Теплогенерирующая установка
HEAT-GENERATING INSTALLATION

Изобретение относится к теплоэнергетике, где может быть использовано в системах теплоснабжения в качестве источника теплоты повышенной энергетической эффективности.
Известно схемное решение теплового пункта, содержащее подающий и обратный трубопроводы тепловой сети с входной и выходной задвижками соответственно и установленными на трубопроводах после входной и перед выходной задвижками грязевиками, манометрами, термометрами и регуляторами давления, подающий и обратный трубопроводы системы теплопотребления с выходной и входной задвижками и установленными на этих трубопроводах после входной и перед выходной задвижками манометрами и термометрами, смесительный трубопровод между подающим и обратным трубопроводами тепловой сети, самовозбуждаемый генератор гидравлического удара установлен в обратный трубопровод тепловой сети на участке после смесительного трубопровода, в который последовательно включены обратный клапан, гидроаккумулятор и терморасширительный клапан с термочувствительным элементом, размещенным в одном из подающих или обратных трубопроводов (См. Пат. RU 102760, МПК F24D 3/00. Тепловой пункт; заявл. 25.10.2010; опубл. 10.03.2011, Бюл. №7).
В данной схеме теплового пункта реализована возможность импульсного движения теплоносителя через теплоэнергетическое оборудование системы теплопотребления с возможностью подмешивания охлажденного теплоносителя в подающий трубопровод без использования дополнительного насоса.
Среди недостатков известного схемного решения применительно к технической задаче настоящего изобретения следует отметить тот факт, что данная тепловая схема не предусматривает возможность работы в составе с теплогенерирующей установкой.
Известна теплогенерирующая установка, содержащая паровые котлы высокого и низкого давления с трубопроводами отбора пара, два деаэратора с трубопроводами подвода греющей среды, при этом деаэраторы соединены с паровыми котлами посредством трубопроводов питательной воды с установленными на них насосами, трубопровод продувочной воды парового котла высокого давления соединен с трубопроводом подвода греющей среды деаэратора парового котла низкого давления, ударный узел установлен в трубопровод питательной воды парового котла высокого давления, а импульсный нагнетатель включен между последовательно соединенными обратными клапанами, установленными в трубопровод продувочной воды, и трубопроводом питательной воды парового котла высокого давления (См. Пат. RU 2559226, МПК F22B 37/54, F22B 37/26, F22B 33/15. Теплогенерирующая установка; заявл. 29.07.2015; опубл. 10.08.2015, Бюл. №22.).
Среди недостатков приведенной конструкции относительно технической задачи настоящего изобретения следует отметить то, что тепловая схема теплогенерирующей установки предусматривает работу только с паровыми котлами.
Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является тепловая схема отопительной котельной, включающая водогрейный котел, вход и выход которого подключены соответственно к обратному и подающему трубопроводам тепловой сети, трубопровод рециркуляции с рециркуляционным насосом и регулятором рециркуляции, соединяющий выход и вход котла, сетевой насос, установленный в обратный трубопровод тепловой сети, а также трубопровод смешения с регулятором температуры сетевой воды, соединяющий выход сетевого насоса с подающим трубопроводом тепловой сети (См. Широв, М.С. К вопросу смешения теплоносителей в системе теплоснабжения / М.С. Широв [и др.] // Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы: межвуз. сб. науч. тр. / редкол.: П.В. Сенин [и др.]. - Саранск, 2016. С. 150.). Названная конструкция выбрана за прототип.
Недостатки прототипа - склонность к образованию отложений на поверхностях теплообмена водогрейного котла и относительно высокий удельный расход топлива, обусловленные режимом движения теплоносителя, присутствующие затраты на привод рециркуляционного насоса, а также отсутствие обратного клапана на линии рециркуляции, что допускает возможность неконтролируемого смешивания разнотемпературных потоков теплоносителя в случае аварийной остановки рециркуляционного насоса.
Технической задачей изобретения является относительное повышение надежности и энергетической эффективности теплогенерирующей установки на основе водогрейного котла за счет реализации импульсной циркуляции теплоносителя через него и обеспечения возможности рециркуляции теплоносителя через него с выводом рециркуляционного насоса в резерв.
Технический результат достигается за счет того, что теплогенерирующая установка, включающая водогрейный котел, вход и выход которого подключены соответственно к обратному и подающему трубопроводам тепловой сети, трубопровод рециркуляции с рециркуляционным насосом и регулятором рециркуляции, соединяющий выход и вход водогрейного котла, трубопровод смешения с регулятором температуры сетевой воды, соединяющий выход сетевого насоса, установленного в обратном трубопроводе тепловой сети, с подающим трубопроводом тепловой сети, дополнительно содержит обратный клапан, два гидравлических аккумулятора и ударный узел, причем обратный клапан установлен в трубопровод рециркуляции на входе рециркуляционного насоса, первый гидравлический аккумулятор подключен к трубопроводу рециркуляции между рециркуляционным насосом и обратным клапаном, второй гидравлический аккумулятор соединен с обратным трубопроводом тепловой сети на выходе сетевого насоса, а выход водогрейного котла подключен к подающему трубопроводу тепловой сети через ударный узел.
Предлагаемый вариант технического решения тепловой схемы теплогенерирующей установки представлен на чертеже, который прилагается к настоящей заявке.
