СИСТЕМА ДЛЯ НАГРЕВА МАСЛА В КАЧЕСТВЕ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТРАБОТАННОГО ТЕПЛА КОТЕЛЬНОГО ГАЗА
SYSTEM FOR HEATING OIL AS HEAT CARRIER USING BOILER FLUE GAS WASTE HEAT

[0001] Настоящее изобретение относится к поглощению и утилизации отработанного тепла из котельных дымовых газов и, более конкретно, к системе отопления с помощью передачи тепла маслом от котла с дымовыми газами.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Печи с органическим теплоносителем созданы The Dow Chemical Company в Америке с 1930-х годов, они также называются Dowtherm печи, которые используют группу органических продуктов в качестве теплоносителя, т.е. органический теплоноситель служит в качестве среды для передачи тепловой энергии. Тепловая энергия, произведенная сжиганием топлива, передается органическим теплоносителем через поверхности нагрева печи, служащие для нагрева органического теплоносителя до определенной температуры. После этого органический теплоноситель перемещается к устройству потребления тепла с помощью циркуляционного масляного насоса чтобы отдавать тепловую энергию. После этого органический теплоноситель с низкой температурой возвращается в печь и нагревается еще раз. Приведенные выше процессы повторяются и реализуют подачу тепла к устройству потребления тепла с помощью органического теплоносителя. Печь с органическим теплоносителем имеет следующие характеристики, которые не могут быть реализованы другими печами: 1. Высокая температура теплоносителя может быть получена при относительно низком рабочем давлении; 2. Жидкая фаза циркулирует для обеспечения тепла без потери тепла в результате конденсации, так что система подачи тепла имеет высокую тепловую эффективность; 3. Печь с органическим теплоносителем способна удовлетворить требование точного поддержания температуры процесса на системе утилизации тепла из-за удобного управления работой и равномерной теплопередачи. В связи с этим, печи с органическим теплоносителем широко применяются в нефтяной, химической, текстильной, полиграфической и крашения, резиновой, кожевенной, пищевой, деревообрабатывающей и многих других отраслях. Между тем, как описано выше, относительно высокая температура теплоносителя обеспечивается при относительно низком рабочем давлении,  температура такого теплоносителя находится между значениями 200 и 300°C, и даже выше.
[0003] Дымовой газ, получаемый при сгорании топлива в котле, содержит кислый газ. Когда дымовые газы находятся при высокой температуре, кислый газ проходит через различные поверхности нагрева в виде газа до тех пор, пока не будет удален в башне обессеривания. Когда температура дымовых газов ниже определенного значения, содержащаяся в дымовых газах сера в сочетании с водяным паром превращается в серную кислоту, вызывающую коррозию теплообменника. Коррозия при низкой температуре обычно происходит на холодном конце устройства воздушного предварительного нагрева и экономайзера, имеющего низкую температуру питательной воды. Когда температура поверхностей нагрева ниже, чем точка росы дымового газа, серная кислота в результате реакции между парами воды в дымовом газе и триоксидом серы (с учетом очень небольшой части серного продукта, полученного в результате сжигания из угольного топлива) конденсируется на поверхностях нагрева, тем самым обуславливает сильную коррозию поверхностей нагрева. Для того чтобы предотвратить коррозию парами кислоты на нагревательных поверхностях задней части котла, котел должен быть выполнен с высокой температурой выхлопных газов. Температура выхлопных газов из котла сначала, как просило, 140°C, а после запуска в течение определенного периода, температура выхлопных газов достигает 160°C. При этом прямой сброс дымовых газов связан с большой потерей энергии.
[0004] Как описано выше, если температура дымового газа находится между 140 и 160°C, а температура теплоносителя составляет от 200 до 300°C, невозможно достичь передачу тепла от дымовых газов при температуре между 140 и 160°C для теплопередачи маслу при температуре между 200 и 300°C с использованием методов прямого теплообмена. Таким образом, чтобы переработать эту часть низкотемпературной тепловой энергии, для нагрева и теплопередачи масла до требуемой температуры от 200 до 300°C, требуется воздействовать на поверхность нагрева в задней части печи.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] С учетом вышеописанных проблем, задача изобретения заключается в создании эффективной масляной системы теплопередачи для отопления, использующей тепло отработанных дымовых газов котла.
