ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ СИСТЕМА ГОРЯЧЕГО ПАРО- И ВОДОСНАБЖЕНИЯ
POWER SAVING SYSTEM OF HOT STEAM AND WATER SUPPLY

Изобретение относится к сельскому хозяйству и предназначено для одновременного получения пара и горячей воды в одной установке при работе в открытых системах горячего паро- и водоснабжения и может быть использовано для пропаривания и промывки молокопроводов, молочного оборудования, тары, пастеризации молока, приготовления и запарки кормов, термической обработки овощей и фруктов, санитарно-гигиенических нужд и в других технологических процессах на животноводческих фермах, линиях и цехах по переработке с.-х. продукции.
Известны установки для производства пара и горячей воды электродного типа разработок ВНИИЭТО типа КЭПР, ЭПЗ, КЭВ (см. книгу Н.Б. Каган и др. "Электротермическое оборудование для сельско-хозяйственного производства" 1980 г. стр.84-107), однако они не позволяют в одном устройстве вырабатывать пар и горячую воду.
Передвижной пароводонагреватель электродного типа, разработанный НПО "Казсельхозмеханизация" (см. научно-теоретический журнал "Техника в сельском хозяйстве", №4, 1991 г., с.37-38), позволяет получить пар и горячую воду в одном устройстве. Недостатками этого устройства являются низкая температура пара - до 107°C, большие массогабаритные показатели, ограниченность применения. Его основное назначение - санитарная обработка помещений.
В целом для электродных установок, ввиду зависимости теплопроизводительности от удельного электрического сопротивления нагреваемой воды и ограничение по удельной напряженности поля вследствие возможного электрического пробоя и разложения воды, характерны нестабильность работы, необходимость химической подготовки и постоянного контроля качества воды. В условиях сельского хозяйства это приводит к серьезным проблемам при их эксплуатации. Для приготовления горячей воды и ее разбора, как правило, требуются дополнительные теплообменные устройства.
Известна электрическая пароводогрейная установка для выработки пара и горячей воды в одном устройстве, содержащая корпус с коаксиально расположенным внутри цилиндром, нагревательное устройство, датчик уровня с усилителем, поплавковый регулятор подпитки, электромагнитный клапан, патрубки подвода холодной воды и отбора пара и горячей воды, вентили, терморегулятор, бойлер, циркуляционный насос, манометр (а.с. СССР №1437608, МКИ F22B 1/28, БИ №42 88 г.).
Недостатками ее являются низкая температура пара на выходе, которая не превышает 107°C, что для некоторых технологических процессов сельского хозяйства недостаточно, невысокая надежность поплавкового регулятора подпитки воды, длительный по времени переход с режима генерации пара к режиму приготовления горячей воды, достаточно высокая скорость образование накипи на нагревательных элементах без предварительной водоподготовки, высокий уровень тепловых потерь.
Известен электропароводонагреватель, содержащий пароводонагреватель, соединенный трубопроводами с предварительным подогревателем воды и электрическим пароперегревателем, патрубки отбора теплоносителей и использующий в качестве нагревательных элементов - трубчатые электронагреватели (патент RU №2147101 C1, 7 F22B/28 от 26.05.99). Одновременно электропароводонагреватель снабжен необходимой контрольно-измерительной и защитной аппаратурой, а также элементами автоматического управления, позволяющими управлять процессом получения пара и горячей воды в установке.
Недостатками этого электропароводонагревателя являются: пониженный уровень энергосбережения, вызванный наличием выносного пароперегревателя, что создает дополнительные потери тепла в окружающую среду; низкий уровень удельных тепловых нагрузок нагревательных элементов в процессе кипения жидкости в пароводонагревателе; недостаточная компактность и жесткость конструкции установки; повышенное время выхода на режим электрического пароперегревателя (8-10 мин).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является электропароводонагреватель, содержащий предварительный подогреватель, соединенный трубопроводом с пароводонагревателем, включающим в себя емкость нагрева воды и образования пара, механический сепаратор, встроенную секцию перегрева пара, трубопровод отбора теплоносителей, и использующий в качестве нагревательных элементов трубчатые электронагреватели, снабженный контрольно-измерительной и запорной аппаратурой и элементами автоматического управления (патент RU №2184904, С2 F22B 1/28).
Недостатками вышеуказанного электропароводонагревателя являются то, что установка не приспособлена для работы по дифференцированному тарифу в течение суток на электроэнергию, что не позволяет потребителю существенно снизить затраты на электроэнергию, а также отсутствие возможности одновременного потребления пара и горячей воды.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение снижения затрат на электроэнергию при производстве пара и горячей воды до 40%, создание возможности одновременного потребления пара и горячей воды на технологические нужды, снизить пиковую мощность установки.
В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность снизить затраты на электроэнергию до 40% за счет предварительного нагрева воды по сниженному тарифу на электроэнергию (который в непиковые часы в среднем дешевле в 3 раза) и ее аккумуляции; одновременно использовать вырабатываемые установкой пар и горячую воду для различных технологических процессов сельско-хозяйственного производства; снизить пиковую мощность установки в дневные часы на 12…15%.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что энергосберегающая система горячего паро- и водоснабжения, содержащая трубопровод холодной воды, электромагнитный клапан автоматической подачи воды, пароводонагреватель, включающий емкость нагрева воды и образования насыщенного пара, механический сепаратор, съемную секцию перегрева пара, расположенные в едином теплоизолированном корпусе, трубопровод отбора теплоносителя, и использующий в качестве нагревательных элементов трубчатые электронагреватели, одновременно снабженный контрольно-измерительной аппаратурой, предохранительной и запорной арматурой, а также элементами автоматического управления, содержит электрический аккумуляционный водонагреватель, включающий металлический корпус с теплоизоляцией, обеспечивающей скорость остывания воды, нагретой до 80°C в аккумуляционном водонагревателе не более 1°C/ч, блок электрических нагревателей, датчик температуры, верхний патрубок, при этом аккумуляционный водонагреватель соединен через верхний патрубок трубопроводом, с установленными на нем при помощи тройника вентилем отбора горячей воды и электромагнитным клапаном подпитки водой пароводонагревателя, с пароводонагревателем, причем в трубопровод подачи холодной воды между электромагнитным клапаном автоматической подачи воды и аккумуляционным водонагревателем установлены с помощью муфты обратный клапан, а посредством крестовины - боковой патрубок, предохранительный клапан и сливная пробка.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена общая схема устройства энергосберегающей системы горячего паро- и водоснабжкения.
