Установка для утилизации тепла дымовых газов оросительно-конденсационного типа с подогревом оросительной воды Российский патент 2024 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 известна принятая в качестве прототипа заявляемого изобретения установка для утилизации тепла дымовых газов и очистки их конденсата, содержащая основной газоход, к которому присоединен байпасный газоход, на линии которого последовательно по ходу течения газа установлены: первое запорно-регулирующее устройство, газоводяной поверхностный теплообменник, дымосос и второе запорно-регулирующее устройство. При этом установка также содержит трубопровод подпиточной воды, на линии которого установлен первый насос. Причем выход трубопровода подпиточной воды соединен с входом первого отводящего трубопровода, на линии которого в противоход течению газа установлен газоводяной поверхностный теплообменник. 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 газоводяного поверхностного теплообменника соединен с трубопроводом для отвода конденсата, на линии которого установлены последовательно по ходу течения воды: гидрозатвор, бак для сбора конденсата, расходомер воды, второй насос, декарбонизатор, как минимум один механический фильтр и как минимум один катионитный фильтр. При этом расходомер воды подключен к вентилятору декарбонизатора. Причем декарбонизатор соединен с входом третьего отводящего трубопровода, выход которого соединен с байпасным газоходом между первым запорно-регулирующим устройством и газоводяным поверхностным теплообменником (патент на изобретение RU 2793500 С1, дата публикации: 04.04.2023 г., далее - [1]).

Недостатки известной из [1] установки для утилизации тепла дымовых газов заключаются в следующем.

В известной из [1] установке дымосос установлен после газоводяного поверхностного теплообменника по ходу течения газа, что может приводить к коррозионным и эрозионным повреждениям крыльчатки рабочего колеса дымососа, вызванным конденсацией остаточной влаги охлажденных дымовых газов в дымососе. В известной из [1] установке на линии байпасного газохода после теплообменника отсутствует устройство для удаления остаточной влаги из охлажденных газов, что может приводить к эрозионным и коррозионным повреждениям выходной части байпасного газохода. В известной из [1] установке утилизация тепла дымовых газов протекает недостаточно эффективно, поскольку теплообмен между дымовыми газами и подпиточной водой осуществляется через стенки трубок, установленных внутри газоводяного поверхностного теплообменника.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено патентуемое изобретение, является повышение эффективности работы установки для утилизации тепла дымовых газов, а техническими результатами - уменьшение вероятности возникновения коррозионных и эрозионных повреждений крыльчатки рабочего колеса дымососа; уменьшение вероятности возникновения эрозионных и коррозионных повреждений выходной части байпасного газохода; и повышение эффективности утилизации тепла 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 байпасный газоход, на линии которого последовательно по ходу течения газа установлены: первое запорно-регулирующее устройство, дымосос, газоводяной поверхностный теплообменник, жалюзийный сепаратор и второе запорно-регулирующее устройство. При этом установка также содержит трубопровод подпиточной воды, на линии которого установлен первый насос. Причем выход трубопровода подпиточной воды соединен с входом первого коллектора газоводяного поверхностного теплообменника, выход которого соединен с входами трубок газоводяного поверхностного теплообменника в противоход течению газа. При этом выходы трубок газоводяного поверхностного теплообменника соединены с входом второго коллектора газоводяного поверхностного теплообменника, выход которого соединен с входом отводящего трубопровода, выход которого соединен с баком подпитки тепловой сети. Причем конденсатосборник газоводяного поверхностного теплообменника соединен с трубопроводом для отвода конденсата, на линии которого установлены последовательно по ходу течения конденсата: гидрозатвор, второй насос и трехходовой клапан. При этом трехходовой клапан соединен с входом трубопровода для слива конденсата и с входом первого трубопровода системы орошения, на линии которого установлен расходомер воды. Причем трехходовой клапан и расходомер воды подключены к контроллеру. При этом на линии основного газохода между входом и выходом байпасного газохода установлен поверхностный теплообменник догрева орошающей воды. Причем выход первого трубопровода системы орошения соединен с входом первого коллектора поверхностного теплообменника догрева орошающей воды, выход которого соединен с входами трубок поверхностного теплообменника догрева орошающей воды в противоход течению газа. При этом выходы трубок поверхностного теплообменника догрева орошающей воды соединены с входом второго коллектора поверхностного теплообменника догрева орошающей воды, выход которого соединен с входом второго трубопровода системы орошения, выход которого соединен с оросителем, установленным внутри корпуса газоводяного поверхностного теплообменника над его трубками. Причем трубка жалюзийного сепаратора для слива конденсата соединена с трубопроводом для отвода конденсата.