Сущность изобретения состоит в том, что система нагрева масляного теплоносителя с использованием тепла отработанных котельных дымовых газов содержит экономайзер) и воздушный подогреватель, расположенные внутри дымохода по направлению потока топочного газа, причем система отопления дополнительно содержит масляный нагреватель теплопередачи, который расположен внутри дымохода перед экономайзером и подключен к устройству потребления тепла через первую циркуляционную трубу и циркуляционный насос, расположенный на первой циркуляционной трубе, а также маслоотделитель газа, подключенный к слоту (узлу) расширения, связанному с масляным резервуаром и масляным насосом, при этом система снабжена устройством утилизации и возврата тепла выхлопных газов для воздушного подогревателя, содержащим элемент, поглощения тепла и элементом тепловыделения, сообщенные друг с другом; второй циркуляционной трубой, причем элемент поглощение тепла расположен внутри дымохода за воздушным подогревателем.
В частных случаях реализации элемент тепловыделения расположен на водяной трубе на входе экономайзера.
При этом на трубе на входе экономайзера установлен деаэратор воды и нагреватель высокого давления с возможностью последовательного прохождения питательной воды котла через элемент тепловыделения, деаэратор, и нагреватель высокого давления для поступления в экономайзер. Одновременно система снабжена насосом питательной воды, расположенным на водяной трубе, которой соединены между собой деаэратор и нагреватель высокого давления, а впуск паровой трубы подогревателя высокого давления и впуск паровой трубы деаэратора сообщены, при этом с деаэратором соединена сливная труба конденсата из подогревателя высокого давления. Система дополнительно содержит средства управления и подключенные к ней два датчика температуры, и группу клапанов регулирования потока.
При этом первый датчик температуры расположен на элементе поглощения тепла, а второй датчик температуры расположен на газоходе между экономайзером и подогревателем воздуха или на водоводе на выходе трубы экономайзера;
одна ветвь питательной воды проходит через первый клапан управления потоком и входит в деаэратор, и другая ветвь питательной воды проходит через второй регулятор расхода и элемент тепловыделение и входит в деаэратор; а третий клапан контроля потока расположен на трубе впуска пара в подогреватель высокого давления.
В иных частных случаях реализации элемент тепловыделения расположен во впускном воздушном канале воздушного подогревателя система дополнительно содержит средства управления, датчик температуры, и заслонку управления потоком; датчик температуры и заслонка управления потоком подключены к средствам управления; причем датчик температуры размещен на элементе теплопоглощения, а заслонка управления потоком расположена внутри впускного воздушного канала воздушного теплообменника перед элементом тепловыделения по направлению потока приточного воздуха.
[0006] Система отопления и теплопередачи с помощью масла, используя тепло отработанных газов из котла - дымовых газов, включает в себя: экономайзер и воздушный подогреватель, расположенный внутри дымохода вдоль направления потока дымового газа. Система отопления дополнительно содержит масляный обогреватель теплопередачи; масляный обогреватель теплоотдачи расположен внутри дымохода перед экономайзером; масляный нагреватель теплопередачи подключен к устройству потребления тепла через первую циркуляционную трубу; а циркуляционный насос расположен на первой циркуляционной трубе.
[0007] Кроме того, система содержит устройство утилизации тепла выхлопных газов. Устройство использования тепла выхлопных газов содержит элемент поглощения тепла и элемент тепловыделения, которые сообщаются друг с другом через вторую циркуляционную трубу. Элемент поглощение тепла расположен внутри дымохода за воздухоподогревателем. Выпускной элемент тепла расположены на входном патрубке для воды из экономайзера или внутри впускного воздушного канала воздушного теплообменника.
