, которая включает подающий и обратный трубопроводы, и по меньшей мере одну опорную площадку для размещения оборудования, при этом трубопроводы, входящие в состав каркаса, представляют собой две трубы, расположенные вдоль верхней горизонтальной стойки, а с двух сторон труб располагаются фланцы, для соединения модулей друг с другом в единую систему.

Заявленное блочно-модульное котельное оборудование иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 (представлен каркас модуля); на фиг. 2 представлен модуль подключения сетевого контура; на фиг. 3 представлен модуль подключения нескольких контуров на три простых контура; на фиг. 4 представлен модуль теплообмена; на фиг. 5 представлен модуль подпитки с подпиткой из ХВС; на фиг. 6 представлен модуль подготовки жидкого топлива.

Каркас модуля (фиг. 1) включает 1 – нижнюю опорную площадку; 2 – верхнюю опорную площадку; 3 – подающий трубопровод; 4 – обратный трубопровод.

Блочно-модульное котельное оборудование содержит следующие универсальные модули:

- модуль подключения;

- модуль теплообмена;

- модуль подпитки;

- модуль подготовки жидкого топлива.

Универсальные модули предназначены для компактной обвязки оборудования котельных и ИТП (ЦТП) (индивидуальных (центральных) тепловых пунктов).

Каждый из модулей состоит из каркаса и расположенного на каркасе оборудования. Каркас выполнен в виде опорной рамы, вертикальных стоек и горизонтальных перемычек, объединяющих каркас в жесткую конструкцию. Каркас скрепляется в единую конструкцию либо болтовым, либо сварочным соединением. При этом конструкция каркаса включает подающий 3 и обратный 4 трубопроводы и по меньшей мере одну опорную площадку для размещения на ней оборудования.

Конструкция каркаса предусматривает наличие горизонтальных перемычек, количество которых может варьироваться от одной до двух. Нижняя перемычка является наиболее важной, так как она служит основным опорным элементом для подающего и обратного трубопроводов. Верхняя перемычка предназначена для монтажа под ней кабельных лотков. А также по меньшей мере одну опорную площадку. Нижняя опорная 1 площадка предназначена для установки крупногабаритного тяжелого оборудования, верхняя опорная площадка 2 – для установки относительно легкого малогабаритного оборудования.

Трубопроводы 3 и 4, входящие в состав каркаса, представляют собой 2 трубы, расположенные вдоль верхней горизонтальной стойки, с двух сторон труб располагаются фланцы, для соединения с другими модулями, либо заглушки, если соединение элементов не предусматривается. Трубопроводы являются местом подключения комплекта оборудования, необходимого для проведения каких-либо манипуляций с транспортируемой жидкостью (очистка, нагрев, повышение давления и т.д.).

К трубам модуля монтируются подводящие трубопроводы, на них закрепляется необходимое запорное, балансировочное и др. оборудование, необходимое для функционирования системы в целом. В пространство между верхней и нижней перемычкой монтируется необходимая кабельная продукция. В пределах этого же пространства возможна установка подпитывающего коллектора.

Легкая ремонтопригодность осуществляется тем, что все оборудование является видимым и доступным. Например, для замены пластин теплообменного аппарата необходимо удалить заднюю плиту, заменить поврежденную пластину, вернуть заднюю плиту в первоначальное состояние.

Модуль подключения предназначен для приема и отдачи теплоносителя с сетевого, либо котлового контура. В зависимости от исполнения, количество контуров, осуществляющих прием и отдачу теплоносителя, может достигать трех штук.

Модуль подключения может обеспечивать очистку, перекачивание, энергетический учет, поддержание температурного графика контура, а также автоматическое поддержание давления в контуре, в зависимости от исполнения.

Модификации модуля подключения:

Модуль подключения сетевого контура;

Модуль подключения котлового контура;

Модуль подключения нескольких контуров (до 3 шт.), которые подразделяются на:

Простой контур подключения;

Контур подключения с установкой циркуляционного насоса;

Контур подключения с установкой циркуляционного насоса и узла подмеса.

Во всех случаях возможна установка теплового счетчика, либо другого оборудования в зависимости от степени автоматизации, например, автоматического седельного клапана.