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

За счет того, что в заявленной установке для утилизации тепла дымовых газов дымосос установлен на линии байпасного газохода перед газоводяным поверхностным теплообменником по ходу течения газа обеспечивается уменьшение вероятности возникновения коррозионных и эрозионных повреждений крыльчатки рабочего колеса дымососа, так как дымовые газы, проходящие через дымосос имеют более высокую степень сухости по сравнению с прототипом [1], поскольку они проходят через дымосос до того, как происходит их охлаждение в газоводяном поверхностном теплообменнике.

За счет того, что на линии байпасного газохода после газоводяного поверхностного теплообменника по ходу течения газа установлен жалюзийный сепаратор, обеспечивается уменьшение вероятности возникновения эрозионных и коррозионных повреждений выходной части байпасного газохода, поскольку при прохождении охлажденных дымовых газов через сепаратор происходит удаление остатков несконденсировавшейся влаги из охлажденных дымовых газов.

За счет того, что конденсатосборник газоводяного поверхностного теплообменника соединен с трубопроводом для отвода конденсата, который соединен через трехходовой клапан с трубопроводом для слива конденсата и с первым трубопроводом системы орошения, соединенным с поверхностным теплообменником догрева орошающей воды, соединенным со вторым трубопроводом системы орошения, который соединен с оросителем, установленным внутри корпуса газоводяного поверхностного теплообменника над его трубками, а также за счет того, что трубка жалюзийного сепаратора для слива конденсата соединена с трубопроводом для отвода конденсата обеспечивается повышение эффективности утилизации тепла дымовых газов. При орошении дымовых газов внутри газоводяного поверхностного теплообменника предварительно подогретым в теплообменнике догрева орошающей воды конденсатом в потоке газов увеличивается содержание водяных паров и их парциальное давление, что обеспечивает нагрев подпиточной воды в газоводяном поверхностном теплообменнике до более высокой температуры, поскольку орошение дымовых газов предварительно подогретым конденсатом интенсифицирует процесс теплообмена в верхней зоне газоводяного поверхностного теплообменника за счет того, что орошающая вода смачивает наружные поверхности трубок внутри корпуса газоводяного поверхностного теплообменника. При этом охлаждение дымовых газов также происходит в поверхностном теплообменнике догрева орошающей воды, установленном на линии основного газохода, за счет теплообмена между конденсатом и дымовыми газами.

Краткое описание фигуры

На фиг. представлена схема установки для утилизации тепла дымовых газов.

Описание позиций фигур

1 - основной газоход;

2 - байпасный газоход;

3 - первое запорно-регулирующее устройство;

4 - дымосос;

5 - газоводяной поверхностный теплообменник;

6 - жалюзийный сепарартор;

7 - второе запорно-регулирующее устройство;

8 - трубопровод подпиточной воды;

9 - первый насос;

10 - отводящий трубопровод;

11 - бак подпитки тепловой сети;

12 - трубопровод для отвода конденсата;

13 - гидрозатвор;

14 - второй насос;

15 - трехходовой клапан;

16 - трубопровод для слива конденсата;

17 - первый трубопровод системы орошения;

18 - расходомер воды;

19 - контроллер;

20 - поверхностный теплообменник догрева орошающей воды;

21 - второй трубопровод системы орошения;

22 - ороситель;

23 - котельная установка;

24 - дымовая труба;

25 - трубка жалюзийного сепаратора для слива конденсата.