[0008] Устройство использования тепла выхлопных газов использует высокую температуру принудительной циркуляции воды или естественной циркуляции пара, имеющих коэффициент теплопередачи гораздо выше, чем сторона, близкая к дымовым газам, так что температура поверхности стенки определяется вблизи к стороне рабочей среды. Устройство автоматического управления системой способно контролировать температуру поверхности стенки в соответствии с изменением нагрузки на котел, чтобы обеспечить температуру поверхности стенки быть всегда выше, чем у точки росы кислоты топочного газа, так что тепло выхлопных газов топочного газа рециркулирует преимущественно исходя из предотвращения коррозии устройства от конденсата кислоты.
[0009] Когда тепловыпускной элемент размещен на линии подачи воды из экономайзера, труба подачи воды из экономайзера снабжена деаэратором и подогревателем высокого давления для обеспечения возможности питательной воды котла проходить последовательно через элемент тепловыделения, деаэратора, и нагреватель высокого давления и, соответственно, экономайзер.
[0010] Насос питательной воды нагреватель высокого давления расположены на водопроводе с помощью которых они соединены с деаэратором.
[9011] Вход пара трубы подогревателя высокого давления и впуска пара трубы деаэратора сообщены; сливная труба конденсата из подогревателя высокого давления соединена с деаэратором.
[0012] Система дополнительно содержит средства управления, два температурных датчика, и множество клапанов регулирования потока. Датчики температуры и клапаны регулирования потока соединены со средствами управления, соответственно. Первый датчик температуры, расположенный на элементе поглощения тепла, и второй датчик температуры, расположенный на газоходе между экономайзером и воздухоподогревателями воды на выходе трубы экономайзера. Одна ветвь котла питательной воды проходит через первый регулирующий поток клапан и поступает в деаэратор, а в другой ветви котла питательной воды проходит через второй клапан регулирования расхода и элемент тепловыделения и поступает в деаэратор. Третий регулирующий поток клапан расположен на входе паровой трубы нагревателя высокого давления.
[0013] Когда тепло выпускной элемент расположен внутри впускного воздушного канала воздушного теплообменника, система дополнительно содержит средства управления, датчик температуры, и управления потоком заслонку. Датчик температуры и контроля потока заслонки соединены со средствами управления, соответственно. Датчик температуры размещен на элементе поглощения тепла, и заслонка управления потоком расположена внутри канала впуска воздуха подогревателя воздуха в передней части тепла выпускного элемента вдоль направления потока поступающего воздуха.
[0014] Кроме того, система включает в себя сепаратор нефтегазовый; при этом сепаратор нефтегазовый расположен на первой циркуляционной трубе между нагревателем масла теплопередачи и устройством потребления тепла.
[0015] Сепаратор нефтегазовый подключен к слоту расширения, и слот расширения подключен к масляному насосу.
[0016] В приведенном выше техническом решении системы отопления с маслом в качестве теплоносителя, использующем тепло отработанных газов из дымовых газов котла полностью использует тепло отработанных дымовых газов. Изменением расположения поверхностей нагрева в задней части котла, обеспечивается эффективность и выход оригинального котла, температура выхлопных газов из печи снижается, часть отходящего тепла дымового газа рециркулирует, и переработанная тепловая энергия используется для нагрева теплоносителя - теплопередачи масла, что может быть широко применено в нефтяной, химической, текстильной, полиграфической и крашения, резиновой, кожевенной, пищевой, деревообрабатывающей и многих других отраслях. Кроме того, благодаря предотвращению в устройстве коррозии от конденсации кислоты, благодаря тому, что дымовой газ проходит с теплом выхлопных газов из топочного газа, которое рециркулируют до предела, эффективность использования энергии при выпуске дымовых газов из котла увеличивается при использовании разных источников тепловой энергии.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0017] На Фиг. 1 представлена структурная схема системы отопления для теплопередачи маслом с использованием тепла выхлопных газов из дымовых газов котла в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения; и
[0018] На Фиг. 2 представлена структурная схема системы отопления для теплопередачи маслом с использованием тепла выхлопных газов из дымовых газов котла в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ
[0019] Система отопления для теплопередачи маслом с использованием тепла выхлопных газов из дымовых газов котла, система содержит экономайзер 3 и 4 воздухоподогревателя, расположенных внутри дымохода 1 вдоль направления потока дымового газа. Система дополнительно содержит масляный нагреватель 2 теплопередачи, расположенный внутри дымохода 1 в передней части экономайзера 3. Масляный нагреватель 2 теплопередачи соединен с устройством 19 потребления тепла через первую трубу циркуляции. Циркуляционный насос 12 расположен на первой трубе циркуляции.
