ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована в теплогенерирующих установках, предназначенных для отопления и горячего водоснабжения промышленных и жилых зданий и помещений.
Известна теплогенерирующая установка (см. авторское свидетельство СССР №1798599, МПК F24D 17/00, приоритет от 28.12.1990 г., опубл. 28.02.1993 г., БИ №8), включающая блок управления, котельный блок, состоящий, по меньшей мере, из одного водогрейного котла с теплообменником, систему отвода горячей воды от водогрейного котла к потребителям тепла и/или горячей воды и систему подвода к водогрейному котлу холодной воды из водопроводной сети и воды, возвращаемой от указанных потребителей.
Недостатком известной теплогенерирующей установки является низкая надежность и долговечность, что обусловлено конструктивными особенностями данной установки. Другим недостатком указанной установки является отсутствие мобильности, обусловленное ее размещением в стационарном помещении.
Наиболее близкой к предлагаемой теплогенерирующей установке по технической сущности является принятая за прототип теплогенерирующая установка (см. свидетельство РФ №22224 на полезную модель, МПК F24D 17/00, приоритет от 21.11.2001 г., опубл. 10.03.2002 г., БИПМ №7), включающая блок управления, котельный блок, состоящий из нескольких водогрейных котлов, каждый из которых снабжен теплообменником и газовой горелкой, газовый счетчик, устройство регулировки подачи газа к газовым горелкам водогрейных котлов, систему отвода горячей воды от водогрейных котлов к потребителям тепла и/или горячей воды и систему подвода к
водогрейным котлам холодной воды из водопроводной сети и воды, возвращаемой от указанных потребителей, снабженную установкой подготовки воды.
Недостатком известной теплогенерирующей установки является сложность конструкции, большая стоимость, высокая металлоемкость и большие габариты, а также необходимость размещения указанной установки в большом по размерам помещении-боксе и необходимость присутствия в последнем обслуживающего персонала установки. При этом большой вес установки и большие габариты указанного бокса усложняют передислокацию установки, что снижает степень мобильности последней, а необходимость присутствия внутри указанного бокса обслуживающего персонала снижает степень безопасности эксплуатации установки в связи с тем, что в данных условиях может быть нанесен ущерб здоровью обслуживающего персонала в случае высокой загазованности помещения-бокса или в случае аварийного разрушения котельного блока установки или ее газовых и водопроводных труб. Вместе с тем, большие габариты указанного помещения-бокса в ряде случаев делают невозможным размещение известной теплогенерирующей установки в местах с ограниченной свободной площадью, особенно в городских условиях с плотной застройкой, или вынуждают размещать данную установку на большом удалении от потребителей тепла и/или горячей воды, что приводит к излишним потерям тепла и механической энергии насосов при подаче горячей воды от теплогенерирующей установки к указанным потребителям и к повышению затрат времени, труда и материалов на прокладку к теплогенерирующей установке трубопроводов холодной и горячей воды, силового электрокабеля и средств связи, что усложняет, замедляет и делает более дорогостоящим ввод установки в эксплуатацию. Кроме того, присутствие в помещении установки обслуживающего персонала требует дополнительных затрат
тепла на обогрев указанного помещения. В свою очередь, потери тепла, связанные с большой длиной теплотрассы, соединяющей теплогенерирующую установку с потребителями, и затраты тепла на обогрев помещения теплогенерирующей установки вызывают повышение расхода топлива и обуславливают необходимость повышения номинальной тепловой мощности установки для восполнения указанных потерь и затрат тепла. При этом повышение номинальной тепловой мощности теплогенерирующей установки вызывает увеличение выброса в атмосферу вредных веществ, образующихся при сгорании топлива, что снижает уровень экологической безопасности установки. Вместе с тем, повышение номинальной тепловой мощности теплогенерирующей установки увеличивает тепловую нагрузку на рабочие узлы и агрегаты котельного блока установки, что снижает долговечность указанного блока.
Кроме того, выполнение установки для подготовки поступающей в котельный блок воды с химической обработкой последней предусматривает необходимость дозированного введения в воду химических реагентов, что повышает себестоимость вырабатываемой известной теплогенерирующей установкой горячей воды, делает эксплуатацию указанной установки более трудоемкой и, в то же время, более опасной для обслуживающего персонала.
