КОТЕЛЬНАЯ Российский патент 2024 года по МПК F22B33/18 F24D5/00 F22B1/18 

Изобретение Котельная относится к области теплоэнергетики, где котельные и котлы используются для производства тепловой энергии коммунальными, промышленными и другими предприятиями, в том числе на ТЭЦ.

Известно, что максимально (теоретический) возможная дополнительная тепловая мощность для теплогенераторов, в частности, на природном газе достигает 21%, из них (3-6)% за счет снижения температуры дымовых газов до температуры точки росы (13-17)% за счет конденсации водяных паров содержащихся в дымовых газах, в действительности достигнуть такие значения практический не возможно (Беспалов Виктор Владимирович. Повышение эффективности глубокой утилизации тепла дымовых газов ТЭС на природном газе. Диссертация. https://www.dissercat.com/content/povyshenie-effektivnosti-glubokoi-utilizatsii-tepla-dymovykh-gazov-tes-na-prirodnom-gaze). В основном, это объясняется тем, что на котельной или на объекте, где находится котельная, как правило: - недостаточно источников низкотемпературных теплоносителей (полезных потребителей низкопотенциального тепла), обеспечивающих охлаждение уходящих газов ниже точки росы, в качестве, которых могут быть обратная вода котельной, тепловой насос, холодная вода для приготовления горячей воды, холодный дутьевой воздух;

- ограничены возможности энергоэффективного использования потенциально возможного большого количества тепла при конденсации из-за низких параметров по температуре и качеству воды на выходе из конденсационных экономайзеров.

Повышению эффективности использования потенциально возможного количества тепла, выделяемого при конденсации водяных паров, содержащихся в дымовых газах посвящено множество работ во многих странах мира.

Эффективный отбор тепловой энергии от дымовых газов практический решает использование Абсорбционных тепловых насосов (АБТН) (Шадек Е.Г. Глубокая утилизация тепла продуктов сгорания отопительных водогрейных котлов // Новости теплоснабжения - 2016. - №8. - С. 38-40. https://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=3249.)

Глубокая утилизация тепла продуктов сгорания реализуется при охлаждении до температуры ниже точки росы Тр. Надежная конденсация водяного пара в продуктах сгорания требует их охлаждения до температуры ТГУ=40±5°С, при этом конденсируются пары, содержащиеся в дутьевом воздухе и образующиеся при сжигании углеводородов топлива. Охлаждение дымовых газов в конденсационных экономайзерах ниже точки росы резко снижает их содержание влаги, но не исключает возможности конденсации остаточных водяных паров в, особенно в холодное время года. Конденсат содержит углекислоту, что отрицательно влияет на газоходы и дымовую трубу. Есть три способа обеспечения надежной работы газового тракта после конденсационного экономайзера:

- покрытие внутренних поверхностей газоходов и дымовой трубы защитной гидроизоляцией;

- исключение выпадения конденсата в дымоходах и дымовой трубе за счет подогрева продуктов сгорания после экономайзера;

- снижение температуры точки росы дымовых газов после экономайзера путем подмешивания к ним подогретого сухого воздуха (осушки).

В настоящее время, при строительстве новых котельных обычно используются устойчивые к конденсату газоходы и дымовые трубы, а при реконструкции существующих котельных:

- чаще всего либо подогревают, либо осушают дымовые газы после конденсационного экономайзера;

- реже дорабатывают газоходы и трубы из-за ее дороговизны. (УДК 662.613 Кудинов А.А. Энергосбережение в теплогенерирующих установках. - Ульяновск: УлГТУ, 2000 - 139 с.). При этом, следует отметить, что подмешивание к дымовым газам горячего воздуха является более эффективным чем подогрев дымовых газов, в частности путем байпасирования части дымовых газов, поскольку воздух имеет более низкое влагосодержание, чем уходящие дымовые газы (8-10 против 100-130 г/кг). Поэтому подмешивание горячего воздуха снижает как влагосодержание уходящих газов, так и существенно относительную влажность, что значительно снижает температуру точки росы смеси и увеличивает разность между температурой смеси и температурой точки росы смеси.

1. Известен конденсационный теплоутилизатор на основе контактных теплообменников с активной насадкой (Типовые материалы для проектирования 903-01-258.87. Рекомендации для проектирования котельных и промышленных ТЭЦ с применением КТАНов-утилизаторов, Альбом 1. Разработана проектным институтом «Латгипропром». Материалы утверждены Госстроем Латвийской ССР. Приказ от 22.01.88 №11.), в котором в качестве источников низкотемпературных теплоносителей для охлаждения дымовых газов ниже точки росы используются исходная и химический очищенная вода для питания паровых котлов, подпитки водогрейных котлов систем централизованного горячего водоснабжения и циркуляционная вода, используемая для подогрева подаваемого в котлоагрегаты дутьевого воздуха. В этом конденсационном теплоутилизаторе уходящие по газоходу дымовые газы орошаются водой и поступают на первый теплообменник газ вода, при этом подогреваемая вода в теплообменнике состоит из химический очищенной воды и циркуляционной воды, используемой для подогрева подаваемого в котлоагрегаты дутьевого воздуха, охлажденные и частично сконденсировавшиеся дымовые газы дальше поступают на второй теплообменник газ вода, где дополнительно охлаждаются и конденсируются, передавая тепло исходной воде.

Недостатками этого конденсационного теплоутилизатора являются:

1.1 Тепловая энергия, которую можно использовать для подогрева, выбранных низкотемпературных теплоносителей для охлаждения дымовых газов ниже точки росы, в подавляющем большинстве случаев очень ограничены. Например, подавляющее большинство современных котельных с водогрейными котлами выполнены двухтрубными и в них объем подпитки незначительны, потому для этих котельных основным потребителем тепловой энергии остается циркуляционная вода, используемая для подогрева подаваемого в котлоагрегаты дутьевого воздуха. Согласно расчетам приведенным в цитируемом выше источнике это будет составлять менее 3% от рабочей мощности котла.

1.2 Часть и так ограниченного объема низкотемпературных теплоносителей для охлаждения дымовых газов ниже точки росы используется для понижения температуры дымовых газов до температуры точки росы. Это уменьшает возможное количество конденсата, которое может быть получено из дымовых газов.

1.3 Дымовые газы после конденсационного теплоутилизатора выходят с температурой, близкой к точке росы водяных паров, поэтому чтобы исключить дальнейшую конденсацию водяных паров, требуется нагрев уходящих дымовых газов после конденсационного теплоутилизатора, что также снижает эффективность использования конденсационного теплоутилизатора.

2. Известен теплоутилизатор (RU 2323384 С1, МПК F22B 1/18 (2006.01), опубл. 27.04.2008), содержащий контактный теплообменник, каплеуловитель, газо-газовый теплообменник, включенный по схеме прямотока, газоходы, трубопроводы, насос, датчики температуры, клапаны-регуляторы. По ходу оборотной воды контактного теплообменника последовательно расположены водо-водяной теплообменник и водо-воздушный теплообменник с обводным каналом по ходу воздуха.

Теплоутилизатор работает следующим образом. Уходящие газы по газоходу поступают на вход газо-газового теплообменника, последовательно проходя три его секции, затем на вход контактного теплообменника, где, проходя через насадку, омываемую циркуляционной водой, охлаждаются ниже точки росы, отдавая явное и скрытое тепло циркуляционной воде. Далее охлажденные и влажные газы освобождаются от большей части унесенной потоком жидкой воды в каплеуловителе, нагреваются и подсушиваются, по меньшей мере, в одной секции газо-газового теплообменника, дымососом направляются в трубу и выбрасываются в атмосферу. Одновременно нагретая циркуляционная вода из поддона контактного теплообменника насосом подается в водо-водяной теплообменник, где нагревает холодную воду из трубопровода. Нагретая в теплообменнике вода поступает на нужды технологического и бытового горячего водоснабжения или в низкотемпературный отопительный контур. Далее циркуляционной вода поступает в водо-воздушный теплообменник, нагревает, по меньшей мере, часть дутьевого воздуха, поступающего из-за пределов помещения по воздуховоду, охлаждаясь до минимально возможной температуры, и поступает в контактный теплообменник через водораспределитель, где отбирает тепло от газов, попутно промывая их от взвешенных частиц, и поглощает часть оксидов азота и серы. Нагретый воздух из теплообменника дутьевым вентилятором подается в штатный воздухоподогреватель или непосредственно в топку. Циркуляционной вода по необходимости фильтруется и обрабатывается известными способами.