[0020] Как показано на Фиг. 1, масляный нагреватель 3 теплопередачи, экономайзер 3 и воздухоподогреватель 4 расположены внутри дымохода 1 вдоль направления потока дымового газа. Масляный нагреватель 2 теплопередачи соединен с устройством 19 потребления тепла первой трубой циркуляции. Циркуляционный насос 12 расположен на первой трубе циркуляции для приведения в движение циркулирующего теплоносителя масляного нагревателя 2 теплопередачи. В задней части дымохода 1 часть тепловой энергии топочных газов передается теплоносителю из масляного нагревателя 2 теплопередачи (теплоноситель включает, но не ограничивается маслом для теплопередачи). Перекачиваемый циркуляционным насосом 12, теплоноситель отдает тепловую энергию' внутри устройства 19 теплопотребления и снова перемещается, так что процессы поглощения тепла и тепловыделения повторяются. Устройство 19 потребления тепла может применяться в нефтяной, химической, текстильной, полиграфической и крашения, резиновой, кожевенной, пищевой, деревообрабатывающей и многих других отраслях. Масляный нагреватель 2 теплопередачи расположен в передней части экономайзера 3 внутри дымохода 1 и поглощает тепло отработанных газов из топочного газа, поступающего в экономайзер 3. Таким образом, нагреватель 2 теплопередачи дымовых газов имеет высокую температуру и обладает тепловой энергией, полностью обусловленной теплом выхлопных газов из дымовых газов котла.
[3021] Маслоотделитель (сепаратор) 18 газа расположен на первой циркуляционной трубе между нагревателем 2 масла теплопередачи и устройством 19 потребления тепла. Впускной масляный трубопровод из сепаратора 18 нефтегазового подключен к масляному входу слота 17 расширения, а вход масла в слот 17 расширения подключен к смазывающему масляному насосу 16. Слот 17 расширения дополнительно подключен к резервуару 15 для хранения масла. Масляный резервуар 15 для хранения масла предназначен для хранения масла теплопередачи, когда устройство останавливается на капитальный ремонт. Масляный насос 16 предназначен для подачи нового масла и удаления старого масла. Слот 17 расширения используется для буферизации подогрева и расширения масла теплопередачи. Сепаратор газ-масло используется, чтобы отделить воду, смешанную в процессе теплоотдачи масла и улучшает эффективность использования масла в качестве теплоносителя.
[0022] Наличие теплообменных масляных радиаторов приводит к более низкой температуре отходящих газов ввода экономайзера 3 и последующего подогрева воздуха, которые могут влиять на использование экономайзера и воздухоподогревателя. В качестве усовершенствования изобретения устройство утилизации тепла выхлопных газов расположено позади воздухоподогревателя 4 вдоль направления потока топочного газа. Устройство использование тепла выхлопных газов пригодно для рециркуляции части выхлопных тепла дымовых газов для компенсации тепловой энергии экономайзера или воздухоподогревателя.
[0023] Предпочтительно устройство утилизации тепла выхлопных газов содержит элемент 5 поглощения тепла и элемент 6 тепловыделения, которые сообщаются друг с другом второй циркуляционной трубой. Элемент 5 поглощение тепла расположен внутри дымохода за воздухоподогревателем 4 для поглощения части выхлопного тепла дымовых газов. Выпускной элемент 6 тепла расположен на впускной трубе воды из экономайзера 3. Дымовой газ поступает в устройство для десульфуризационной обработки после прохождения через элемент поглощения тепла 5.
