ТЕПЛОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к теплотехнике, в частности к установкам выработки тепла для использования в различных технологических процессах или в системах отопления. В частности полезная модель рассматривает конструкцию абсорбционной бромистолитиевой тепловой установки (теплогенератор). Может использоваться для получения горячей воды на нужды отопления и горячего водоснабжения, для нагрева и охлаждения технологических сред в промышленности, энергетике, сельском хозяйстве и т.д.
Теплогенератор данного типа являются высокоэффективным энергосберегающим оборудованием для теплоснабжения различных объектов и предназначены для нагрева воды до 50-90°С, с использованием в качестве источника энергии теплоты греющего пара с давлением до 0,75 МПа или топлива - природного газа, а также низкопотенциальной сбросной или природной теплоты от различных источников с температурой 20-40°С. Доля дешевой низкопотенциальной теплоты, используемой в теплогенераторе для выработки полезной более высокопотенциальной теплоты составляет около 70%. Такие теплогенераторы имеют исключительные потребительские свойства: высокую эффективность, экологическую чистоту, низкий уровень шума при работе, простоту в обслуживании, длительный срок службы, полную автоматизацию.
Принцип действия теплогенератора основан на способности раствора абсорбента поглощать водяные пары, имеющие более низкую температуру чем раствор. Рабочим веществом в теплогенераторе является вода, абсорбентом - водный раствор соли бромистого лития. Хладагент-вода кипит под вакуумом на трубном пучке испарителя, за счет теплоты, отводимой от циркулирующей в трубках охлаждаемой среды (источника низкопотенциальной теплоты). Водяные пары поглощаются раствором абсорбента на трубном пучке абсорбера с выделением теплоты, которая отводится циркулирующей в трубках нагреваемой водой. Разбавленный раствор из абсорбера откачивается
в генератор, где на трубном пучке осуществляется регенерация (выпаривание) поглощенных в абсорбере водяных паров, за счет теплоты греющего теплоносителя. Сконденсированные нагреваемой водой в конденсаторе водяные пары хладоагента возвращаются в испаритель, а концентрированный раствор - в абсорбер.
Известен теплогенератор, содержащий котельную установку, теплофикационную турбоустановку, трубопроводы пара, сырой, химочищенной, питательной воды с необходимой арматурой, трубопроводами прямой и обратной сетевой воды, тепловой насос, при этом используют абсорбционный бромистолитиевый двухкорпусный тепловой насос, состоящий из генератора и конденсатора, расположенных в одном корпусе, абсорбера и испарителя - в другом корпусе, и привод термокомпрессора, который расположен между дымососом и дымовой трубой и включает отвод борова с газоводяным подогревателем для подогрева циркулирующей воды, греющей генератор теплового насоса, кроме того, испаритель теплового насоса подключен к отводящему и подводящему трубопроводам охлаждающей воды конденсатора турбоустановки через задвижки, а абсорбер и конденсатор теплового насоса соединены трубопроводом горячей воды и обратной сетевой воды от потребителя, проходящим последовательно через абсорбер и конденсатор теплового насоса (RU №2278333, F24H 1/00, опубл. 2006.06.20)
Недостатком данного теплогенератора является его громозкость из-за построения по схеме разнесения узлов и агрегатов и обусловленные этим большие тепловые потери, снижающие кпд теплогенератора и повышающие расход энергии на осуществление самого процесса получения горячей воды на выходе. Кроме того, при такой схеме построения сложно поддерживать неизменяемыми условия работы отдельных агрегатов, так как при любом перемещении теплового или охлажденного носителя по магистралям связи происходят потери достигнутых параметров, суммирование которых в конечном итоге либо не позволяет стабилизировать теплогенератор в режиме выдачи готового продукта с требуемыми параметрами, либо приводит к
необходимости работы при повышенных исходных параметрах, учитывающих потери.
Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении тепловой экономичности, увеличении выработки теплового носителя на выходе, понижении тепловых потерь и повышении безопасности эксплуатации.