Технической задачей, для решения которой служит предлагаемая полезная модель, является создание компактной и легкой автономной теплогенерирующей установки, не требующей больших помещений для ее размещения, присутствия обслуживающего персонала вблизи котельного блока указанной установки при работе последней и химической обработки воды в системе подвода холодной воды к водогрейным котлам установки и обеспечивающей при этом возможность ее размещения вблизи потребителей тепла и/или горячей воды.
Техническим результатом, получаемым при практическом использовании предлагаемой полезной модели, является повышение мобильности, безопасности и долговечности теплогенерирующей установки, упрощение ее эксплуатации и снижение стоимости, а также снижение затрат времени, труда и материалов при вводе предлагаемой установки в эксплуатацию и повышение экономичности теплогенерирующей установки за счет снижения себестоимости вырабатываемой данной установкой горячей воды, затрат тепла на обогрев ее помещения, расхода газа, потребляемого котельным блоком, и потерь тепла и механической энергии насосов при подаче горячей воды от установки к потребителям.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что в предлагаемой теплогенерирующей установке, включающей блок управления, котельный блок, состоящий из нескольких водогрейных котлов, каждый из которых снабжен теплообменником и газовой горелкой, газовый счетчик, устройство регулировки подачи газа к газовым горелкам водогрейных котлов, систему отвода горячей воды от водогрейных котлов к потребителям тепла и/или горячей воды и систему подвода к водогрейным котлам холодной воды из водопроводной сети и воды, возвращаемой от указанных потребителей, снабженную установкой подготовки воды, в отличие от прототипа, установка подготовки воды выполнена в виде гидромагнитной системы обработки воды с возможностью прохода через нее холодной воды из водопроводной сети и воды, возвращаемой от упомянутых потребителей, котельный блок размещен в корпусе, выполненном в виде шкафа или контейнера с поворотными и/или съемными панелями для доступа к агрегатам указанного блока, а блок управления и упомянутые системы подвода и отвода воды расположены на безопасном расстоянии от котельного блока и размещены в отдельном корпусе, выполненном в виде шкафа с
поворотными и/или съемными панелями, установленного внутри помещения, отапливаемого в холодное время года с поддержанием в нем температуры на уровне, обеспечивающем бесперебойное функционирование блока управления и упомянутых систем подвода и отвода воды, при этом у теплообменника каждого водогрейного котла котельного блока вход подсоединен к выходу упомянутой системы подвода воды, а выход - ко входу упомянутой системы отвода воды. При этом устройство регулировки подачи газа и газовый счетчик могут быть установлены внутри или снаружи шкафа или контейнера, в котором размещен котельный блок, а в качестве помещения для установки шкафа с блоком управления и упомянутыми системами подвода и отвода воды может быть использовано помещение, относящееся к упомянутым потребителям тепла и/или горячей воды, или помещение, пристроенное к зданию или сооружению, в котором расположены упомянутые потребители тепла и/или горячей воды.
Блок управления может быть снабжен программным устройством, выполненным с возможностью обеспечения автоматического включения и выключения теплогенерирующей установки по заданной программе, а также с возможностью автоматического безаварийного выключения теплогенерирующей установки по заданной программе в случае отказов в работе ее основных агрегатов, или в случае опасного для работы установки отклонения от заданных значений ее рабочих параметров, или же в случае внезапного отключения электроснабжения, и/или газоснабжения, и/или водоснабжения установки и возможностью безаварийного включения последней по заданной программе, соответственно при восстановлении работоспособности указанных агрегатов, или восстановлении заданных значений рабочих параметров установки, или возобновлении электроснабжения, и/или газоснабжения, и/или водоснабжения теплогенерирующей установки, при этом каждая из
упомянутых заданных программ заложена в указанное программное устройство. Блок управления может быть также снабжен передающим устройством, подключенным к системе сотовой связи с возможностью передачи по ней информации о техническом состоянии теплогенерирующей установки и отклонениях величины ее рабочих параметров от заданного значения, а также о возникновении аварии на указанной установке, о выходе из строя ее основного оборудования и о несанкционированном вскрытии шкафа или контейнера, в котором размещен котельный блок.
Кроме того, теплогенерирующая установка может быть снабжена бесперебойным источником электропитания, установленным в шкафе, в котором размещены блок управления и упомянутые системы подвода и отвода воды, и выполненным с возможностью обеспечения электроснабжения теплогенерирующей установки в процессе ее автоматического выключения при внезапном отключении электроснабжения указанной установки.