Недостатками этого конденсационного теплоутилизатора является то, что:

2.1 В теплообменнике вода-вода вода может быть нагрета лишь ниже температуры циркуляционной воды, которая определяется температурой насыщения водяных паров в дымовых газах. Это практический исключает возможность использования этого технического решения для подогрева обратной сетевой воды в котельных с водогрейными котлами, что составляют подавляющее большинство теплогенерирующих установок.

2.2 Для подогрева охлажденных дымовых газов используется относительно высокотемпературные дымовые газы, которые могли бы быть использованы другими полезными потребителями тепла, в частности, для подогрева обратной сетевой воды котельной, что уменьшает использование утилизируемого тепла полезными потребителями тепла.

3. Известна технология осушения дымовых газов с получением конденсата и использованием тепла конденсации для подогрева воздуха. (УДК 621.17. В.В. Беспалов, В.И. Беспалов. Технология осушения дымовых газов ТЭС с использованием теплоты конденсации водяных паров. Томский политехнический университет). Особенностью предлагаемой схемы является то, что в газовый тракт врезается отвод, по которому часть влажных дымовых газов (четверть) подается на осушающую установку, состоящую из двух теплообменников. Первый из них по ходу дымовых газов предназначен для предварительного охлаждения влажных газов за счет нагрева осушенных. Второй теплообменник представляет собой рекуперативный конденсатор, в котором при конденсации содержащихся в дымовых газах водяных паров происходит подогрев воздуха, забираемого из камеры смешения вентилятором, до температуры 25…35°С. Часть нагретого воздуха в качестве приточной вентиляции подается в цех и, далее, в котел, остальное сбрасывается в дымоход. Воздух забирается из атмосферы с температурой от -5 до -15°С. Если температура наружного воздуха ниже -15°С, то к нему необходимо подмешивать в камере смешения теплый воздух из конденсатора или непосредственно из цеха.

Недостатками этого способа является то, что:

3.1 Для нагрева осушенных дымовых газов, смешиваемого с дымовыми газами после конденсационного теплоутилизатора, используется относительно высокотемпературные дымовые газы, которые могли бы быть использованы другими полезными потребителями тепла, в частности, для подогрева обратной сетевой воды котельной, то есть, утилизируется преимущественно скрытая теплота конденсации водяных паров, содержащихся в дымовом газе;

3.2 Температура нагретого воздуха ниже температуры нагретого осушенного дымового газа, поэтому при их смешении наряду со снижением температуры точки росы смешанного газа еще больше снижается температура смешанного газа. Это уменьшает разницу между температурой смешанного газа и его температурой точки росы по сравнению с разницей температур нагретого осушенного дымового газа и его температуры точки росы (119,7-51,6=68,1°С против 90-42.71=47,3°С (см. табл. 1 цитируемого источника)). Это ставит под вопрос эффективность подмешивания такого количества низкотемпературного воздуха к нагретому осушенному дымовому газу с точки зрения образования конденсата в дымовой трубе при низких температурах окружающей среды и увеличении аэродинамического сопротивления дымоходов и трубы увеличенному количеству смешанного газа;

3.3 Для нагрева используется только одна среда - воздух.

4. Известно устройство и способ глубокой утилизации тепла дымовых газов (RU 2 606 296 С2, МПК F24H 1/18 (2006.01), опубл. 10.01.2017), по которому дымовые газы предварительно охлаждают в газо-газовом поверхностном пластинчатом теплообменнике, нагревая осушенные дымовые газы, до охлаждают в водоподогревателе до температуры, близкой к точке росы водяных паров, нагревая воду, конденсируют водяные пары, содержащиеся в дымовых газах в конденсаторе, нагревая воздух, отличающийся тем, что между теплообменником и конденсатором установлен поверхностный трубчатый газоводяной водоподогреватель для охлаждения влажных дымовых газов и нагрева воды, при этом основная утилизация тепла происходит в конденсаторе при нагреве воздуха, а дополнительная - в водоподогревателе.

Недостатками этого устройства и способа глубокой утилизации тепла дымовых газов является то, что:

4.1 Согласно цитируемого источника, примерно 2% тепловой мощности дымовых газов не утилизируется, а используется для рекуперации - нагрева дымовых газов после конденсационного теплоутилизатора до температуры 70°С.

4.2 Основная утилизация тепла происходит в конденсаторе при нагреве воздуха, а дополнительная - в водо-подогревателе. Вместе с тем, в подавляющем большинстве котельных потребности в подогретом воздухе очень ограничены, а именно, подогревом дутьевого воздуха и отоплением помещений котельной. Таким образом, это устройство и способ его использования может быть эффективно использовано в очень ограниченных случаях.

5. Известна комбинированная теплоутилизационная система (УДК 536.24:621.184.5 Энергоэффективная теплоутилизационная система для подогрева теплосетевой воды и дутьевого воздуха котлов коммунальной теплоэнергетики. Навродская Р.О., канд. техн. наук, Фиалко Н.М., член-кор. НАН Украины, Гнедаш Г.А., канд. техн. наук, Сбродова Г.А., канд. физ.-мат.Наук. Институт технической теплофизики НАН Украины, ул. Желябова, 2а, Киев, 03680, Украина) в котором по ходу дымовых газов котла устанавливается водогазовый теплообменник, где подогревается обратная вода тепловой сети. После этого теплообменника частично охлажденные дымовые газы поступают в газовоздушный теплообменник, где происходит подогрев холодного воздуха, подаваемого к горелкам котла. В такой системе реализуется глубокое охлаждение дымовых газов котла с конденсацией части водяного пара, содержащийся в этих газах. Для предотвращения коррозионного разрушения газоотводного тракта котельной установки, в результате дальнейшего образования конденсата в дымоходах и дымовой трубе, в схеме предусмотрен газоподогреватель, где охлажденные дымовые газы подсушиваются путем подогрева прямой водой котла. Образованный в тепло-утилизаторах конденсат может быть использован полезно в котельной или отведен в канализацию через нейтрализатор.

Недостатком этой системы является то, что для нагрева и дополнительного подсушивания охлажденных и осушенных дымовых газов после газовоздушного теплообменника, используется часть полезной тепловой энергии прямой воды котла, что уменьшает эффективность комбинированной тепло-утилизационной системы в целом;

6. Наиболее близким аналогом и прототипом является котельная установка (А. с. 1086296 СССР, МПК F22 В 1/18. Котельная установка / Г.А. Пресич, И.З. Аронов. -№3535763/24-06; заявл. 10.01.83; опубл. 15.04.84, Бюл. №14. - 3 с. ил.), целью изобретения которого является снижение температуры точки росы уходящих дымовых газов с помощью конденсационного теплоутилизатора.

Указанная цель достигается тем, что в котельной установке, содержащей контактный водонагреватель, подключенный на входе к отводящему газоходу котла, а на выходе через газоотводящий канал, снабженный дымососом - к дымовой трубе, и воздухоподогреватель с греющим и воздушным трактами, отводящий газоход котла снабжен заслонкой и перед последней дополнительно соединен с контактным водонагревателем через греющий тракт воздухоподогревателя, воздушный тракт которого подключен на входе к атмосфере, а на выходе - к газоотводящему каналу, причем греющий тракт воздухоподогревателя снабжен на входе регулирующим органом. В этом случае, наружный воздух без изменения влагосодержания поступает в воздухоподогреватель, где нагревается газами, идущими по греющему тракту, и затем направляется в газоотводящий канал, где смешивается с дымовыми газами после конденсационного теплоутилизатора. Это уменьшает относительное влагосодержание и температуру точки росы уходящих газов, что приводит к снижению образования конденсата в дымоходе и дымовой трубе.