Осуществление изобретения

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

Установка для утилизации тепла дымовых газов содержит основной газоход 1, к которому присоединен байпасный газоход 2, на линии которого последовательно по ходу течения газа установлены: первое запорно-регулирующее устройство 3, дымосос 4, газоводяной поверхностный теплообменник 5, жалюзийный сепаратор 6 и второе запорно-регулирующее устройство 7. При этом установка также содержит трубопровод подпиточной воды 8, на линии которого установлен первый насос 9. Причем выход трубопровода подпиточной воды 8 соединен с входом первого коллектора газоводяного поверхностного теплообменника 5, выход которого соединен с входами трубок газоводяного поверхностного теплообменника 5 в противоход течению газа. При этом выходы трубок газоводяного поверхностного теплообменника 5 соединены с входом второго коллектора газоводяного поверхностного теплообменника 5, выход которого соединен с входом отводящего трубопровода 10, выход которого соединен с баком подпитки тепловой сети 11. Причем конденсатосборник газоводяного поверхностного теплообменника 5 соединен с трубопроводом для отвода конденсата 12, на линии которого установлены последовательно по ходу течения конденсата: гидрозатвор 13, второй насос 14 и трехходовой клапан 15. При этом трехходовой клапан 15 соединен с входом трубопровода для слива конденсата 16 и с входом первого трубопровода системы орошения 17, на линии которого установлен расходомер воды 18. Причем трехходовой клапан 15 и расходомер воды 18 подключены к контроллеру 19. При этом на линии основного газохода 1 между входом и выходом байпасного газохода 2 установлен поверхностный теплообменник догрева орошающей воды 20. Причем выход первого трубопровода системы орошения 17 соединен с входом первого коллектора поверхностного теплообменника догрева орошающей воды 20, выход которого соединен с входами трубок поверхностного теплообменника догрева орошающей воды 20 в противоход течению газа. При этом выходы трубок поверхностного теплообменника догрева орошающей воды 20 соединены с входом второго коллектора поверхностного теплообменника догрева орошающей воды 20, выход которого соединен с входом второго трубопровода системы орошения 21, выход которого соединен с оросителем 22, установленным внутри корпуса газоводяного поверхностного теплообменника 5 над его трубками. Причем трубка жалюзийного сепаратора для слива конденсата 25 соединена с трубопроводом для отвода конденсата 12.

Работа установки для утилизации тепла дымовых газов осуществляется следующим образом.

В процессе эксплуатации котельной установки 23 дымовые газы поступают из котельной установки 23 в основной газоход 1. При этом часть дымовых газов, составляющая 25% от полного расхода дымовых газов через основной газоход 1, отводится из основного газохода 1 в байпасный газоход 2, через который дымовые газы с помощью дымососа 4 поступают в корпус газоводяного поверхностного теплообменника 5. Регулирование расхода дымовых газов через байпасный газоход 2 осуществляется с помощью первого и второго запорно-регулирующих устройств 3, 7. При этом подпиточная вода перекачивается с помощью первого насоса 9 из трубопровода подпиточной воды 8 в первый коллектор газоводяного поверхностного теплообменника 5, из которого она поступает в трубки газоводяного поверхностного теплообменника 5. При прохождении подпиточной воды через трубки газоводяного поверхностного теплообменника 5 осуществляется теплообмен через стенки трубок между подпиточной водой и дымовыми газами, проходящими через корпус газоводяного поверхностного теплообменника 5 в противоход подпиточной воде. После чего подпиточная вода поступает во второй коллектор газоводяного поверхностного теплообменника 5, из которого она направляется через отводящий трубопровод 10 в бак подпитки тепловой сети 11. Затем подпиточная вода направляется из бака подпитки тепловой сети 11 к потребителю. Конденсат, образующийся в результате охлаждения дымовых газов, проходящих через корпус газоводяного поверхностного теплообменника 5, отводится из конденсатосборника газоводяного поверхностного теплообменника 5 через трубопровод для отвода конденсата 12 и установленный на его линии гидрозатвор 13. После чего конденсат с помощью второго насоса 14 подводится к трехходовому клапану 15, через который одна часть конденсата отводится в трубопровод для слива конденсата 16, в то время как другая часть конденсата подается через первый трубопровод системы орошения 17 в первый коллектор поверхностного теплообменника догрева орошающей воды 20, из которого конденсат поступает в трубки поверхностного теплообменника догрева орошающей воды 20. При прохождении конденсата через трубки поверхностного теплообменника догрева орошающей воды 20 осуществляется теплообмен через стенки трубок между конденсатом и дымовыми газами, поступающими из основного газохода 1 в корпус поверхностного теплообменника догрева орошающей воды 20. При этом регулирование расхода конденсата, подаваемого через первый трубопровод системы орошения 17 в теплообменник догрева орошающей воды 20, осуществляется с помощью расходомера воды 18, соединенного с контроллером 19, который соединен с трехходовым клапаном 15. Показания с расходомера воды 18 передаются на контроллер 19, который посылает сигнал на открытие/закрытие трехходового клапана 15 для обеспечения заданного расхода конденсата через первый трубопровод системы орошения 17. В поверхностном теплообменнике догрева орошающей воды 20 дымовые газы, поступающие из основного газохода 1 в корпус поверхностного теплообменника догрева орошающей воды 20, охлаждается до температуры 90-100°С. Температура дымовых газов после их прохождения через корпус поверхностного теплообменника догрева орошающей воды 20 не превышает температуру точки росы, при которой происходит конденсация водяных паров. При этом конденсат, проходящий через трубки поверхностного теплообменника догрева орошающей воды 20, подогревается в них до температуры 60-70°С. Затем подогретый конденсат поступает из трубок поверхностного теплообменника догрева орошающей воды 20 в его второй коллектор, из которого она подается во второй трубопровод системы орошения 21. После чего из второго трубопровода системы орошения 21 подогретый конденсат поступает в ороситель 22. Процесс орошения дымовых газов, поступающих из байпасного газохода 2 в корпус газоводяного поверхностного теплообменника 5, осуществляется с помощью форсунок оросителя 22 внутри корпуса газоводяного поверхностного теплообменника 5. При этом подогретый конденсат, орошающий дымовые газы, нагревается до более высокой температуры за счет теплообмена с дымовыми газами и омывает наружные поверхности трубок газоводяного поверхностного теплообменника 5, что также обеспечивает нагрев подпиточной воды, протекающей через трубки газоводяного поверхностного теплообменника 5 до более высокой температуры. После чего дымовые газы, охлажденные в газоводяном поверхностном теплообменнике 5, поступают в жалюзийный сепаратор 6, установленный на линии байпасного газохода 2, в котором улавливаются остатки несконденсировавшейся влаги, которая направляется через трубку жалюзийного сепаратора для слива конденсата 25 в трубопровод для отвода конденсата 12. После чего дымовые газы из байпасного газохода 2 поступают в основной газоход 1, в котором они смешиваются с дымовыми газами, проходящими через основной газоход 1, и затем дымовые газы поступают из основного газохода 1 в дымовую трубу 24. При этом за счет удаления остатков несконденсировавшейся влаги из дымовых газов, проходящих через жалюзийный сепаратор 6, обеспечивается повышение степени сухости дымовых газов перед дымовой трубой 24.