Между существенными признаками предлагаемой теплогенерирующей установки и указанным техническим результатом, достигаемым при ее практическом использовании, существует следующая причинно-следственная связь. Размещение котельного блока в отдельном корпусе, выполненном в виде шкафа или контейнера с поворотными и/или съемными панелями для доступа к агрегатам указанного блока, и расположение блока управления и систем подвода и отвода воды на безопасном расстоянии от котельного блока, а также размещение блока управления и упомянутых систем в отдельном корпусе, выполненном в виде шкафа с поворотными и/или съемными панелями, установленного внутри помещения, отапливаемого в холодное время года с поддержанием в нем температуры на уровне, обеспечивающем бесперебойное функционирование блока управления и упомянутых
систем подвода и отвода воды, обеспечивает возможность сборки теплогенерирующей установки из двух отдельных монтажных модулей, одним из которых является шкаф или контейнер, в котором размещен котельный блок, а вторым - шкаф, в котором размещены блок управления и системы подвода и отвода воды. Такое конструктивное исполнение теплогенерирующей установки с разделением ее на два монтажных модуля, каждый из которых в отдельности имеет небольшой вес и небольшие габариты, исключает потребность в больших помещениях для размещения предлагаемой теплогенерирующей установки, облегчает ее монтаж, демонтаж, погрузку и перевозку, делая установку более мобильной, снижает стоимость установки, исключает необходимость присутствия обслуживающего персонала вблизи ее котельного блока при работе установки и обеспечивает возможность размещения теплогенерирующей установки вблизи потребителей тепла и/или горячей воды даже в местах с ограниченной свободной площадью, что расширяет возможности применения установки и что особенно важно для городских условий, характеризующихся плотной застройкой. В свою очередь, исключение необходимости присутствия обслуживающего персонала вблизи котельного блока при работе установки повышает безопасность эксплуатации установки, а обеспечение возможности размещения теплогенерирующей установки вблизи потребителей тепла и/или горячей воды снижает затраты времени, труда и материалов на прокладку к указанной установке трубопроводов холодной и горячей воды, силового электрокабеля и средств связи, а также снижает потери тепла и механической энергии насосов при подаче горячей воды от теплогенерирующей установки к подключенным к ней потребителям. Поскольку для предлагаемой теплогенерирующей установки требуется небольшое по размерам помещение, предназначенное для размещения
только шкафа с блоком управления и системами подвода и отвода воды, существенно снижаются затраты тепла на обогрев помещения.
Указанное снижение потерь тепла и механической энергии насосов при подаче горячей воды от теплогенерирующей установки к подключенным к ней потребителям и затрат тепла на обогрев помещения обеспечивает возможность снижения расхода топлива в котельном блоке установки и потребной номинальной тепловой мощности последней, что повышает экономичность установки и снижает выброс в атмосферу вредных веществ, образующихся при сгорании топлива, благодаря чему повышается степень экологической безопасности установки. Вместе с тем, снижение потребной номинальной тепловой мощности установки снижает тепловую нагрузку на рабочие узлы и агрегаты котельного блока установки, что способствует повышению долговечности указанного блока и теплогенерирующей установки в целом.
Облегчение монтажа установки и снижение затрат времени, труда и материалов на прокладку к теплогенерирующей установке трубопроводов холодной и горячей воды, силового электрокабеля и средств связи позволяет упростить, ускорить и сделать менее затратным ввод установки в эксплуатацию, а исключение в предлагаемой теплогенерирующей установке химической обработки воды с заменой ее магнитной обработкой позволяет снизить себестоимость вырабатываемой установкой горячей воды, а также снизить трудовые затраты и повысить безопасность при эксплуатации установки.
На чертеже показана принципиальная схема предлагаемой теплогенерирующей установки.
Теплогенерирующая установка включает котельный блок 1, состоящий из нескольких водогрейных котлов 2, каждый из которых снабжен теплообменником 3, газовой горелкой 4, дымовой трубой 5, насосом 6 и предохранительным клапаном 7, блок управления 8, систему
9 (обведена пунктирной линией) отвода горячей воды от водогрейных котлов 2 к потребителям тепла и/или горячей воды (не показаны), снабженную входной 10 и выходной 11 линиями, систему 12 (обведена пунктирной линией) подвода к водогрейным котлам 2 холодной воды из водопроводной сети 13 и воды, возвращаемой от указанных потребителей по отводной линии 14, снабженную выходной линией 15, устройство 16 регулировки подачи газа (обычно именуемое как газорегуляторный пункт шкафной - ГРПШ) к газовым горелкам 4 водогрейных котлов 2 и газовый счетчик 17.