Недостатком этого конденсационного теплоутилизатора является то, что для подогрева воздуха, смешиваемого с дымовыми газами после конденсационного теплоутилизатора, используется относительно высокотемпературные дымовые газы, которые могли бы быть использованы другими полезными потребителями тепла, в частности, для подогрева возвращающейся в котел воды. Это уменьшает максимально возможную величину утилизируемой тепловой энергии дымовых газов, при их охлаждении от температуры дымовых газов на выходе из котла до заданной температуры после конденсационного теплоутилизатора, потенциально полезными потребителями тепла.

Задачей изобретения является повышение энергетической эффективности котельной при одновременном недопущении образования конденсата в дымоходе и дымовой трубе и максимальном использовании явного и скрытого тепла дымовых газов, которые потенциально могут быть использованы полезными потребителями тепла, в частности, возвращающейся в котел воды, тепловым насосом, воздухом, подаваемым в зону горения топлива и на отопление помещений котельной, исходной водой и химочищенной водой на подпитку котельной.

Поставленная задача решается техническими решениями котельной, а именно:

1. Котельною, укомплектованной, многосекционным конденсационным экономайзером, источниками низкотемпературных теплоносителей, связанных с соответствующими секциями многосекционного конденсационного экономайзера, устройством для защиты дымоходов и дымовой трубы от воздействия конденсата и обледенения внутренних поверхностей дымовой трубы, содержащим воздухоподогреватель, обеспечивающий подогрев воздуха для подмешивания к дымовым газам после конденсационного экономайзера, трубопроводом обратной воды в котельную, дымоходами и дымовой трубой, отличающаяся тем, что устройство для защиты дымоходов и дымовой трубы от воздействия конденсата и обледенения внутренних поверхностей дымовой трубы дополнительно содержит теплообменник дымовые газы - вода, выполненный на основе дополнительной секции в составе многосекционного конденсационного экономайзера котельной, при этом воздухоподогреватель выполнен в виде теплообменника воздух вода, обеспечивающим подогрев необходимого объема воздуха для подмешивания к дымовым газам после конденсационного экономайзера, вход и выход дополнительной секции по воде подключены соответственно к выходу и входу воздухоподогревателя, вход и выход воздушного канала этого воздухоподогревателя включены в тракт подачи воздуха в зону подмешивания подогретого воздуха к дымовым газам после многосекционного конденсационного экономайзера.

2. Котельною по п. 1, отличающуюся тем, что вход водяного канала воздухоподогревателя воздуха, обеспечивающего подогрев необходимого объема воздуха для подмешивания к дымовым газам после конденсационного экономайзера подключен к отводу трубопровода обратной воды в котельную с регулирующим краном, выход водяного канала этого воздухоподогревателя подключен ко входу дополнительной секции конденсационного экономайзера по воде, выход этой секции конденсационного экономайзера по воде подключен к входу предыдущей секции конденсационного экономайзера по воде.

3. Котельною по п. 1, отличающуюся тем, что секции конденсационного экономайзера, связанные с воздухоподогревателем воздуха, подаваемого в зону горения топлива и воздухоподогревателем, обеспечивающим подогрев необходимого объема воздуха для подмешивания к дымовым газам после конденсационного экономайзера объедены в одну секцию с увеличенной мощностью, при этом, выходы водяных каналов воздухоподогревателей подключены через тройник к входу объединенной секции конденсационного экономайзера по воде, выход водяного канала объединенной секции по воде подключен через тройник ко входам воздухоподогревателей по воде.

4. Котельною по п. 3, отличающуюся тем, что выход водяного канала объединенной секции по воде подключен ко входу воздухоподогревателя воздуха по воде обеспечивающему подогрев необходимого объема воздуха для подмешивания к дымовым газам после конденсационного экономайзера, выход этого воздухоподогревателя по воде подключен ко входу воздухоподогревателя воздуха, подаваемого в зону горения топлива, выход этого воздухоподогревателя по воде подключен ко входу объединенной секции по воде.

5. Котельною по п. 2, отличающуюся тем, что входы водяных каналов воздухоподогревателей подключены к отводам трубопровода обратной воды в котельную с регулирующими кранами, выходы водяных каналов воздухоподогревателей подключены через тройник к входу объединенной секции конденсационного экономайзера по воде, выход водяного канала объединенной секции по воде подключен ко входу предыдущей секции по воде.

6. Котельною по п. 2, отличающуюся тем, что вход водяного канала воздухоподогревателя воздуха, обеспечивающего подогрев необходимого объема воздуха для подмешивания к дымовым газам после конденсационного экономайзера, подключен к отводу трубопровода обратной воды в котельную с регулирующим краном, выход водяного канала этого воздухоподогревателя подключен ко входу воздухоподогревателя воздуха, подаваемого в зону горения топлива, выход этого воздухоподогревателя по воде подключен ко входу объединенной секции по воде, выход водяного канала объединенной секции по воде подключен ко входу предыдущей секции по воде.

7. Котельною, укомплектованной, многосекционным конденсационным экономайзером, источниками низкотемпературных теплоносителей, связанных с соответствующими секциями многосекционного конденсационного экономайзера, устройством для защиты дымоходов и дымовой трубы от воздействия конденсата и обледенения внутренних поверхностей дымовой трубы, содержащим воздухоподогреватель на основе теплообменника воздух дымовые газы, обеспечивающий подогрев воздуха для подмешивания к дымовым газам после конденсационного экономайзера, трубопроводом обратной воды в котельную, дымоходами и дымовой трубой, отличающаяся тем, что воздухоподогреватель на основе теплообменника воздух дымовые газы установлен после одной из секции многосекционного конденсационного экономайзера при котором происходит конденсация паров в дымовых газах, при этом канал воздуха теплообменника включен в тракт подачи воздуха в зону подмешивания подогретого воздуха к дымовым газам после конденсационного экономайзера, канал дымовых газов теплообменника включен в тракт дымовых газов котла (котлов)

8. Котельною по п. 7, отличающуюся тем, что теплообменник воздухоподогревателя, обеспечивающего подогрев необходимого объема воздуха для подмешивания к дымовым газам после конденсационного экономайзера, изготовлен с большей мощностью, достаточной также для подогрева воздуха, подаваемого в зону горения топлива, при этом к каналу воздуха теплообменника через тройник подключены тракты подачи воздуха в зону подмешивания подогретого воздуха к дымовым газам после конденсационного экономайзера и в зону горения топлива.

9. Котельною по 1-8, отличающуюся тем, что в состав котельной включен калорифер (теплообменник уходящие газы - вода), при этом калорифер установлен в тракт уходящих газов после зоны подмешивания подогретого воздуха к дымовым газам после многосекционного конденсационного экономайзера, вход водяного канала калорифера подключен к отводу трубопровода обратной воды в котельную с регулирующим краном, выход водяного канала калорифера подключен ко входу первой секции многосекционного конденсационного экономайзера по воде.

10. Котельною, укомплектованной, многосекционным конденсационным экономайзером, источниками низкотемпературных теплоносителей, связанных с соответствующими секциями многосекционного конденсационного экономайзера, устройством для защиты дымоходов и дымовой трубы от воздействия конденсата и обледенения внутренних поверхностей дымовой трубы, трубопроводом обратной воды в котельную, дымоходами и дымовой трубой, отличающуюся тем, что устройство для защиты дымоходов и дымовой трубы от воздействия конденсата и обледенения внутренних поверхностей дымовой трубы представляет собой теплообменник дымовые газы вода и выполнен на основе дополнительной секции, введенной в состав многосекционного конденсационного экономайзера и установленной в конце многосекционного конденсационного экономайзера, вход водяного канала дополнительной секции экономайзера подключен к отводу трубопровода обратной воды в котельную с регулирующим краном, выход водяного канала этой секции подключен ко входу первой секции многосекционного конденсационного экономайзера по воде.