За счет того, что в заявленной установке для утилизации тепла дымовых газов дымосос 4 установлен на линии байпасного газохода 2 перед газоводяным поверхностным теплообменником 5 по ходу течения газа обеспечивается уменьшение вероятности возникновения коррозионных и эрозионных повреждений крыльчатки рабочего колеса дымососа 4, так как дымовые газы, проходящие через дымосос 4 имеют более высокую степень сухости по сравнению с прототипом [1], поскольку они проходят через дымосос 4 до того, как происходит их охлаждение в газоводяном поверхностном теплообменнике 5.

За счет того, что на линии байпасного газохода 2 после газоводяного поверхностного теплообменника 5 по ходу течения газа установлен жалюзийный сепаратор 6, обеспечивается уменьшение вероятности возникновения эрозионных и коррозионных повреждений выходной части байпасного газохода 2, так как при прохождении охлажденных дымовых газов через сепаратор 6 происходит удаление остатков несконденсировавшейся влаги из охлажденных дымовых газов.

За счет того, что конденсатосборник газоводяного поверхностного теплообменника 5 соединен с трубопроводом для отвода конденсата 12, который соединен с трубопроводом для слива конденсата 16 и с первым трубопроводом системы орошения 17, соединенным с поверхностным теплообменником догрева орошающей воды 20, соединенным со вторым трубопроводом системы орошения 21, который соединен с оросителем 22, установленным внутри корпуса газоводяного поверхностного теплообменника 5 над его трубками, обеспечивается повышение эффективности утилизации тепла дымовых газов. При орошении дымовых газов внутри газоводяного поверхностного теплообменника 5 предварительно подогретым в поверхностном теплообменнике догрева орошающей воды 20 конденсатом в потоке газов увеличивается содержание водяных паров и их парциальное давление, что обеспечивает нагрев подпиточной воды в газоводяном поверхностном теплообменнике 5 до более высокой температуры, поскольку орошение дымовых газов предварительно подогретым конденсатом интенсифицирует процесс теплообмена в верхней зоне газоводяного поверхностного теплообменника 5 за счет того, что орошающая вода смачивает наружные поверхности трубок внутри корпуса газоводяного поверхностного теплообменника 5. При этом охлаждение дымовых газов также происходит в поверхностном теплообменнике догрева орошающей воды 20, установленном на линии основного газохода 1, за счет теплообмена между конденсатом и дымовыми газами.

