СИСТЕМА ПОДОГРЕВА ВОЗДУХА ДЛЯ ТОПЛИВОСЖИГАЮЩЕЙ УСТАНОВКИ
AIR HEATING SYSTEM FOR FUEL-BURNING PLANT

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к устройствам для подогрева воздуха и утилизации тепла уходящих дымовых газов, предназначено для использования в топливосжигающих установках, например в водогрейных и паровых котлах тепловых электрических станций.
Известна система подогрева воздуха (см. патент №2352863, МПК F23L 15/00, опуб. 20.04.2009 г.), содержащая последовательно включенные по греющей и нагреваемой среде секции теплообменных поверхностей, собранные из кубов и размещенные в отводящем газоходе топливосжигающей установки, кубы собраны из труб с последовательно уменьшающейся площадью поперечного сечения для прохода газов в каждом кубе.
Недостатком данной системы является невозможность поддержания номинальных температур горячего воздуха на выходе из воздухоподогревателя, в условиях низких температур наружного воздуха, при сохранении расположения и стандартных габаритных размеров воздухоподогревателя внутри топливосжигающей установки. Снижение температуры воздуха на выходе обусловлено сохранением теплового баланса системы. Согласно балансу на воздухоподогреватель приходится определенное количество тепловой энергии уходящих газов, которое можно передать воздуху без снижения температуры газов ниже установленного уровня (по условиям приемлемой интенсивности низкотемпературной коррозии и поддержания высоких показателей КПД установки). Следовательно, сохранить оптимальную температуру уходящих газов на выходе из воздухоподогревателя, при подаче холодного воздуха непосредственно в теплообменные поверхности установки, возможно только при сниженных температурах воздуха на выходе из воздухоподогревателя. Это приведет к снижению эффективности за счет сокращения тепла, вносимого с воздухом в зону горения топливосжигающей установки. Кроме этого известная система воздухоподогрева обладает сравнительно низкой надежностью при сжигании твердого топлива из-за неравномерного износа поверхностей нагрева по причине различных скоростей дымовых газов в нем, и из-за сложности организации очистки поверхностей воздухоподогревателя стандартными способами.
Известна система подогрева воздуха (см. патент №2202072, МПК F23L 15/00, опуб. 10.04.2003 г.), содержащая последовательно включенные по греющей и нагреваемой среде секции теплообменных поверхностей, размещенные в отводящем газоходе промышленной топливосжигающей установки, дутьевой вентилятор и теплообменник для предварительного подогрева всего подводимого потока атмосферного воздуха.
Недостатком данной системы также является низкая эффективность и надежность. Низкая эффективность обусловлена уменьшением температуры горячего воздуха после прохождения теплообменника для предварительного подогрева всего подводимого потока атмосферного воздуха. Надежность снижена из-за интенсивного абразивного износа поверхностей нагрева при сжигании твердых топлив в условиях увеличенных скоростей дымовых газов в «холодной» секции воздухоподогревателя, выполненной с уменьшенным сечением.
Технически близкой к заявленной системе является система подогрева воздуха, содержащая последовательно соединенные по нагреваемой среде секции теплообменных поверхностей со встречным перекрестным потоком теплообменивающихся сред, размещенные в отводящем газоходе промышленной топливосжигающей установки, дутьевой вентилятор и паровой калорифер (Апатовский Л.Е. Подогрев воздуха на тепловых электростанциях / Л.Е. Апатовский, В.Н. Фомина, В.А. Халупович - М: Энергоатомиздат, - 1986. - 120 с. - С. 12. Рис. 1.2).
Недостатком данной системы подогрева воздуха является снижение ее эффективности при низких температурах наружного воздуха из-за увеличения энергозатрат на выработку дополнительного пара, который используется для подогрева воздуха в калорифере котельной установки.
Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является повышение эффективности работы системы подогрева воздуха, с сохранением надежности оборудования и оптимальных параметров теплоносителей.
Результат достигается тем, что система подогрева воздуха топливосжигающей установки, содержащая последовательно соединенные по нагреваемой среде секции теплообменных поверхностей со встречным перекрестным потоком теплообменивающихся сред, размещенные в отводящем газоходе промышленной топливосжигающей установки, дутьевой вентилятор и калорифер, отличается тем, что система снабжена теплообменником, установленным перед калорифером, солнечным нагревателем, циркуляционным насосом, воздуховодом, связывающим солнечный нагреватель и дутьевой вентилятор, и трубопроводами, связывающими циркуляционный насос, солнечный нагреватель и теплообменник.