11. Котельною, укомплектованной, многосекционным конденсационным экономайзером, источниками низкотемпературных теплоносителей, связанных с соответствующими секциями многосекционного конденсационного экономайзера, устройством для защиты дымоходов и дымовой трубы от воздействия конденсата и обледенения внутренних поверхностей дымовой трубы, трубопроводом обратной воды в котельную, дымоходами и дымовой трубой, отличающуюся тем, что устройство для защиты дымоходов и дымовой трубы от воздействия конденсата и обледенения внутренних поверхностей дымовой трубы выполнен на основе смесителя дымовых газов и холодного воздуха и калорифера, при этом смеситель установлен в конце многосекционного конденсационного экономайзера, калорифер установлен в тракт уходящих газов после зоны смешивания холодного воздуха и дымовых газов, вход водяного канала калорифера подключен к отводу трубопровода обратной воды в котельную с регулирующим краном, выход водяного канала калорифера подключен ко входу первой секции многосекционного конденсационного экономайзера по воде.

Перечисленные признаки предложенного технического решения являются существенными признаками (сутью) изобретения, что заявляется, а их совокупность позволяет получить ожидаемый результат. Это поясняют фигуры, где:

Фиг. 1. Схематическое изображение прототипа.

Фиг. 2. Схематическое изображение предложенного технического решения на примере водогрейной котельной, укомплектованной по крайней мере одним котлом 1, многосекционным конденсационным экономайзером 2, источниками низкотемпературных теплоносителей 3, для конденсационного экономайзера, воздухоподогревателем 4 в тракте подачи воздуха в зону горения топлива котла со своей секцией 5 экономайзера, трубопроводами прямой 6 и обратной 7 сетевой воды, дымоходами 8 и дымовой трубой 9, устройством 10 для защиты дымоходов и дымовой трубы от воздействия конденсата и обледенения внутренних поверхностей дымовой трубы, в первой секции 11 экономайзера используется обратная 7 сетевая вода в качестве низкотемпературного теплоносителя, отличающаяся тем, что устройство для защиты дымоходов и дымовой трубы от воздействия конденсата и обледенения внутренних поверхностей дымовой трубы выполнен на основе воздухоподогревателя 12 (теплообменник воздух вода), обеспечивающего подогрев необходимого объема воздуха для подмешивания к дымовым газам после конденсационного экономайзера 2 и дополнительной секции 13 экономайзера (теплообменник дымовые газы вода) введенной в состав конденсационного экономайзера котельной, при этом дополнительная секция установлена после секции 5 конденсационного экономайзера, связанной с воздухоподогревателем 4 воздуха, подаваемого в зону горения топлива, общим контуром по воде, вход и выход дополнительной секции по воде подключены соответственно к выходу и входу воздухоподогревателя 12, обеспечивающего подогрев необходимого объема воздуха для подмешивания к дымовым газам после конденсационного экономайзера, вход и выход воздушного канала этого воздухоподогревателя 12 включен в тракт 14 подачи воздуха в зону 15 подмешивания подогретого воздуха к дымовым газам после конденсационного экономайзера. Секций 22 и 23 конденсационного экономайзера предназначены для подогрева подпиточной воды и химический очищенной воды от установки 24. Целесообразность установки секций 22 и 23 определяется в процессе проектирования конденсационного экономайзера и зависит от объема подпиточной воды котельной.

В отличии от прототипа в предложенном техническом решении секции 5, 11, 22 и 23 конденсационного экономайзера рассчитываются и изготавливаются таким образом, что до введения дополнительной секции 13 они обеспечивают максимально возможную величину утилизируемой тепловой энергии дымовых газов при их охлаждении от температуры дымовых газов на выходе из котла до минимально достижимой температуры после конденсационного экономайзера (теплоутилизатора) потенциально полезными потребителями тепла (в рассматриваемом случае обратной сетевой водой, водой после химической подготовки, водой для подпитки и воздухом для горения топлива). Введение дополнительной секции 13 приводит к дополнительному отбору тепловой энергии от дымовых газов, которая не может быть отобрана полезными потребителями тепла, и передаче ее воздуху для подмешивания подогретого воздуха к дымовым газам после конденсационного экономайзера. При этом, температура дымовых газов еще понижается, а температура воздуха для подмешивания повышается примерно до температуры дымовых газов после конденсационного экономайзера (зависит от конструктива дополнительной секции 13 и воздухоподогревателя 12). В зоне 15 после подмешивания подогретого воздуха к дымовым газам получим новый состав дымовых газов с меньшей относительной влажностью (значит и меньшей температурой точки росы) и примерно той же температуры этого состава, что и дымовые газы до подмешивания подогретого воздуха.

Рассмотрим работу предложенного технического решения фиг. 2 на сравнении ее эффективности относительно котельной до установки конденсационного экономайзера и технического решения прототипа на примере использования котла ПТВМ 100 в котельной.

Ниже приведены данные котла ПТВМ 100 при ее эксплуатации:

- до установки конденсационного экономайзера.

1. Режим работы котла 100 МВт.

2. Основное топливо котельной - природный газ (qr=8180 ккал/нм³).

3. α - коэффициент избытка воздуха - 1,2.

4. Коэффициент полезного действия котла при Рвыхк=100 МВт - 0,92.

5. Расход газа - Vгк=11442 нм³/час

6. Удельный расход топлива на 1 МВт - Vудк=114,42 нм³

7. Температура окружающей среды, t_oc - минус 20°С.

8. Температура воздуха в горелку в холодное время года, t_вг плюс 22°С.

9. Температура уходящих газов, t_уг 130°С.

10. Потребляемая электрическая энергия котельной - в зимнее время ~ 1200 кВт в час - в летнее время ~ 500 кВт в час.

11. Стоимость газа для котельной 6000 руб./1000 м³ без НДС.

12. Стоимость электроэнергии 5000 руб./МВт*ч без НДС.

13. Стоимость тепловой энергии 800 руб./Гкал. без НДС.

- после установки конденсационного экономайзера.

14. Расход газа - 11442 нм³/час

15. Температура окружающей среды, t_oc минус 20°С.

16. Температура воздуха в горелку в холодное время года будет доведена с помощью калорифера до t_вг плюс 22°С.

17. Температура дымовых газов после конденсационного экономайзера tкэ=38°С: - для предложенного технического решения фиг. 2 и фиг. 3 перед дополнительной секцией 13 экономайзера. При этом температура дымовых газов после конденсационного экономайзера tкэ=38°С может быть обеспечена любыми полезными источниками, содержащими низкотемпературные теплоносители для охлаждения дымовых газов, в частности, обратной сетевой водой, тепловым насосом, воздухом, подаваемым в зону горения топлива и на отопление помещений котельной, исходной водой и химочищенной водой на подпитку котельной.

18. Параметры бетонной дымовой трубы: - высота Н=105 м; - средняя толщина стенки = 0,327 м; средний диаметр трубы 8,1 м.

Ниже в таблице 1 сведены расчеты, проведенные на основе формулы 1,1 и таблиц 1,2 и 1,3, изложенных в разделе 1.1 (Беспалов Виктор Владимирович. Повышение эффективности глубокой утилизации тепла дымовых газов ТЭС на природном газе. Диссертация. https://www.dissercat.com/content/povyshenie-effektivnosti-glubokoi-utilizatsii-tepla-dymovykh-gazov-tes-na-prirodnom-gaze),

где

а также упрощенной формулы для расчета зависимости температуры дыма по высоте дымовой трубы

Т(х)=(Т_н-Т_окр)е⋅^«х+Т_окр

X - отсчитывается от основания дымовой трубы.

Тн - начальная температура дымовых газов у основания дымовой трубы (т.е. точке врезки дымохода в дымовую трубу).

Токр - температура окружающей среды

α=(kπD)/GC

k - коэффициент теплопередачи тепла от «дыма» через стенку дымовой трубы к окружающей среде (атмосферу) (Вт/(м²⋅°С)),

D - диаметр дымовой трубы (м),

G- расход дыма (м³/с),

С - теплоемкость дыма (дж/(м³⋅°С)).

k - коэффициент теплопередачи определяется по формуле

к=1/(1/α(д.бет)+dтр/αбет+1/α(бет.возд.))