Энергосберегающая система горячего паро- и водоснабжения включает в себя пароводонагреватель 1, который содержит, размещенные в одном теплоизолированном цилиндрическом корпусе 2: емкость нагрева воды и образования насыщенного пара 3 и секцию перегрева пара 4 (электрический пароперегреватель). В нижней части емкости 3 для нагрева воды и образования насыщенного пара размещен блок трубчатых электронагревателей 5. Для уменьшения влажности пара применен механический сепаратор 6. В секции перегрева пара 4 установлены оребренные трубчатые электронагреватели 7. На трубопроводе 8 установлены: устройство для сброса пара и выпуска воздуха 9, электроконтактный манометр 10 для контроля и регулирования давления пара, предохранительный клапан 11, указатель температуры пара 12, вентиль 13 для отбора пара потребителем. На корпусе 2 установлены: водомерная колонка 14 для визуального контроля уровня воды, датчик 15 для отключения нагревателей во всех режимах при аварийном снижении уровня воды, верхний 16 и нижний 17 датчики уровня воды для управления электромагнитными клапанами автоматической подачи воды 18 и подпитки водой пароводонагревателя 19. Для контроля температуры воды в корпусе 2 установлен датчик температуры 20. На трубопроводе холодной воды 21 установлены: вентиль подачи холодной воды из магистрали 22, вентиль 23 на байпасной линии 24, электромагнитный клапан автоматической подачи воды 18, обратный клапан 25, крестовина 26, предохранительный клапан 27, сливная пробка 28, боковой патрубок 29 для подачи холодной воды в аккумуляционный водонагреватель 30, включающий металлический корпус 31, теплоизоляцию 32, блок электрических нагревателей 33, датчик температуры 34 и верхний патрубок 35. Аккумуляционный водонагреватель 30 через патрубок 35 соединен с пароводонагревателем 1 трубопроводом 36, на котором расположены: тройник 37 с вентилем отбора горячей воды 38, электромагнитный клапан подпитки водой пароводонагревателя 19, обратный клапан 39, пробка слива воды 40 из пароводонагревателя 1, предохранительный клапан 41 и запорный вентиль 42.
Энергосберегающая система горячего паро- и водоснабжения работает следующим образом.
В режиме генерации пара холодная вода из магистрального водопровода через вентиль 22 и открытый электромагнитный клапан автоматической подачи воды 18 по трубопроводу подачи холодной воды 21 и боковой патрубок 29 поступает в аккумуляционный водонагреватель 30, где происходит вытеснение нагретой (в период действия пониженного тарифа на электроэнергию) воды через верхний патрубок 35 в трубопровод 36. Вентиль 23 в этом режиме закрыт.Поступая по трубопроводу 36 через тройник 37, открытый электромагнитный клапан подпитки водой пароводонагревателя 19, обратный клапан 39 и открытый запорный вентиль 42 в пароводонагреватель 1, вода заполняет его. При этом, по достижении водой нижнего датчика уровня 17, включаются электронагревательные элементы 5, а при достижении водой положения верхнего датчика уровня 16 автоматически отключаются электромагнитные клапаны 18 и 19, перекрывая подачу воды в пароводонагреватель 1.
Работа пароводонагревателя основана на косвенном нагреве воды и превращении ее в пар. При этом нагрев и испарение воды производится посредством передачи теплоты от нагревательных элементов сопротивления, помещенных в нагреваемую жидкость внутри пароводонагревателя 1. В нем происходит нагрев воды и выработка насыщенного пара с температурой до 110°C и его сепарация. Выработка пара осуществляется при рабочем давлении до 0,07 МПа. Для повышения температуры пара служит электрический пароперегреватель 4. Поступающий в него насыщенный пар из емкости 3 проходит вдоль ребер нагревательных элементов 7, нагревается до заданной температуры и отводится к потребителю по трубопроводу 8 через открытый паровой вентиль 13. Контроль за давлением и температурой пара осуществляется по манометру 10 и указателю температуры 12. Аккумуляционный водонагреватель 30 всегда заполнен водой, нагрев которой происходит в автоматическом режиме в периоды действия пониженного тарифа на электроэнергию. При этом его емкость и мощность определяются исходя из суточного потребления пара и горячей воды на объекте сельскохозяйственного производства. Теплоизоляция корпуса водонагревателя должна обеспечивать среднюю скорость остывания воды, нагретой до 80°C, не более 1°C/ч. Во время работы пароводонагревателя нагревательные элементы аккумуляционного водонагревателя как правило отключены, что снижает общую пиковую мощность системы и выравнивается нагрузка на электрическую сеть в течение суток.
Для отбора горячей воды открывают вентиль 23 на байпасной линии 24 и вентиль отбора горячей воды 38. Электромагнитные клапаны 18 и 19 - закрыты. Контроль за температурой воды в аккумуляционном водонагревателе осуществляется с помощью датчика температуры 34.