1. Модуль подключения сетевого контура (фиг. 2) состоит из сетчатого фильтра 6, одного либо двух циркуляционных насосов 7, перекачивающих теплоноситель в коллекторы, установленные на каркасе модуля, необходимого контрольно-измерительного оборудования, запорного оборудования, мембранных баков 12, количество которых может быть от 1 до 6 шт. Также на модуль дополнительно возможна установка узла подмеса, путем установки трехходового 9 и балансировочного клапанов 8, которые позволяют обеспечить необходимый температурный график в точках подключения модуля. Каркас 5 модуля включает общий подающий коллектор 3, общий обратный коллектор 4, подключаемый подающий трубопровод 10, подключаемый обратный трубопровод 11.

Циркуляционные насосы 7 подключаются через общий коллектор, установленный на подключаемом обратном трубопроводе 11. После циркуляционных насосов 7 также установлен общий коллектор на 2 направления: подача теплоносителя в общий обратный коллектор 4 через балансировочный клапан 8, либо подача теплоносителя в подключаемый подающий трубопровод 10 для организации подмеса через трехходовой клапан 9. Мембранные баки 12 объединены в общий трубопровод, который подключен в общий коллектор, установленный перед циркуляционными насосами 7. Подключаемый подающий трубопровод 10 врезается в общий подающий коллектор 3 напрямую.

Подключаемые подающий 10 и обратный 11 трубопроводы врезаются в общие подающий 3 и обратный 4 коллектор соответственно, при этом данные точки врезки являются промежуточными, т.е. их работа никак не сказывается на работе общих коллекторов.

2. Модуль подключения котлового контура (на чертежах не показан) отличается от модуля подключения сетевого контура тем, что дополнительно установлен насос рециркуляции, предназначенный для поддержания минимальной температуры в подключаемом контуре. Насос рециркуляции подключается в подающий и обратный подключаемые трубопроводы таким образом, чтобы обеспечить перекачку теплоносителя из подающего трубопровода в обратный в обход общих коллекторов.

3. Модуль подключения нескольких контуров в зависимости от исполнения может подразделяться на «простой», «с циркуляционным насосом», «с циркуляционным насосом и узлом подмеса». Но эти три варианта не являются догмой, так как существует множество вариантов подключения, например, только с подмешивающим узлом без насоса, либо с установкой узла учета и т.д.

Каждый контур (а, б, в) рассматривается отдельно, т.е. один контур может быть простым, второй с установкой насоса, третий с установкой подмешивающего узла.

3.1. Контур подключения «Простой» (фиг. 3) состоит из фильтра сетчатого подключаемого трубопровода, необходимого контрольно-измерительного оборудования и запорного оборудования. Может комплектоваться регулирующим клапаном 13 либо автоматическим седельным клапаном для поддержания необходимого температурного графика в данном контуре.

На подключаемом подающем трубопроводе 10 устанавливается запорная арматура, также может быть установлен сетчатый фильтр подключаемого прямого трубопровода 14. На обратном трубопроводе устанавливается затвор, либо балансировочный клапан 8, фильтр сетчатый подключаемого обратного трубопровода 15, затвор.

Подключаемые подающий 10 и обратный 11 трубопроводы врезаются в общие подающий 3 и обратный 4 коллекторы соответственно, при этом данные точки врезки являются промежуточными, т.е. их работа никак не сказывается на работе общих коллекторов.

3.2. Контур подключения «С установкой циркуляционного насоса» отличается от простого контура подключения тем, что на подающем, либо обратном контуре устанавливается циркуляционный насос, предназначенный для поддержания необходимой циркуляции теплоносителя. Может комплектоваться регулирующим клапаном, либо автоматическим седельным клапаном для поддержания необходимого температурного графика в данном контуре.

3.3. Контур подключения «С установкой циркуляционного насоса и подмешивающего узла» отличается от простого контура подключения тем, что дополнительно на подающем контуре устанавливается циркуляционный насос, предназначенный для поддержания необходимой циркуляции теплоносителя. Подающий и обратный контура объединяются через трехходовой клапан, который предназначен для подмеса воды из обратного контура в подающий, для поддержания необходимого температурного графика в точке подключения потребителя. Может комплектоваться регулирующим клапаном, либо автоматическим седельным клапаном для поддержания необходимого температурного графика в данном контуре.

Модуль теплообмена предназначен для создания двух независимых контуров циркуляции теплоносителя путем установки одного, либо двух теплообменных аппаратов.

Модуль может быть выполнен двухсекционным, т.е. содержать верхнюю и нижнюю часть. Нижняя часть модуля используется для установки теплообменных аппаратов, предназначенных для разделения контуров теплоносителя. Теплообменные аппараты подключаются при помощи подводящих трубопроводов, соединенных с трубами модуля. При этом теплообменные аппараты в данном случае являются конечным потребителем тепла в котловом контуре и источником тепла в сетевом контуре.