где αбет - теплопроводность бетона (дж/(м⋅°С)),

dтр - толщина трубы (м),

α(д.бет) - коэффициент теплопередачи от дымовых газов к бетону (Вт/(м²⋅°С)),

α(бет.возд.) - коэффициент теплопередачи бетона к воздушной среде (Вт/(м²⋅°С)).

Сравнительный анализ результатов расчета эффективности технического решения прототипа и предложенного технического решения фиг. 2 показывает, что предложенное техническое решения фиг. 2 эффективнее чем прототип, что подтверждается следующими показателями:

1. Увеличение выходной мощности котельной согласно, предложенного технического решения фиг. 2 - 113,94 МВт против 100 МВт и 111,75 МВт соответственно у котельной без КЭ и прототипа (строка 17).

2. Увеличение коэффициента полезного действия котельной согласно, предложенного технического решения фиг. 2 - 104,68% против 91,87% и 102,66% соответственно у котельной без КЭ и прототипа (строка 18).

3. Снижение влагосодержания уходящих газов котельной согласно, предложенного технического решения фиг. 2 - 15,85 г/кг с.г. против 125,67 г/кг с.г. и 22,95 г/кг с.г. соответственно у котельной без КЭ и прототипа (строка 20).

4. Снижение отношения изменения температуры уходящих газов от входа в дымовую трубу до выхода из нее к их допустимому изменению от температуры уходящих газов до точки росы этих газов котельной согласно, предложенного технического решения фиг. 2 - 0,402 против 0,323 и 0,638 соответственно у котельной без КЭ и прототипа (строка 25).

5. Снижение температуры уходящих газов в дымоход согласно, предложенного технического решения фиг. 2 - 30,35°С против 130°С и 33,2°С соответственно у котельной без КЭ и прототипа (строка 19).

6. Снижение удельного расхода газа на 1 МВт тепловой энергии, согласно, предложенного технического решения фиг. 2 - 100,42 м3 против 114,42 м3 и 102,39 м3 соответственно у котельной без КЭ и прототипа (строка 26).

Одновременное снижение температуры и отношения изменения температуры уходящих газов п. 4 и п. 5 повышают надежность дымовой трубы из-за уменьшения термических напряжений при ее эксплуатации с более низкими перепадами температур между температурами внутренней и наружной стенками дымовой трубы, а также температурами уходящих газов на входе и выходе дымовой трубы.

Кроме того, согласно, предложенного технического решения в котельных, в которых упала выработка тепловой энергии из-за снижения потребления населением в результате термо-модернизации домов и промышленностью в результате падения производства и повышения энергоэффективности производства, улучшаются условия эксплуатации дымоходов и дымовой трубы из-за увеличения объема и массы уходящих газов приближая их значения к проектным. Это также снижает перепады температур на входе и выходе трубы и внутренней и внешней стен трубы.

Таким образом, введение дополнительной секции 13 приводит к дополнительному отбору тепловой энергии от дымовых газов, которая не может быть отобрана полезными потребителями тепла, и передаче ее воздуху, подмешиваемому к дымовым газам после конденсационного экономайзера, что существенно повышает показатели котельной по энергетике и надежности в целом.

Фиг. 3. Схематическое изображение предложенного технического решения котельной, аналогична схематическому изображению фиг. 2, они отличаются только источниками низкотемпературного теплоносителя в первой секции 11 экономайзера. В фиг. 2 используется обратная 7 сетевая вода в качестве низкотемпературного теплоносителя, в фиг. 3 в качестве низкотемпературного теплоносителя используется испаритель 27 абсорбционного теплового насоса 25 (АБТН), а обратная 7 сетевая вода подключена к абсорберу 29 АБТН, прямая сетевая вода подключена к конденсатору 28 АБТН. При подаче дымовых газов с выхода генератора 26 АБТН на вход конденсационного экономайзера 2, суммарный объем дымовых газов на входе в конденсационный экономайзер в фиг. 3 равен объему дымовых газов на входе в конденсационный экономайзер в фиг. 2. В варианте, когда часть природного газа необходимого для генератора 26 АБТН со входа в котел подается на вход генератора 26 АБТН и достигается температура дымовых газов после конденсационного экономайзера tкэ=38°С, все теплотехнические параметры котельной фиг 3 будут идентичны теплотехническим параметрам котельной фиг. 2. Поэтому можно использовать результаты, полученные для котельной (фиг. 2).

Фиг. 4. Схематическое изображение предложенного технического решения котельной, отличается от схематического изображения фиг. 2 тем, что дополнительная секция 13 экономайзера устанавливается перед одной из секций конденсационного экономайзера, в частности, перед секцией 22.

Установка дополнительной секции 13 перед секцией 22 в фиг. 4 дает возможность увеличить температуру воздуха, подмешиваемого к дымовым газам после конденсационного экономайзера по отношению к температуре воздуха, подмешиваемого к дымовым газам после конденсационного экономайзера при установке секции 13 после секции 5 на величину равную разности температур дымовых газов от входа в секцию 22 до выхода из секции 5, что позволит существенно увеличить температуру уходящих газов после подмешивания подогретого воздуха и дымовых газов по сравнению температурой уходящих газов в фиг. 2. Это позволит добиться большего снижения отношения изменения температуры уходящих газов от входа в дымовую трубу до выхода из нее к их допустимому изменению от температуры уходящих газов до точки росы этих газов, что повысит надежность работы дымовой трубы.

Секция 5 отбирает тепловую энергию у дымовых газов после секции 23 нагревая полезную нагрузку (воздух, подаваемый в зону горения топлива). При этом, в этом техническом решении секции 5, 11, 22 и 23 конденсационного экономайзера рассчитываются и изготавливаются таким образом, что, как и в фиг. 2, они также обеспечивают максимально возможную величину утилизируемой тепловой энергии дымовых газов при их охлаждении от температуры дымовых газов на выходе из котла до минимально достижимой температуры после конденсационного теплоутилизатора потенциально полезными потребителями тепла. В остальном работа котельных согласно фиг. 4 и фиг. 2 идентичны между собой.

Фиг. 5. Схематическое изображение предложенного технического решения котельной, отличается от схематического изображения фиг. 4 тем, что вход водяного канала воздухоподогревателя 12 воздуха, обеспечивающего подогрев необходимого объема воздуха для подмешивания к дымовым газам после конденсационного экономайзера подключен к отводу трубопровода обратной 7 сетевой воды с регулирующим краном 19, выход водяного канала этого воздухоподогревателя подключен ко входу дополнительной секции 13 конденсационного экономайзера по воде, выход этой секции конденсационного экономайзера по воде подключен к входу предыдущей секции конденсационного экономайзера по воде.

В этом техническом решении воздух для подмешивания к дымовым газам нагревается за счет отобранной тепловой энергии у части обратной сетевой воды. При этом, эта часть обратной сетевой воды охлаждается в соответствии с количеством отобранной у нее тепловой энергии. Охлажденная таким образом часть обратной сетевой воды поступая на вход дополнительной секции 13 отбирает тепловую энергию у дымовых газов (с конденсацией паров воды, соответствующей отобранной тепловой энергии) и восстанавливает свою температуру. Секция 5, 22 и 23 также как и в техническом решении фиг. 4 отбирают тепловую энергию у дымовых газов после секции 13 нагревая соответствующие полезные нагрузки (воздух, подаваемый в зону горения топлива, химический очищенной воды и подпиточной воды).

Таким образом, в итоге воздух для подмешивания к дымовым газам нагревается за счет тепловой энергии дымовых газов при дополнительной конденсации паров воды, соответствующей отобранной тепловой энергии.

Преимуществом этого технического решения является то, что, регулируя объем части обратной сетевой воды регулирующим краном 19 можно обеспечить требуемую величину температуры воздуха (вплоть до температуры равной температуре обратной сетевой воды) для подмешивания к дымовым газам.