Теплогенерирующая установка включает водогрейный котел 1, вход 2 и выход 3 которого подключены соответственно к обратному 4 и подающему 5 трубопроводам тепловой сети, трубопровод рециркуляции 6 с рециркуляционным насосом 7 и регулятором рециркуляции 8, соединяющий выход 2 и вход 3 водогрейного котла 1, трубопровод смешения 9 с регулятором температуры сетевой воды 10, соединяющий выход сетевого насоса 11, установленного в обратном трубопроводе 4 тепловой сети, с подающим трубопроводом 5 тепловой сети, обратный клапан 12, два гидравлических аккумулятора 13, 14 и ударный узел 15, причем обратный клапан 12 установлен в трубопровод рециркуляции 6 на входе рециркуляционного насоса 7, первый гидравлический аккумулятор 13 подключен к трубопроводу рециркуляции 6 между рециркуляционным насосом 7 и обратным клапаном 12, второй гидравлический аккумулятор 14 соединен с обратным трубопроводом 4 тепловой сети на выходе сетевого насоса 11, а выход 3 водогрейного котла подключен к подающему трубопроводу 5 тепловой сети через ударный узел 15.
Предлагаемое техническое решение работает следующим образом. Сначала тепловая схема теплогенерирующей установки заполняется теплоносителем (например, сетевой водой) до полного удаления из нее воздуха, подающий 5 и обратный 4 трубопроводы тепловой сети подключаются к системе теплопотребления (на чертеже не указана) по зависимой или независимой схеме. Затем в работу включается сетевой насос 11, который обеспечивает циркуляцию теплоносителя через водогрейный котел 1, где происходит его нагрев, и осуществляет запуск ударного узла 15.
Работа ударного узла 15 сопровождается автоматической генерацией импульсов количества движения теплоносителя и локальных гидравлических ударов при попеременном закрытии и открытии его проходного сечения. В момент закрытия ударного узла 15 возникает гидравлический удар, и полученный таким образом импульс количества движения обеспечивает подачу теплоносителя с выхода 3 водогрейного котла 1 по трубопроводу рециркуляции 6 через обратный клапан 12 в первый гидравлический аккумулятор 13, а оттуда через рециркуляционный насос 7 и регулятор рециркуляции 8 на вход 2 водогрейного котла 1. Количество теплоносителя, подаваемого по трубопроводу рециркуляции 6, регулируется посредством регулятора рециркуляции 8 таким образом, чтобы получить необходимую температуру теплоносителя на входе 2 в водогрейный котел 1. При этом рециркуляционный насос 7 может быть выключен (выведен в резерв) - для обеспечения рециркуляции теплоносителя используется лишь его гидравлический контур. Защита сетевого насоса 11 от распространения к нему гидравлического удара осуществляется посредством второго гидравлического аккумулятора 14.
После того, как энергия гидравлического удара (импульс количества движения теплоносителя) будет исчерпана, ударный узел 15 откроется и нагретый теплоноситель с выхода 3 водогрейного котла 1 поступит в подающий 5 трубопровод тепловой сети. Затем ударный узел 15 вновь закроется, и процесс работы тепловой схемы теплогенерирующей установки повторится в описанной выше последовательности.
В некоторых случаях температура теплоносителя на выходе 3 водогрейного котла 1 может оказаться выше температуры, которая необходима системе теплопотребления (на чертеже не указана). Для поддержания заданной температуры воды, отпускаемой в систему теплопотребления (на чертеже не указана), часть теплоносителя из обратного трубопровода 4 тепловой сети по трубопроводу смешения 9 направляется в подающий трубопровод тепловой сети 5. Причем количество теплоносителя, отбираемого для смешивания, регулируется регулятором температуры сетевой воды 10, пропускная способность которого определяется автоматически в зависимости от температуры теплоносителя в подающем 5 трубопроводе тепловой сети.
В том случае, когда регулятор рециркуляции 8 будет полностью закрыт по условию обеспечения необходимой температуры теплоносителя на входе 2 в водогрейный котел 1, волна гидравлического удара будет гаситься во втором гидравлическом аккумуляторе 14. В том случае, когда регулятор рециркуляции 8 будет полностью открыт по условию обеспечения необходимой температуры теплоносителя на входе 2 в водогрейный котел 1, а расхода теплоносителя по трубопроводу рециркуляции 6 будет недостаточно для выполнения этого условия, в работу необходимо включать рециркуляционный насос 7.
Циркуляция теплоносителя через водогрейный котел 1 будет происходить в импульсном режиме, который будет способствовать интенсификации теплообмена и самоочищению гидравлического контура циркуляции теплоносителя.
В результате использования предложенного технического решения в тепловой схеме теплогенерирующей установки обеспечивается импульсный режим движения теплоносителя, который позволяет:
- интенсифицировать теплопередачу за счет более эффективного съема теплоты с поверхностей нагрева водогрейного котла (См. Галицейский, Б.М. Тепловые и гидродинамические процессы в колеблющихся потоках / Б.М. Галицейский, Ю.А. Рыжов, Е.В. Якуш. - М.: Машиностроение, 1977. - 256 с.);
- увеличить надежность работы теплогенерирующей установки путем создания условий для самоочищения поверхностей нагрева водогрейного котла и вывода в резерв рециркуляционного насоса;
- повысить энергетическую эффективность теплогенерирующей установки за счет относительного понижения удельного расхода топливно-энергетических ресурсов, достигаемого путем интенсификации теплопередачи и исключения затрат на привод рециркуляционного насоса;
- сократить эксплуатационные расходы теплогенерирующей установки, связанные промывкой водогрейного котла.