Верхняя часть модуля используется для установки мембранных баков, либо циркуляционных насосов, либо остается открытой. Мембранные баки в данном случае разделены на 2 группы: баки котлового и сетевого контуров, которые подключены соответственно к обратным трубопроводам котлового и сетевого контуров при помощи отдельных трубопроводов.

Модуль теплообмена изображен на фиг. 4 и включает: 5 – раму, 16 – подающий трубопровод котлового контура, 17 – подающий трубопровод сетевого контура, 18 – обратный трубопровод котлового контура, 19 – обратный трубопровод сетевого контура, 20 – теплообменные аппараты, 21 – мембранные баки котлового контура, 22 – мембранные баки сетевого контура.

Модификации модуля теплообмена: простой модуль теплообмена и модуль теплообмена с перекачивающими насосами.

Простой модуль теплообмена состоит из одного, либо двух теплообменных аппаратов 20, установленных вертикально, необходимого запорного и контрольно-регулирующего оборудования. Дополнительно может комплектоваться коллектором подпитки, предназначенным для восполнения потерь теплоносителя, теряющегося при эксплуатации. Также возможна комплектация узлом подпиточного оборудования, предназначенного для подачи воды из контура холодного водоснабжения (ХВС) в подпиточный коллектор. Для поддержания необходимого температурного графика в котловом контуре возможна установка двухходового седельного клапана.

К трубам каркаса монтируются подводящие трубопроводы, на них закрепляется необходимое запорное, балансировочное и др. оборудование, необходимое для функционирования системы в целом. В пространство между верхней и нижней перемычкой монтируется необходимая кабельная продукция. Дополнительно в пределах этого же пространства возможна установка узла подпиточного оборудования, состоящего из подпиточного коллектора и одного, либо двух соленоидных клапанов, через которые осуществляется подпитка системы.

Нижняя опорная площадка используется для установки теплообменных аппаратов 20, предназначенных для разделения контуров теплоносителя. Теплообменные аппараты 20 подключаются при помощи подводящих трубопроводов, соединенных с трубами каркаса модуля. При этом теплообменные аппараты 20 в данном случае являются конечным потребителем тепла в котловом контуре и источником тепла в сетевом контуре.

Модуль теплообмена с перекачивающими насосами отличается от простого модуля теплообмена тем, что на верхней опорной площадке устанавливаются циркуляционные насосы, количество которых может быть от одного до двух, предназначенные для поддержания необходимого давления теплосети и циркуляции теплоносителя в одном из контуров. Для компенсации резких гидравлических нагрузок модуль комплектуется мембранным баком.

Модуль подпитки предназначен для восполнения потерь воды в циркуляционном контуре для поддержания необходимого давления теплоносителя.

Модификации модуля подпитки:

1. С подпиткой из сети холодного водоснабжения (ХВС);

2. С подпиткой из расходной емкости;

3. С оборудованием водоподготовки.

Модуль подпитки с подпиткой от ХВС (фиг. 5) состоит из оборудования приема и очистки ХВС 23, бака запаса воды 24. Также в комплект входят клапан подпиточный 25, один или два подпиточных насоса 26, обеспечивающих подачу воды из бака запаса воды 24 в общий подпиточный коллектор. Из общего подпиточного коллектора 27, через автоматический клапан идет подпитывающая линия в общий обратный коллектор 28, установленный на каркасе модуля. Для компенсации резких гидравлических нагрузок модуль комплектуется мембранным баком 29.

Соединение основного оборудования осуществляется при помощи трубопроводов.

Присоединение мембранного бака 29 осуществляется отдельным трубопроводом в коллектор, установленный перед насосами.

Модуль подпитки с подпиткой из расходной емкости вместо оборудования приема и очистки ХВС содержит оборудования приема, перекачки и очистки ХВС.

Модуль подпитки с оборудованием водоподготовки вместо оборудования приема и очистки ХВС содержит оборудование приема, грубой очистки ХВС и дополнительно установки умягчения.

Модуль подготовки жидкого топлива (фиг. 6) предназначен для транспортировки, фильтрации и подогрева жидкого топлива. В его состав входит операционный бак запаса жидкого топлива 30, укомплектованный электрическим ТЭНом подогрева жидкого топлива, расположенном в направляющем аппарате, водяным подогревателем жидкого топлива, одним или двумя циркуляционными насосами жидкого топлива, расположенными на задней стенке бака, одним или двумя фильтрами жидкого топлива, а также необходимым запорным и контрольно-регулирующим оборудованием. Водяной подогреватель жидкого топлива соединяется с общими коллекторами посредством трубопроводов.