Фиг. 6. схематическое изображение предложенного технического решения котельной, отличается от схематического изображения фиг. 4 тем, что секции 13 и 5 конденсационного экономайзера объедены в одну секцию 16 с увеличенной мощностью, при этом, выходы водяных каналов воздухоподогревателей 12 и 4 подключены через тройник 17 к входу объединенной секции конденсационного экономайзера по воде, выход водяного канала объединенной секции по воде подключен через тройник 18 ко входам воздухоподогревателей по воде. При этом, в этом техническом решении секции 11, 22, 23 и 16 конденсационного экономайзера рассчитываются и изготавливаются таким образом, что, как и в фиг. 4, они также обеспечивают максимально возможную величину утилизируемой тепловой энергии дымовых газов при их охлаждении от температуры дымовых газов на выходе из котла до минимально достижимой температуры после конденсационного экономайзера потенциально полезными потребителями тепла. Работа котельной по техническому решению фиг. 6 практический идентична работе по техническому решению фиг. 4, поэтому, чтобы не загромождать текст описания опустим описание ее работы.

Вместе с тем исполнение котельной по техническому решению согласно фиг. 6 может упростить конструкцию экономайзера по сравнению техническим решением котельной согласно фиг. 4, в частности, для котельных не большой мощности.

Фиг. 7. схематическое изображение предложенного технического решения котельной, отличается от схематического изображения фиг. 6 тем, что выход водяного канала объединенной секции 16 по воде подключен ко входу воздухоподогревателя 12 воздуха по воде обеспечивающему подогрев необходимого объема воздуха для подмешивания к дымовым газам после конденсационного экономайзера, выход этого воздухоподогревателя по воде подключен ко входу воздухоподогревателя 4 воздуха, подаваемого в зону горения топлива, выход этого воздухоподогревателя по воде подключен ко входу объединенной секции 16 по воде. Работа котельной по техническому решению фиг. 7 отличается от работы по техническому решению фиг. 6 тем, что пока температура теплоносителя (воды) высокая сначала нагревается воздух для подмешивания к дымовым газам после конденсационного экономайзера, потом нагревается воздух, подаваемый в зону горения топлива. Это позволит добиться большего снижения отношения изменения температуры уходящих газов от входа в дымовую трубу до выхода из нее к их допустимому изменению от температуры уходящих газов до точки росы этих газов, что повысит надежность работы дымовой трубы. В остальном работа котельных согласно фиг. 7 и фиг. 6 идентичны между собой.

Фиг. 8. Схематическое изображение предложенного технического решения котельной, отличается от схематического изображения фиг. 7 тем, что входы водяных каналов воздухоподогревателей 4 и 12 подключен к отводам трубопровода обратной сетевой воды с регулирующими кранами, выходы водяных каналов воздухоподогревателей 4 и 12 подключены через тройник к входу объединенной секции 16 конденсационного экономайзера по воде, выход водяного канала объединенной секции 16 по воде подключен ко входу предыдущей секции по воде.

В этом техническом решении, так же, как и в техническом решении фиг. 5 воздух для подмешивания к дымовым газам и воздух, подаваемый в зону горения топлива, в итоге, нагреваются за счет тепловой энергии дымовых газов при их конденсации. При этом, как и техническом решении фиг. 4, в предложенном техническом решении секции 11 и 16 конденсационного экономайзера рассчитываются и изготавливаются таким образом, что они обеспечивают максимально возможную величину утилизируемой тепловой энергии дымовых газов при их охлаждении от температуры дымовых газов на выходе из котла до минимально достижимой температуры после конденсационного экономайзера потенциально полезными потребителями тепла.

Преимуществом этого технического решения является то, что, регулируя объемы частей обратной сетевой воды регулирующими кранами 19 и 21 можно обеспечить требуемые величины температур воздуха для подмешивания к дымовым газам и воздуха, подаваемого в зону горения топлива.

Фиг. 9. Схематическое изображение предложенного технического решения котельной, отличается от схематического изображения фиг. 8 тем, что вход водяного канала воздухоподогревателя 12 воздуха по воде обеспечивающему подогрев необходимого объема воздуха для подмешивания к дымовым газам после конденсационного экономайзера подключен к отводу трубопровода обратной сетевой воды с регулирующим краном 19, выход водяного канала этого воздухоподогревателя подключен ко входу воздухоподогревателя 4 воздуха, подаваемого в зону горения топлива, выход этого воздухоподогревателя по воде подключен ко входу объединенной секции 13 по воде, выход водяного канала объединенной секции 16 по воде подключен ко входу предыдущей секции по воде. Работа котельной по этому техническому решению фиг. 9 аналогична работе котельной по техническому решению фиг. 8. Применение этого варианта целесообразно при необходимости упрощения автоматики котельной в сравнении с автоматикой котельной фиг 8.

Фиг. 10. Схематическое изображение предложенного технического решения котельной, отличается от схематических изображения прототипа фиг. 1 тем, что воздухоподогреватель, обеспечивающий подогрев необходимого объема воздуха для подмешивания к дымовым газам после конденсационного экономайзера, представляет собой теплообменник 20 воздух дымовые газы, который устанавливается после одной из секции конденсационного экономайзера, при этом канал воздуха теплообменника включен в тракт подачи воздуха в зону подмешивания подогретого воздуха к дымовым газам после конденсационного экономайзера 2, канал дымовых газов теплообменника включен в тракт дымовых газов котла (котлов). Работа котельной по техническому решению фиг. 10 аналогична работе котельной по техническим решениям фиг. 2 и 4. Дополнительная секция 20 в этом техническом решении фиг. 10 так же и как дополнительная секция 13 по техническим решениям фиг. 2 и 4 приводит к дополнительному отбору явной и скрытой тепловой энергии от дымовых газов в результате дополнительной конденсации паров дымовых газов, которая не может быть отобрана полезными потребителями тепла, и передаче ее воздуху, подмешиваемому к дымовым газам после конденсационного экономайзера. Это существенно повышает показатели котельной по энергетике и надежности в целом по сравнению с прототипом (недостатком технического решения прототипа фиг. 1 является то, что для подогрева воздуха, смешиваемого с дымовыми газами после конденсационного экономайзера, используется относительно высокотемпературные дымовые газы, которые могли бы быть использованы другими полезными потребителями тепла, в частности, для подогрева возвращающейся в котел воды).

Фиг. 11. Схематическое изображение предложенного технического решения котельной, отличается от схематического изображения фиг. 10 тем, что теплообменник 20 воздухоподогревателя, обеспечивающего подогрев необходимого объема воздуха для подмешивания к дымовым газам после конденсационного экономайзера, изготовлен с большей мощностью, достаточной также для подогрева воздуха, подаваемого в зону горения топлива, при этом к каналу воздуха теплообменника через тройник подключены тракты подачи воздуха в зону подмешивания подогретого воздуха к дымовым газам после конденсационного экономайзера и в зону горения топлива. Работа котельной по техническому решению фиг. 11 аналогична работе котельной по техническому решению фиг. 6.

Фиг. 12. Схематическое изображение предложенного технического решения котельной, отличается от схематических изображений фиг. 2 - фиг. 11 тем, что в состав котельной включен калорифер 30 (теплообменник уходящие газы - вода), при этом калорифер установлен в тракт уходящих газов после зоны 15 подмешивания подогретого воздуха к дымовым газам после многосекционного конденсационного экономайзера, вход водяного канала калорифера подключен к отводу трубопровода обратной воды 7 в котельную с регулирующим краном 19, выход водяного канала калорифера подключен ко входу первой секции 11 многосекционного конденсационного экономайзера по воде.

В этом техническом решении, также как и в техническом решении фиг. 5, уходящие газы нагреваются за счет отобранной тепловой энергии у части обратной сетевой воды. При этом, эта часть обратной сетевой воды охлаждается в соответствии с количеством отобранной у нее тепловой энергии. Охлажденная таким образом часть обратной сетевой воды поступая на вход первой секции 11 отбирает тепловую энергию у дымовых газов и восстанавливает свою температуру. Таким образом, в итоге уходящие газы нагреваются за счет тепловой энергии дымовых газов при их дополнительной конденсации.

Нагрев уходящих газов позволяет увеличить разницу между температурой уходящих газов и температурой точки росы этих газов. Использование этого технического решения позволит обеспечить защиту дымовой трубы от конденсата при ограничении возможного объема воздуха, подмешиваемого к дымовым газам после конденсационного экономайзера по тем или иным причинам.