Промышленная применимость

Патентуемое изобретение отвечает условию «промышленная применимость». Сущность технического решения раскрыта в формуле, описании и фигуре 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 байпасный газоход, на линии которого последовательно по ходу течения газа установлены: первое запорно-регулирующее устройство, дымосос, газоводяной поверхностный теплообменник, жалюзийный сепаратор и второе запорно-регулирующее устройство. При этом установка также содержит трубопровод подпиточной воды, на линии которого установлен первый насос. Причем выход трубопровода подпиточной воды соединен с входом первого коллектора газоводяного поверхностного теплообменника, выход которого соединен с входами трубок газоводяного поверхностного теплообменника в противоход течению газа. При этом выходы трубок газоводяного поверхностного теплообменника соединены с входом второго коллектора газоводяного поверхностного теплообменника, выход которого соединен с входом отводящего трубопровода, выход которого соединен с баком подпитки тепловой сети. Причем конденсатосборник газоводяного поверхностного теплообменника соединен с трубопроводом для отвода конденсата, на линии которого установлены последовательно по ходу течения конденсата: гидрозатвор, второй насос и трехходовой клапан. При этом трехходовой клапан соединен с входом трубопровода для слива конденсата и с входом первого трубопровода системы орошения, на линии которого установлен расходомер воды. Причем трехходовой клапан и расходомер воды подключены к контроллеру. При этом на линии основного газохода между входом и выходом байпасного газохода установлен поверхностный теплообменник догрева орошающей воды. Причем выход первого трубопровода системы орошения соединен с входом первого коллектора поверхностного теплообменника догрева орошающей воды, выход которого соединен с входами трубок поверхностного теплообменника догрева орошающей воды в противоход течению газа. При этом выходы трубок поверхностного теплообменника догрева орошающей воды соединены с входом второго коллектора поверхностного теплообменника догрева орошающей воды, выход которого соединен с входом второго трубопровода системы орошения, выход которого соединен с оросителем, установленным внутри корпуса газоводяного поверхностного теплообменника над его трубками. При этом трубка жалюзийного сепаратора для слива конденсата соединена с трубопроводом для отвода конденсата. Технический результат - уменьшение вероятности возникновения коррозионных и эрозионных повреждений крыльчатки рабочего колеса дымососа, уменьшение вероятности возникновения эрозионных и коррозионных повреждений выходной части байпасного газохода и повышение эффективности утилизации тепла дымовых газов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка для утилизации тепла дымовых газов, содержащая основной газоход, к которому присоединен байпасный газоход, отличающаяся тем, что на линии байпасного газохода последовательно по ходу течения газа установлены: первое запорно-регулирующее устройство, дымосос, газоводяной поверхностный теплообменник, жалюзийный сепаратор и второе запорно-регулирующее устройство; при этом установка также содержит трубопровод подпиточной воды, на линии которого установлен первый насос; причем выход трубопровода подпиточной воды соединен с входом первого коллектора газоводяного поверхностного теплообменника, выход которого соединен с входами трубок газоводяного поверхностного теплообменника в противоход течению газа; при этом выходы трубок газоводяного поверхностного теплообменника соединены с входом второго коллектора газоводяного поверхностного теплообменника, выход которого соединен с входом отводящего трубопровода, выход которого соединен с баком подпитки тепловой сети; причем конденсатосборник газоводяного поверхностного теплообменника соединен с трубопроводом для отвода конденсата, на линии которого установлены последовательно по ходу течения конденсата: гидрозатвор, второй насос и трехходовой клапан; при этом трехходовой клапан соединен с входом трубопровода для слива конденсата и с входом первого трубопровода системы орошения, на линии которого установлен расходомер воды; причем трехходовой клапан и расходомер воды подключены к контроллеру; при этом на линии основного газохода между входом и выходом байпасного газохода установлен поверхностный теплообменник догрева орошающей воды; причем выход первого трубопровода системы орошения соединен с входом первого коллектора поверхностного теплообменника догрева орошающей воды, выход которого соединен с входами трубок поверхностного теплообменника догрева орошающей воды в противоход течению газа; при этом выходы трубок поверхностного теплообменника догрева орошающей воды соединены с входом второго коллектора поверхностного теплообменника догрева орошающей воды, выход которого соединен с входом второго трубопровода системы орошения, выход которого соединен с оросителем, установленным внутри корпуса газоводяного поверхностного теплообменника над его трубками.

2. Установка для утилизации тепла дымовых газов по п. 1, отличающаяся тем, что трубка жалюзийного сепаратора для слива конденсата соединена с трубопроводом для отвода конденсата.