Целью данного изобретения является повышение эффективности системы нагрева воздуха и сбережение энергетических ресурсов за счет компенсация части энергозатрат на подогрев воздуха для топливосжигающей установки ТЭС при помощи энергии солнца.
Использование солнечного нагревателя с возможностью одновременного нагрева воздуха и воды позволяет наиболее полно использовать энергию солнца. Это достигается за счет того, что в солнечном нагревателе температура воды на выходе будет выше температуры нагретого воздуха из-за более высоких коэффициентов теплоотдачи и меньшего расхода, это позволяет использовать нагретую воду в качестве греющего теплоносителя в теплообменнике для догрева воздуха после солнечного нагревателя.
На фиг. изображена система подогрева воздуха, где: 1 - секции трубчатых теплообменных поверхностей, 2 - отводящий газоход, 3 - перепускной воздушный короб, 4 - солнечный нагреватель, 5 - калорифер, 6 - теплообменник, 7 - дутьевой вентилятор, 8, 9 - трубопроводы, 10, 11 - шибер, 12, 13 -воздуховод, 14 - воздухозаборное устройство, 15, 16 - запорная арматура, 17 - циркуляционный насос, 18 - трубопровод отвода воды.
Система подогрева воздуха для топливосжигающей установки работает следующим образом.
При наличии солнечной радиации и при низких температурах наружного воздуха, когда требуется его догрев перед подачей в топливосжигающую установку, закрывается шибер 11, прекращая непосредственную подачу холодного воздуха из воздухозаборного устройства 14 в воздуховод 12, и открывается шибер 10. При открытом шибере 10 дутьевым вентилятором 7 холодный наружный воздух закачивается в солнечный нагреватель 4, который располагается на наиболее освещенном участке. В нагревателе 4 воздух нагревается за счет тепла, преобразованного из солнечной энергии, и по воздуховоду 12, через вентилятор 7, подается в теплообменник 6 как нагреваемая среда. Кроме воздуха в солнечный нагреватель 4 по трубопроводу 8, при помощи циркуляционного насоса 17 подается вода, которая также нагревается за счет тепла, преобразованного из солнечной энергии. Нагретая вода после нагревателя 4 поступает в теплообменник 6 как греющая среда. В теплообменнике 6 воздух дополнительно нагревается за счет тепла воды, позволяя более полезно использовать энергию солнца. После теплообменника 6 вода отводится для дальнейшего использования остаточного тепла в цикле станции по трубопроводу 18. Поскольку охлажденная вода после теплообменника будет иметь достаточный потенциал, то ее можно использовать в качестве низкопотенциального источника тепла для нужд станции. Воздух после теплообменника 6 подается в паровой калорифер 5, где осуществляется подогрев воздуха до номинальной начальной температуры, на которую рассчитана работа секций трубчатых теплообменных поверхностей 1. Нагрев воздуха до калорифера 5 позволяет сократить либо полностью компенсировать затраты пара на подогрев воздуха в калорифере 5, сокращая затраты энергии на собственные нужды станции, связанные с производством греющего пара для калорифера 5. Предварительно подогретый до номинальной начальной температуры воздух подается на вход в секции трубчатых теплообменных поверхностей 1. Проходя секции трубчатых теплообменных поверхностей 1, соединенных перепускным воздушным коробом 3, воздух окончательно нагревается до номинальных конечных температур за счет теплообмена с уходящими дымовыми газами, которые при этом охлаждаются также до номинального уровня. После прохождения секции трубчатых теплообменных поверхностей 1 нагретый воздух отводится по воздуховоду 13 для подачи в топливосжигающую установку и на прочие нужды станции.
При наличии солнечной радиации и при относительно высоких температурах наружного воздуха, когда не требуется его догрев перед подачей в топливосжигающую установку, шибер 11 находится в открытом положении, шибер 10 в закрытом положении. В этих условиях солнечный нагреватель 4 нагревает только воду. Вода при помощи насоса 17 подается в солнечный нагреватель 4 по трубопроводу 8 и отводится из нагревателя 4 по трубопроводу 9, минуя теплообменник 6, который отключается по греющей стороне при помощи закрытия запорной арматуры 16 и открытия арматуры 15. Нагретая вода отводится для использования полученного тепла в производственном цикле станции по трубопроводу 18.
При отсутствии солнечной радиации не функционирует насос 17, нагреватель 4 и теплообменник 6. В данном режиме закрыт шибер 10 и открыт шибер 11, а предварительный нагрев воздуха перед подачей в секции трубчатых теплообменных поверхностей 1 полностью осуществляется в калорифере 5.
Таким образом, использование энергии солнца совместно с энергией пара создает значительный энергосберегающий эффект при сохранении основных параметров теплоносителей и надежности оборудования.