Фиг. 13. Схематическое изображение предложенного технического решения котельной, отличается от схематических изображений фиг. 2 тем, что устройство для защиты дымоходов и дымовой трубы от воздействия конденсата и обледенения внутренних поверхностей дымовой трубы представляет собой теплообменник дымовые газы - вода и выполнен на основе дополнительной секции 13 экономайзера, установленной в конце многосекционного конденсационного экономайзера, при этом вход водяного канала дополнительной секции экономайзера подключен к отводу трубопровода обратной воды 7 в котельную с регулирующим краном 19, выход водяного канала этой секции подключен ко входу первой секции 11 многосекционного конденсационного экономайзера по воде.

Работа котельной по этому техническому решению фиг. 13 аналогична работе котельной по техническому решению фиг. 12. Отличием является то, что в этом случае нет подмешивания воздуха к дымовым газам. Использование этого технического решения целесообразно в случае, когда полезные нагрузки (обратная вода котельной, тепловой насос, холодная вода для приготовления горячей воды, холодный дутьевой воздух) обеспечивают значительное снижение температуры дымовых газов перед дополнительной секцией 13, в особенности, когда объем дымовых газов близок к расчетному для существующей трубы котельной.

Фиг. 14. Схематическое изображение предложенного технического решения котельной, отличается от схематических изображений фиг. 12 тем, что в состав многосекционного конденсационного экономайзера не включена дополнительная секция 13. Работа котельной по этому техническому решению фиг. 14 аналогична работе котельной по техническому решению фиг. 12. Отличием является то, что в этом случае в зону 8 подмешивания к дымовым газам подается холодный воздух. Подмешивание холодного воздуха понижает относительную влажность смеси (уходящих газов), что понижает температуру точки росы этой смеси. Например, при подмешивании количества воздуха равному количеству дутьевого воздуха, температура точки росы этой смеси в первом приближении снизится от 56,7°С до 27,4°С (см. строку 21 табл. 1). Температуру смеси можно определить из равенства

где: Q_кдг - тепловая энергия, передаваемая воздуху дымовыми газами при охлаждении воздухом,

Q_возд - тепловая энергия, получаемая воздухом от дымовых газов при его нагреве,

q_кдг.уд - усредненная удельная теплоемкость дымовых газов после многосекционного конденсационного экономайзера в диапазоне температур 30°С - 40°С равна 7,25 кВт/м3/с - получаем согласно табл. 1.3,

q_{возд.уд} - усредненная удельная теплоемкость воздуха в диапазоне температур - 20°С-30°С равна 1,3 кВт/м3/с - получаем согласно выражения q_{возд.уд}=с_возд × 1,163 × 3600 с, где с_возд - усредненная теплоемкость воздуха в диапазоне температур - 20°С-30°С равна 0,31 ккал/м3°С,

t_см - температура смеси воздуха и дымовых газов.

Подставив все приведенные значения в равенство 1 и решив его относительно tсм получим температуру смеси воздуха и дымовых газов равную 29,2°С. Эта температура смеси 29,2°С выше температуры ее точки росы 27,4°С. Однако разница в 1,8°С недостаточна, чтобы смесь воздуха и дымовых газов не конденсировалась в дымовой трубе. Включение калорифера 30 в состав котельной позволит поднять температуру смеси (уходящих газов) до необходимого значения. Например, при температуре обратной сетевой воды в 70°С температура смеси может быть увеличена вплоть до 65°С.

Использование этого технического решения целесообразно в котельных, в которых упали тепловые нагрузки в связи с чем дымоходы и дымовые трубы работают недогруженными, что снижает их надежность в процессе эксплуатации.

Для снижения абсолютного и относительного влагосодержания уходящих газов, а также увеличения температуры уходящих газов относительно точки росы этих газов, в предложенных технических решениях фиг. 2 - фиг. 14, используются часть явной и скрытой тепловой энергий дымовых газов, которые уходили в атмосферу, после отбора части явной и скрытой тепловой энергий дымовых газов, подключенными к многосекционному конденсационному экономайзеру полезными низкотемпературными нагрузками. Выбор того или иного технического решения фиг. 2 - фиг. 14 зависит от ситуационного плана модернизируемой или проектируемой котельной, при этом, в зависимости от решаемой задачи в каждом конкретном случае могут быть использованы все или часть полезных нагрузок, к которым относятся возвращающаяся в котел вода, тепловой насос, воздух, подаваемым в зону горения топлива и на отопление помещений котельной, исходная вода и химический очищенная вода на подпитку котельной.

Сравнительный анализ предлагаемых технических решений котельной с прототипом показывает, что они отличаются составом оборудования, порядком их использования и приводят:

- к увеличению КПД и выходной мощности котельной;

- снижению удельного расхода газа на 1 МВт тепловой энергии;

- снижению влагосодержания уходящих газов котельной;

- снижению отношения изменения температуры уходящих газов от входа в дымовую трубу до выхода из нее к их допустимому изменению от температуры уходящих газов до температуры точки росы этих газов;

- снижению температуры уходящих газов котельной;

- повышению надежности дымовой трубы из-за уменьшения термических напряжений при ее эксплуатации с более низкими перепадами температур между температурами внутренней и наружной стенками дымовой трубы, а также температурами уходящих газов на входе и выходе дымовой трубы из-за одновременного снижения температуры и отношения изменения температуры уходящих газов.

Кроме того, согласно, предложенным техническим решениям (кроме фиг. 13) в котельных, в которых упала выработка тепловой энергии из-за снижения потребления населением в результате термо-модернизации домов и промышленностью в результате падения производства и повышения энергоэффективности производства, улучшаются условия эксплуатации дымоходов и дымовых труб из-за увеличения объема и массы уходящих газов приближая их значения к проектным. Это также снижает перепады температур на входе и выходе трубы и внутренней и внешней стен трубы.

Таким образом, введение дополнительной секции в многосекционный конденсационный экономайзер по дополнительному отбору тепловой энергии от дымовых газов, которая не может быть отобрана полезными потребителями тепла, и передаче ее воздуху, подмешиваемому к дымовым газам после конденсационного экономайзера приводит к значительному улучшению теплотехнических параметров, экономических показателей котельных и условий эксплуатации дымоходов и дымовой трубы, что повышает их надежность.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, а также обнаружение источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не выявил технического решения, характеризующегося признаками, тождественными или эквивалентными предлагаемому, при этом изобретение не следует явным для специалиста образом из известного уровня техники и определенного заявителем. Определение из перечня обнаруженных аналогов прототипа, как наиболее близкого технического решения по совокупности признаков, позволило выявить в заявленном устройстве совокупность существенных характерных признаков, поэтому заявляемые технические решения котельной являются эффективными и отвечают критерию «новизна».

Кроме того, предложенная котельная является пригодной для промышленного применения, поскольку не содержит в своем составе никаких конструктивных элементов или материалов, которые невозможно было бы воспроизвести на современном этапе развития науки и техники, в частности, в области теплоэнергетики, а, следовательно, данное техническое решение считается соответствующим критерию «промышленная пригодность».

Группа изобретений относится к вариантам котельной, которая в свою очередь относится к области теплоэнергетики, где котельные и котлы используются для производства тепловой энергии коммунальным, промышленным и другим потребителями, в том числе на ТЭЦ. Задачей группы изобретений является повышение энергетической эффективности котельной при одновременном недопущении образования конденсата в дымоходе и дымовой трубе и максимальном использовании явного и скрытого тепла дымовых газов, которые потенциально могут быть использованы полезными потребителями тепла, в частности возвращающейся в котел воды, тепловым насосом, воздухом, подаваемым в зону горения топлива и на отопление помещений котельной, исходной водой и химочищенной водой на подпитку котельной. Поставленная задача решается тем, что в многосекционный конденсационный экономайзер с источниками низкотемпературных теплоносителей, связанных с соответствующими секциями многосекционного конденсационного экономайзера, введена дополнительная секция экономайзера, которая приводит к дополнительному отбору тепловой энергии от дымовых газов, которая не может быть отобрана полезными потребителями тепла, и передаче ее воздуху, подмешиваемому к дымовым газам после конденсационного экономайзера, что существенно повышает теплотехнические и экономические показатели, а также надежности котельной в целом. 4 н. и 7 з.п. ф-лы, 14 ил. 3 табл.