Котельный блок 1 имеет общие для всех водогрейных котлов 2 входную линию 18 холодной воды, соединенную с выходной линией 15 системы 12 подвода воды, и выходную линию 19 горячей воды, соединенную с входной линией 10 системы 9 отвода воды. При этом у теплообменника 3 каждого водогрейного котла 2 входная линия 20 подсоединена через запорный кран 21 к входной линии 18 котельного блока 1, а выходная линия 22 подсоединена через запорный кран 23 к выходной линии 19 указанного блока и снабжена обводной линией 24, соединяющей ее через обратный клапан 25 с выходной линией 19. Входная линия 18 котельного блока 1 снабжена дренажным отводом 26 с запорным краном 27, выходная линия 19 указанного блока снабжена дренажным отводом 28 с запорным краном 29, а предохранительные клапаны 7 водогрейных котлов 2 снабжены общим дренажным отводом 30. Котельный блок 1 размещен в корпусе, выполненном в виде шкафа или контейнера 31 с поворотными и/или съемными панелями (не показаны) для доступа к агрегатам блока 1, который устанавливается на облегченный фундамент вблизи от потребителей тепла и/или горячей воды. При этом устройство регулировки подачи газа 16 и газовый счетчик 17 установлены внутри или снаружи шкафа или контейнера 31.
Система 12 подвода к водогрейным котлам 2 холодной воды содержит запорные краны 32-35, манометры 36 и 37, термометр 38, входной фильтр 39, счетчик воды 40, редукционный клапан 41 типа «после себя», обратный клапан 42, регулируемый затвор 43, установку подготовки воды, выполненную в виде гидромагнитной системы обработки воды 44, и выходной фильтр тонкой очистки 45 с затвором 46 для слива шлама и дифференциальным манометром 47, служащим для контроля за чистотой фильтра 45, выход которого подключен к выходной линии 15 системы 12 подвода воды. Система 9 отвода горячей воды от водогрейных котлов 2 к потребителям тепла и/или горячей воды содержит расширительный бак 48, подсоединенный к входной линии 10 указанной системы через запорный кран 49 и снабженный стравливающим краном 50, входной 51 и выходной 52 регулируемые затворы, манометры 53-55, термометр 56, сдвоенный насос 57 и обратный клапан 58.
Блок управления 8 содержит комплекс устройств и элементов автоматического и ручного управления и входит в состав системы автоматического управления теплогенерирующей установкой (не показана), обеспечивающей вместе с блоком 8 оптимальное управление подачей газа к водогрейным котлам 2 и подачей горячей воды к потребителям с заданным объемным расходом и с заданной температурой по выходной линии 11. При этом блок управления 8 снабжен программным устройством 59, обеспечивающим возможность автоматического включения и выключения теплогенерирующей установки с помощью блока управления 8 по заданной программе. Блок управления 8 с программным устройством 59 обеспечивают также вынужденное автоматическое безаварийное выключение теплогенерирующей установки по заданной программе в случае отказов в работе основных агрегатов установки, или в случае опасного для работы установки отклонения от заданных значений ее рабочих параметров, или
же в случае внезапного отключения электроснабжения, и/или газоснабжения, и/или водоснабжения установки и плавное безаварийное включение последней по заданной программе, соответственно, при восстановлении работоспособности указанных агрегатов, или при восстановлении заданных значений рабочих параметров установки, или при возобновлении электроснабжения, и/или газоснабжения, и/или водоснабжения теплогенерирующей установки. При этом каждая из упомянутых выше заданных программ заложена в программное устройство 59.
Блок управления 8 снабжен также передающим устройством 60, подключенным к системе сотовой связи (не показана) с возможностью передачи по ней информации о техническом состоянии теплогенерирующей установки и отклонениях величины ее рабочих параметров от заданного значения, а также об аварии или выходе из строя основного оборудования указанной установки и несанкционированном вскрытии шкафа или контейнера 31, в котором размещен котельный блок 1.