Заявленное блочно-модульное котельное оборудование обеспечивает минимизацию места, занимаемого комплексом обвязки за счет проработанного расположения модулей; уменьшение времени на проектирование обвязки котельных и ИТП за счет унификации модулей между собой, создание базы данных модулей; быструю замену, удаление или добавление необходимых модулей в зависимости от текущих потребностей за счет унификации модулей между собой; легкая ремонтопригодность за счет проработанной расстановки оборудования; снижение времени на монтаж, снижение стоимости на монтаж, пусконаладка и введение в эксплуатацию новых тепловых мощностей за счет того, что оборудование поставляется в полной заводской готовности. На заводе также проводится весь комплекс испытаний, необходимый для подтверждения правильности сборки модулей. Также для установки данного модуля не требуется организация специального фундамента; снижение массы и габаритов, занимаемых вновь вводимыми тепловыми мощностями за счет уменьшения размера фундамента и компактной сборки оборудования.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, и может использоваться как в помещениях котельной установки и индивидуальных (центральных) тепловых пунктов (ИТП, ИЦП), так и за их пределами. Блочно-модульное котельное оборудование содержит модули подключения, теплообмена, горячего водоснабжения, подпитки, подготовки жидкого топлива. При этом каждый из модулей содержит каркас и установленное на нем оборудование. Каркас выполнен в виде опорной рамы и вертикальных и горизонтальных стоек, скрепленных в единую конструкцию, которая включает подающий и обратный трубопроводы, и по меньшей мере одну опорную площадку для размещения оборудования. Трубопроводы, входящие в состав каркаса, представляют собой две трубы, расположенные вдоль верхней горизонтальной стойки, а с двух сторон труб располагаются фланцы, для соединения модулей друг с другом в единую систему. Технический результат заключается в уменьшении времени на проектирование обвязки за счет унифицированных модулей, точки подключения которых находятся на одних и тех же местах, и модули соединяются между собой фланцами при помощи обычных ключей, использование специального оборудования не требуется. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Блочно-модульное котельное оборудование, содержащее модули подключения, теплообмена, подпитки, подготовки жидкого топлива, при этом каждый из модулей содержит каркас и установленное на нем оборудование, причем каркас выполнен в виде опорной рамы, верхней горизонтальной и вертикальных стоек и горизонтальных перемычек, скрепленных в единую конструкцию, которая включает по меньшей мере одну опорную площадку для размещения оборудования, и две трубы, входящие в состав каркаса, расположенные вдоль его верхней горизонтальной стойки и служащие для образования трубопроводов котельной, а с двух сторон труб располагаются фланцы, для соединения модулей друг с другом в единую систему с формированием при этом подающего и обратного трубопроводов, при этом подающий и обратный трубопроводы, образованные из труб каркаса, являются общими для всех модулей, входящих в состав котельной, и к ним монтируются трубопроводы для подключения оборудования, размещенного на опорных площадках каждого из модулей и обеспечивающего его функционирование.

2. Блочно-модульное котельное оборудование по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере одна из горизонтальных перемычек служит основным опорным элементом для подающего и обратного трубопроводов.

3. Блочно-модульное котельное оборудование по п.1, отличающееся тем, что модуль подключения предназначен для приема и отдачи теплоносителя сетевого, либо котлового контура и включает: раму с подающими трубопроводами котлового и сетевого контура, обратные трубопроводы котлового и сетевого контура, сетчатый фильтр, необходимое запорное и контрольно-регулирующее оборудование.

4. Блочно-модульное котельное оборудование по п.1, отличающееся тем, что модуль теплообмена предназначен для создания двух независимых контуров циркуляции теплоносителя и включает по меньшей мере один теплообменный аппарат, установленный вертикально, а также необходимое запорное и контрольно-регулирующее оборудование.

5. Блочно-модульное котельное оборудование по п.1, отличающееся тем, что модуль подпитки предназначен для восполнения потерь воды в циркуляционном контуре для поддержания необходимого давления теплоносителя.

6. Блочно-модульное котельное оборудование по п.1, отличающееся тем, что модуль подготовки жидкого топлива предназначен для транспортировки, фильтрации и подогрева жидкого топлива.