[0024] На входе трубы экономайзера размещен деаэратор 14 питательной воды с насосом 7 и подогревателем 11 высокого давления. Питательная вода котла поступает в деаэратор 14 через две ветви. Одна ветвь котла питательной воды проходит через первый перепускной клапан 21 и непосредственно поступает в деаэратор 14, а другая ветвь котла питательной воды проходит через второй регулирующий поток клапан 9 и элемент 6 тепловыделения для поглощения тепла и поступает в деаэратор 14. После выпуска из деаэратора 14, питательная вода проходит через насос 7 питательной воды и поступает в нагреватель 11 высокого давления. Питательную воду нагревают в нагревателе 11 высокого давления и подают в экономайзер 3. Кроме того, вход паропровода из подогревателя 11 высокого давления и вход паропровода из деаэратора 14 сообщены. Третий клапан 13 контроля потока расположен на впуске пара трубы нагревателя И высокого давления. Сливная труба конденсата из подогревателя И высокого давления соединена с деаэратора 14. Нагреватель 11 высокого давления, является для деаэратора источником пара. Одна часть пара от источника непосредственно поступает в деаэратор 14, а другая часть пара нагревает бойлер питающей воды через нагреватель 11 высокого давления. После выпуска тепловой энергии пар конденсируется и превращается в конденсированную воду, которая поступает в деаэратор через дренажную трубу конденсата между нагревателем 11 высокого давления и деаэратором 14.
[0025] Система дополнительно содержит средства управления, два температурных датчика 8, 10, и несколько клапанов 9, 13, 21 регулирования потока. Датчики температуры и клапаны регулирования потока соединены со  средствами управления, соответственно. Первый датчик 8 температуры расположен на элементе 5 поглощения тепла для измерения температуры поверхности стенки устройства; и второй датчик 10 температуры расположен на газоходе между экономайзером 3 и воздухоподогревателем 4 или на трубе выхода воды экономайзера 3. Контролируя первый клапан 9 управления потоком, а второй клапан 21 управления потоком, содержание воды что входит в деаэратор 14 поддерживается постоянным; требуемое тепло регулируется путем регулирования содержания воды, поступающей в выпускной элемент 6 тепла, так что элемент 5 поглощения тепла из устройства утилизации тепла выхлопных газов предотвращает у коррозию конденсации кислоты, предотвращается выпуск тепла дымовых газов.
[0026] масляный нагреватель теплопередачи 2 поглощает тепло отработанных газов в дымовом газе для нагрева масла теплопередачи, при этом поглощение тепла определяется точкой росы кислоты топочного газа. Предположим, температура выхлопных газов в подогреватель 4 исходной системы котла является T1, и точка росы кислоты Т2. Чтобы предохранить элемент 5 поглощения тепла устройства утилизации тепла выхлопных газов от коррозии росы кислоты, температура поверхности стенки элемента 5 поглощение тепла, контактирующей с дымовым газом, требуется чтобы по меньшей мере на 10°C (безопасный предел) была выше, чем Т2. При этом для передачи тепла требуется наличие разности температур между температурой дымовых газов и температурой поверхности стенки элемента 5 поглощения тепла, а также обеспечение энергетически оптимального расположения поверхностей нагрева устройства утилизации тепла выхлопных газов. Таким образом, температура выхлопных газов из устройства утилизации тепла выхлопных Т2+10°C от достаточным запасом + примерно 15°C (разность температур для передачи тепла), помечены как Т3. Энергосбережение определяется перепадом температуры котла и рассчитывается как Т1 - Т3. Поскольку устройство утилизации тепла выхлопных газов используется для косвенной компенсации потерь теплопередачи экономайзера 3 и не обеспечивает передачу тепловой энергии к другим устройствам, утилизация и сохранение тепловой энергии обеспечивается с другим устройством 2 потребления тепла от нагревателя масла теплопередачи. По-видимому, разница температура топочных газов вблизи на входе и выходе теплоносителя из масляного нагревателя должна быть не больше, чем Т1 - Т3, чтобы как можно больше снизить влияние добавления теплоносителя масляного нагревателя на термическую систему оригинального котла.