Блок управления 8 и системы 9 и 12 подвода и отвода воды расположены на безопасном расстоянии от котельного блока 1 и размещены в отдельном корпусе, выполненном в виде шкафа 61 с поворотными и/или съемными панелями (не показаны), установленного внутри помещения 62 со стеной 63, отапливаемого в холодное время года с поддержанием в нем температуры на уровне, обеспечивающем бесперебойное функционирование блока управления 8 и указанных систем 9 и 12. В качестве помещения 62 для установки шкафа 61 используется небольшой по площади участок ближайшего к котельному блоку 1 помещения (например, чердака, мансарды, подвала, лестничной площадки и т.п.), относящегося к потребителям тепла и/или горячей воды, подключенным к описываемой теплогенерирующей установке, или
небольшое по площади помещение, пристроенное к зданию или сооружению, в котором расположены указанные потребители. При этом котельный блок 1 располагается по возможности на близком расстоянии от помещения 62, допустимом исходя из норм техники безопасности.
Теплогенерирующая установка может быть снабжена бесперебойным источником электропитания 64, подключенным к электроагрегатам и электроприборам указанной установки (не показаны), а также к ее блоку управления 8. При этом источник 64 установлен в шкафе 61 и выполнен с возможностью обеспечения электроснабжения теплогенерирующей установки в процессе ее автоматического выключения при внезапном отключении электроснабжения установки.
Теплогенерирующая установка работает следующим образом.
Холодная вода поступает в систему 12 из водопроводной сети 13 и отводной линии 14. При этом поток воды, поступающей из водопроводной сети 13 проходит через фильтр 39, счетчик холодной воды 40 и редукционный клапан 41, обеспечивающий постоянное давление в выходной линии 15 системы 12, а поток воды, поступающей из отводной линии 14, проходит через регулируемый затвор 43, после чего оба указанных потока воды сливаются в общий поток, который проходит обработку в гидромагнитной системе 44, благодаря чему вода структурируется и становится более мягкой, что препятствует отложению различного рода солей на внутренних стенках теплообменников 3 и труб установки. После магнитной обработки вода проходит через выходной фильтр тонкой очистки 45 и по выходной линии 15 системы 12 поступает во входную линию 18 котельного блока 1, откуда насосами 6 подается к теплообменникам 3 водогрейных котлов 2. В случае превышения давления на входе насоса 6 водогрейного котла 2 свыше заданного уровня срабатывает предохранительный клапан 7, понижающий указанное давление до заданного уровня.
В теплообменниках 3 вода нагревается с помощью газовых горелок 4 до заданной температуры и поступает вначале в выходную линию 19 котельного блока 1, а затем по входной линии 10 системы 9 поступает через регулируемый затвор 51 к насосу 57, который нагнетает горячую воду через регулируемый затвор 52 и выходную линию 11 системы 9 к потребителям тепла и/или горячей воды.
Система автоматического управления теплогенерирующей установкой вместе с входящим в нее блоком управления 8 производит автоматическое регулирование подачи газа к водогрейным котлам 2 и температуры воды на выходе системы 9, а также обеспечивает осуществление операций при пуске и остановке теплогенерирующей установки в автоматическом режиме и в заданной программным устройством 59 последовательности, как в штатном режиме эксплуатации установки, так и при вынужденной остановке последней в случае отказа в работе ее основных агрегатов или в случае опасного для работы установки отклонения от заданных значений ее рабочих параметров, а также в случае перебоев с водоснабжением, газоснабжением и электроснабжением установки. Кроме того, указанная система автоматического управления с блоком 8 обеспечивает необходимую световую и звуковую рабочую, предупредительную и аварийную сигнализацию и выполнение других действий и операций, необходимых для нормального и оптимального функционирования теплогенерирующей установки с обеспечением возможности устойчивой и безаварийной работы последней в оптимальном режиме, обеспечивающем максимальную экономию потребляемого топлива (газа) и минимальные потери вырабатываемой указанной установкой тепловой энергии в условиях изменяющегося во времени количества тепла и/или горячей воды, используемых для нужд потребителей. С помощью передающего устройства 60 оператор теплогенерирующей установки получает по
системе сотовой связи текущую информацию о техническом состоянии указанной установки и отклонениях величины ее рабочих параметров от заданного значения, а также о возникновении аварии на установке или выходе из строя ее основного оборудования и несанкционированном вскрытии шкафа или контейнера 31, в котором размещен котельный блок 1 установки. В случае внезапного отключения электроснабжения теплогенерирующей установки ее электроагрегаты, электроприборы и блок управления 8 получают от источника бесперебойного питания 64 электроснабжение, необходимое для обеспечения безаварийного автоматического выключения указанной установки.
Предлагаемая полезная модель обеспечивает создание компактной и легкой, простой по конструкции и надежной в эксплуатации, мобильной, экономичной и безопасной автономной теплогенерирующей установки.