СИСТЕМА ВОДОПОДОГРЕВА АВТОНОМНОЙ КОГЕНЕРАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ

Решение относится к области теплоэнергетики (утилизации теплоты уходящих газов двигателей внутреннего сгорания, котлов, печей) и предназначено для подогрева воды до температуры точки росы продуктов сгорания природного газа (~55°С) путем их охлаждения контактным способом.
Известны контактные экономайзеры форсуночного, каскадного, барботажного, пенного и комбинированных типов //Шанин Б.В. Справочник оператора газовых установок. -Горький: Волго-Вятское кн. из-во, 1986, стр.171.
Предлагаемая конструкция относится к форсуночному типу, наиболее известными из которых . являются аппараты : типа КТАН. //Справочник эксплуатационника газифицированных котельных /А.Я.Порецкий, P.P.Рыбаков, Е.Б.Столпнер и др. - Л.: Недра, 1988, стр.244.
В них вода, играющая роль промежуточного теплоносителя между дымовыми газами и трубным пучком, разбрызгивается из горизонтально расположенных трубопроводов в верхней части установки, а затем поступает на орошение пучка труб, через которые протекает нагреваемая вода.
Однако КПД таких установок невысок.
В качестве прототипа может быть принята котельная установка по патенту РФ №2148206, F 22 B 33/18, 2004.04.27. Установка содержит контактный теплообменник для утилизации тепла отходящих газов от котла-утилизатора с патрубками подвода и отвода нагреваемой воды в водосборник и газопроводом подвода греющего потока от котла-утилизатора к дымовой трубе. Конденсатный поверхностный теплообменник установлен в основном газоходе на всасывающей стороне дымососа.
Однако такая установка теплообменника не обеспечивает полноты отбора тепла отходящих газов, а, следовательно, и высокого КПД установки.
Этот недостаток устраняется предлагаемым решением.
Решаемая задача-повышение КПД водоподогревателя.
3
Технический результат-повышение степени использования теплоты конденсации паров воды, содержащейся в уходящих газах, а также получение дополнительного количества синтезированной горячей воды (при сгорании 1 м природного газа образуется ~1,6 кг водяных паров).
Этот технический результат достигается тем, что в системе водоподогрева автономной когенерационной установки, включающей контактный теплообменник для утилизации тепла отходящих газов от котла-утилизатора с патрубками подвода и отвода нагреваемой воды в водосборник и газопроводом подвода греющего потока от котла-утилизатора к дымовой трубе, теплообменник выполнен в виде заглушенной в верхней части трубки, установленной вдоль оси дымовой трубы, с распыливающими отверстиями по ее высоте, расположенными кольцеобразно, равномерно по окружности и в шахматном порядке в соседних рядах; подвод нагреваемой воды к трубке осуществлён снизу, а водоотводящий патрубок к водосборнику выполнен в основании дымовой трубы.
Распыливание воды в потоке горячих отходящих газов позволяет максимально отобрать их теплоту практически без использования сложных и дорогих специальных теплообменных узлов.
Предлагаемая система водоподогрева приведена на чертеже. Она содержит контактный теплообменник в кольцевом объеме между перфорированной трубкой 1 и дымовой трубой для утилизации тепла отходящих газов от котла-утилизатора (на чертеже не показан) с патрубком 2 подвода снизу нагреваемой воды и патрубком 3 в основании дымовой трубы.-отвода ее в водосборник. Горячие газы от котла-утилизатора поступают по газопроводу 4. Теплообменник выполнен в виде перфорированной трубки 1, установленной вдоль оси дымовой трубы 5, в верхней части снабженной заглушкой 6 в виде резьбового стакана.
По высоте трубки 1 кольцеобразно (окружными рядами) и в шахматном порядке в соседних рядах равномерно расположены распыливающие отверстия 7. Водоотводящий патрубок 3 к водосборнику (на чертеже не показан) выполнен в основании дымовой трубы 5.
Предпочтительно внутренний диаметр трубки 1 теплообменника выполнять порядка 0,08 внутреннего диаметра дымовой трубы 5, первый снизу ряд распыливающих отверстий 7 расположить на расстоянии от основания дымовой трубы 5 порядка 1,9 ее внутреннего диаметра, остальные - на расстоянии друг от друга порядка 1,25 внутреннего диаметра дымовой трубы 5, а диаметр распыливающих отверстий принять порядка 0,06 внутреннего диаметра трубки 1. Эти параметры получены расчетным путем и обеспечивают оптимальный режим утилизации теплоты отходящих газов.
Работа водоподогревателя осуществляется следующим образом.
Нагреваемая вода поступает снизу под давлением в трубку 1 и распыливается через отверстия 7 в полость дымовой трубы 5 на ее стенки. Эта вода в процессе истечения и отекания нагревается уходящими газами, собирается в нижней части дымовой трубы и отводится в емкость хранения через отводящий патрубок 3.
При работе ко генерационной установки, например, на основе газопоршневого агрегата ДТ98М, уходящие газы после утилизационного котла, имеющие температуру порядка 120°С (дальнейшее снижение температуры приводит к существенному росту массогабаритных показателей установки), поступают через газопровод 4 в дымовую трубу 5, имеющую высоту ~15 м. В центре дымовой трубы 5 снизу установлена трубка 1, имеющая высоту ~5,3 м, заглушенная сверху резьбовой заглушкой 6. По высоте трубки 1, начиная с расстояния 0,75 м от нижнего края дымовой трубы 5, на расстоянии 0,5 м одно от другого выполнено десять рядов равномерно расположенных по окружности трубки 1 отверстий 7 диаметром 2 мм - по 25 отверстий в каждом сечении (ряду). Расположение отверстий в рядах по высоте выполнено в шахматном порядке.
2
Нагреваемая вода поступает в трубку 1 снизу под избыточным давлением ~2 кг/см и распыливается в дымовой трубе 5 через отверстия 7, образуя водяные струи до стенок трубы 5. Частично вода оседает на стенках дымовой трубы 5, стекая вниз, частично - отражается от стенок в направлении трубки 1.
Распыляемая вода 8 нагревается уходящими газами и опускается вниз, как по стенкам труб, так и каплями в межтрубном пространстве.
Уходящие газы, охлажденные нагреваемой водой, уходят из дымовой трубы 5 в атмосферу, при этом, вследствие охлаждения ниже точки росы, конденсируются пары воды (как образуемые вследствие химической реакции горения природного газа, так и содержащиеся в воздухе, используемом для горения). При этом выделяется теплота (при конденсации 1 кг водяного пара выделяется 1750 кДж), идущая на нагрев распыляемой воды 8, а также образуется синтетическая вода, которая, смешиваясь с распыляемой, скапливается в нижней части дымовой трубы 5. Эта вода поступает через отводящий патрубок 3 в водосборник хранения горячей воды.