1. Котельная, укомплектованная многосекционным конденсационным экономайзером, источниками низкотемпературных теплоносителей, связанных с соответствующими секциями многосекционного конденсационного экономайзера, устройством для защиты дымоходов и дымовой трубы от воздействия конденсата и обледенения внутренних поверхностей дымовой трубы, содержащим воздухоподогреватель, обеспечивающий подогрев воздуха для подмешивания к дымовым газам после конденсационного экономайзера, трубопроводом обратной воды в котельную, дымоходами и дымовой трубой, отличающаяся тем, что устройство для защиты дымоходов и дымовой трубы от воздействия конденсата и обледенения внутренних поверхностей дымовой трубы дополнительно содержит теплообменник дымовые газы - вода, выполненный на основе дополнительной секции в составе многосекционного конденсационного экономайзера котельной, при этом воздухоподогреватель выполнен в виде теплообменника воздух - вода, обеспечивающего подогрев необходимого объёма воздуха для подмешивания к дымовым газам после конденсационного экономайзера, вход и выход дополнительной секции по воде подключены соответственно к выходу и входу воздухоподогревателя, вход и выход воздушного канала этого воздухоподогревателя включены в тракт подачи воздуха в зону подмешивания подогретого воздуха к дымовым газам после многосекционного конденсационного экономайзера.

2. Котельная по п. 1, отличающаяся тем, что секции конденсационного экономайзера, связанные с воздухоподогревателем воздуха, подаваемого в зону горения топлива, и воздухоподогревателем, обеспечивающим подогрев необходимого объёма воздуха для подмешивания к дымовым газам после конденсационного экономайзера, объедены в одну секцию с увеличенной мощностью, при этом выходы водяных каналов воздухоподогревателей подключены через тройник к входу объединённой секции конденсационного экономайзера по воде, выход водяного канала объединённой секции по воде подключен через тройник ко входам воздухоподогревателей по воде.

3. Котельная по п. 2, отличающаяся тем, что выход водяного канала объединённой секции по воде подключен ко входу воздухоподогревателя воздуха по воде, обеспечивающего подогрев необходимого объёма воздуха для подмешивания к дымовым газам после конденсационного экономайзера, выход этого воздухоподогревателя по воде подключен ко входу воздухоподогревателя воздуха, подаваемого в зону горения топлива, выход этого воздухоподогревателя по воде подключен ко входу объединённой секции по воде.

4. Котельная по п. 1, отличающаяся тем, что вход водяного канала воздухоподогревателя воздуха, обеспечивающего подогрев необходимого объёма воздуха для подмешивания к дымовым газам после конденсационного экономайзера, подключен к отводу трубопровода обратной воды в котельную с регулирующим краном, выход водяного канала этого воздухоподогревателя подключен ко входу дополнительной секции конденсационного экономайзера по воде, выход этой секции конденсационного экономайзера по воде подключен к входу предыдущей секции конденсационного экономайзера по воде.

5. Котельная по п. 2, отличающаяся тем, что входы водяных каналов воздухоподогревателей подключены к отводам трубопровода обратной воды в котельную с регулирующими кранами, выходы водяных каналов воздухоподогревателей подключены через тройник к входу объединённой секции конденсационного экономайзера по воде, выход водяного канала объединённой секции по воде подключен ко входу предыдущей секции по воде.

6. Котельная по п. 2, отличающаяся тем, что вход водяного канала воздухоподогревателя воздуха, обеспечивающего подогрев необходимого объёма воздуха для подмешивания к дымовым газам после конденсационного экономайзера, подключен к отводу трубопровода обратной воды в котельную с регулирующим краном, выход водяного канала этого воздухоподогревателя подключен ко входу воздухоподогревателя воздуха, подаваемого в зону горения топлива, выход этого воздухоподогревателя по воде подключен ко входу объединённой секции по воде, выход водяного канала объединённой секции по воде подключен ко входу предыдущей секции по воде.

7. Котельная, укомплектованная многосекционным конденсационным экономайзером, источниками низкотемпературных теплоносителей, связанных с соответствующими секциями многосекционного конденсационного экономайзера, устройством для защиты дымоходов и дымовой трубы от воздействия конденсата и обледенения внутренних поверхностей дымовой трубы, содержащим воздухоподогреватель на основе теплообменника воздух - дымовые газы, обеспечивающий подогрев воздуха для подмешивания к дымовым газам после конденсационного экономайзера, трубопроводом обратной воды в котельную, дымоходами и дымовой трубой, отличающаяся тем, что воздухоподогреватель на основе теплообменника воздух - дымовые газы установлен после одной из секции многосекционного конденсационного экономайзера, при котором происходит конденсация паров в дымовых газах, при этом канал воздуха теплообменника включён в тракт подачи воздуха в зону подмешивания подогретого воздуха к дымовым газам после конденсационного экономайзера, канал дымовых газов теплообменника включен в тракт дымовых газов котла (котлов).

8. Котельная по п. 7, отличающаяся тем, что теплообменник воздухоподогревателя, обеспечивающего подогрев необходимого объёма воздуха для подмешивания к дымовым газам после конденсационного экономайзера, изготовлен с большей мощностью, достаточной также для подогрева воздуха, подаваемого в зону горения топлива, при этом к каналу воздуха теплообменника через тройник подключены тракты подачи воздуха в зону подмешивания подогретого воздуха к дымовым газам после конденсационного экономайзера и в зону горения топлива.

9. Котельная по любому из пп. 1-8, отличающаяся тем, что в состав котельной включен калорифер (теплообменник уходящие газы - вода), при этом калорифер установлен в тракт уходящих газов после зоны подмешивания подогретого воздуха к дымовым газам после многосекционного конденсационного экономайзера, вход водяного канала калорифера подключен к отводу трубопровода обратной воды в котельную с регулирующим краном, выход водяного канала калорифера подключен ко входу первой секции многосекционного конденсационного экономайзера по воде.

10. Котельная, укомплектованная многосекционным конденсационным экономайзером, источниками низкотемпературных теплоносителей, связанных с соответствующими секциями многосекционного конденсационного экономайзера, устройством для защиты дымоходов и дымовой трубы от воздействия конденсата и обледенения внутренних поверхностей дымовой трубы, трубопроводом обратной воды в котельную, дымоходами и дымовой трубой, отличающаяся тем, что устройство для защиты дымоходов и дымовой трубы от воздействия конденсата и обледенения внутренних поверхностей дымовой трубы представляет собой теплообменник дымовые газы - вода и выполнен на основе дополнительной секции, введенной в состав многосекционного конденсационного экономайзера и установленной в конце многосекционного конденсационного экономайзера, вход водяного канала дополнительной секции экономайзера подключен к отводу трубопровода обратной воды в котельную с регулирующим краном, выход водяного канала этой секции подключен ко входу первой секции многосекционного конденсационного экономайзера по воде.

11. Котельная, укомплектованная многосекционным конденсационным экономайзером, источниками низкотемпературных теплоносителей, связанных с соответствующими секциями многосекционного конденсационного экономайзера, устройством для защиты дымоходов и дымовой трубы от воздействия конденсата и обледенения внутренних поверхностей дымовой трубы, трубопроводом обратной воды в котельную, дымоходами и дымовой трубой, отличающаяся тем, что устройство для защиты дымоходов и дымовой трубы от воздействия конденсата и обледенения внутренних поверхностей дымовой трубы выполнено на основе смесителя дымовых газов и холодного воздуха и калорифера, при этом смеситель установлен в конце многосекционного конденсационного экономайзера, калорифер установлен в тракт уходящих газов после зоны смешивания холодного воздуха и дымовых газов, вход водяного канала калорифера подключен к отводу трубопровода обратной воды в котельную с регулирующим краном, выход водяного канала калорифера подключен ко входу первой секции многосекционного конденсационного экономайзера по воде.