[0027] Разница температур масла теплопередачи между входом и выходом подогревателя 2 масла теплопередачи обычно регулируют при 30°C, на основании которого выбирается соответствующий поток циркуляции масла теплоносителя для передачи поглощенной тепловой энергии к устройству 19 потребления тепла. Часть тепловой энергии топочных газов поглощается подогреватель 2 масла теплопередачи таким образом, что тепловая энергия поглощаемая экономайзером 3 и воздухоподогревателем 4 уменьшается. В качестве усовершенствования изобретения нагреватель 11 высокого давления расположено на трубе подачи воды из экономайзера 3. По термодинамическому расчету, котел питательной воды регулируется, чтобы обеспечить температуру дымовых газов и температуры воды на выходе из экономайзера 3 близкой или выше, чем у исходной системы, так что влияние добавления теплоносителя масляным нагревателем на экономайзер 3 и воздухоподогреватели 4 уменьшается.
[0028] Источник тепла из подогревателя 11 высокого давления вырабатывает и транспортирует пар в деаэратора 14, который изначально использовался для нагрева питательной воды в деаэратор 14. Когда часть вырабатываемого пара используется в качестве источника тепла нагревателя 11 высокого давления, требуется источник тепла для нагрева питательной воды в деаэраторе 14, чтобы поддерживать постоянную выработку пара. Выхлопная температура котла между 140 и 160°C, тогда как температура нагретой питательной воды котла или конденсированной воды 20°C. Если дым непосредственно передает тепло питательной воде котла или конденсированное воде, температура поверхности стенки теплообменника близка к точке росы паров кислоты, что приводит к коррозии конденсата кислоты на теплообменнике. Для того чтобы предотвратить эту проблему, устройство утилизации отработанного тепла состоит элемента 5 поглощения тепла и элемента 6 тепловыделения. Элемент 5 поглощения тепла расположен внутри дымоход котла для поглощения тепла и передачи тепла к рабочей среде. В элементе 6 тепловыделения рабочее тело передает тепло подпиточной воде или конденсированной воде. Принцип работы рабочей среды состоит в том, что рабочая среда, как правило, более высокой температуры, чем оборотной воды вынужденно или естественной циркулирующего пара, имеющего коэффициент теплопередачи значительно выше, чем на сторона дыма, так что температура поверхности стенки определяется стороной близкой к рабочей среде. Температура рабочей среды регулируют, чтобы предохранить элемент 5 теплопоглощения от коррозии конденсатом кислоты.
[0029] Как показано на Фиг. 2, в качестве еще одного варианта осуществления системы отопления для масла теплопередачи используется тепло отходящего дымового газа по настоящему изобретению, их технические характеристики такие же, как изложено выше, за исключением того, что элемент 6 тепловыделения устройства утилизации тепла выхлопных газов расположен внутри воздухозаборного канала воздухоподогревателя 4. Устройство использования тепла выхлопных газов в основном используется для нагрева воздуха на входе воздухоподогревателя. Температура воды на входе трубы экономайзера нагревается нагревателем низкого давления или с помощью других устройств. Средства управления соединены с датчиком 8 температуры и заслонкой 20 регулирования потока. Датчик 8 температуры расположен на элементе 5 поглощения тепла для тестирования температуры поверхности стенки. Заслонка 20 управления потоком расположена внутри впускного воздушного канала подогревателя воздуха в передней части элемента 6 тепловыделения в направлении потока поступающего воздуха для регулирования теплопоглощения пользователя поглощеного тепла. Поглощаемая мощность устройства утилизации тепла выхлопных здесь используется для нагрева воздуха, поступающего в подогреватель воздуха, а также компенсация потерь тепловой энергии на воздухоподогревателе.
В результате использования изобретения обеспечивается повышение эффективности благодаря сокращению потерь тепловой энергии, а также существенное уменьшение возможности коррозии и, следовательно, увеличение ресурса и надежности устройства.