Указанный технический результат достигается тем, что теплогенератор содержит камеру с раствором соли бромистого лития, сообщенную с нагревательным источником для нагревания раствора бромистого лития и испарения из него воды до 60% концентрации этого раствора, абсорбер, представляющий собой размещенный в отдельном объеме трубчатый теплообменник, вход которого сообщен с источником подачи обратной воды, а выход с потребителем прямой горячей воды, и распылитель в виде протянутой через абсорбер трубки с форсунками, сообщенной через насос с камерой с раствором бромистого лития ниже уровня последнего для распыления 60% концентрации этого раствора на поверхности теплообменника, охладитель, представляющий собой размещенный в отдельном объеме трубчатый теплообменник с водой в донной части, вход которого сообщен с источником подачи воды, а выход с магистралью слива этой воды, температура которой на выходе ниже температуры воды на входе в этот теплообменник, и распылитель в виде протянутой через охладитель трубки с форсунками, сообщенной через нагнетательный насос с зоной отстоя воды в донной части этого отдельного объема, вакуумный насос для создания разряжения в отдельных объемах и откачки неконденсируемых газов, нагреватель в виде трубчатого теплообменника, вход которого сообщен с нагнетательной магистралью с нагнетательным насосом, сообщенным с донной частью отдельного объема абсорбера, где образована зона сбора омывшего поверхности трубчатого теплообменника раствора соли бромистого лития с пониженной до 50% концентрацией, а выход сообщен с камерой с раствором соли бромистого лития выше уровня последнего, при этом указанный нагреватель помещен в оболочку, сообщенную с каналом отвода отработанных
горячих продуктов из нагревательного источника, в верхней части камеры с раствором бромистого лития размещен водосборник, сообщенный магистралью с каналом теплообменника во втором упомянутом объеме, а оба упомянутых объема образованы в общем герметичном корпусе, разделенном на два объема перегородкой с окнами сообщения объемов между собой.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.
На фиг.1 - схема теплогенератора.
Теплогенератор представляет собой теплосиловой агрегат, совмещающий в себе отопительный газовый котел для нагрева сетевой воды до температуры 95°С, рассчитанный на надежное теплоснабжение жилых помещений в климатической зоне с минимальной температурой наружного воздуха - 50°С с теплонасосным агрегатом, позволяющим производить отъем тепловой энергии у низкопотенциального источника с температурой от 20÷30°С до 10÷15°С и преобразовывать его в более высокопотенциальный теплоноситель, имеющий температуру 55÷65°С.
Работа теплового насоса в таком режиме обеспечивает теплоснабжение помещений при температуре наружного воздуха от +8°С до -10°С (в среднем для теплопотерь жилых зданий), что составляет 70% отопительного сезона для средней полосы. При температуре наружного воздуха ниже - 10°С догрев сетевой воды до температурного графика идет в отдельных газовых котлах, снабженных автоматикой.
Работа термохимического теплового насоса (теплогенератора) основана на способности концентрированного водного раствора соли бромистого лития (60%) абсорбировать (поглощать) водяной пар с выделением теплоты в результате химической реакции. Максимальное поглощение водяного пара до
концентрации 50% раствора соли бромистого лития. После этого раствор нужно регенерировать, т.е. выпарить часть водяного пара (10%), причем конденсат вернуть (самотеком) в испаритель.
Для этой цели абсорбер, где нагрев сетевой воды, циркулирующий внутри мельхиоровых трубок, производится, например, в пленочном теплообменном аппарате (или в трубчатом теплообменнике) за счет нагрева распыленного форсунками раствора бромистого лития наружной поверхности трубок, совмещают с испарителем в одном корпусе. В испарителе распыляется холодная вода с минимально возможной температурой. Мелкодисперсное распыление обеспечивает лучшее парообразование при данной температуре. Поэтому верхняя часть испарителя имеет сообщение с абсорбером, в котором будет происходить поглощение водяного пара.
2
2
Для обеспечения парообразования при низкой температуре весь теплообменник будет находиться под глубоким вакуумом (Р=0,05±0,005 атм), который обеспечивается вакуумнасосом, откачивающим неконденсируемые газы (О и СО), образовавшиеся над поверхностью воды в испарителе.
Регенерация (выпаривание) слабо концентрированного раствора соли бромистого лития производится в генераторе за счет тепла от продуктов сгорания газа при газовом нагреве или пара при паровом нагреве. В паровом пространстве генератора устанавливается трубный пучок пароохладителя, который будет являться второй ступенью нагрева сетевой воды после абсорбера.
На фиг.1 приведен пример решения конструктивного решения теплогенератора.
Теплогенератор содержит генераторную камеру 1 с раствором 2 бромистого лития, герметичный корпус 3, разделенный на два объема 4 и 5 перегородкой 6 с окнами сообщения объемов между собой, абсорбер 7, помещенный в одном объеме корпуса, охладитель 8, помещенный в другом объеме корпуса так, что образованные в объеме охладителя пары воды переходят в объем абсорбера через окна в перегородке, вакуумный насос 9 для создания разряжения в отдельных объемах и откачки неконденсируемых
2
2
газов (О, СO). При этом в данной части объема охладителя сформирована ванна 10 для сбора воды (конденсата), а в данной части объема абсорбера сформирована ванна 11 для сбора раствора бромистого лития, насыщенного водой.
В состав конструкции генераторной камеры так же входит нагревательный источник 12 для нагревания раствора бромистого лития и испарения из него воды в камере до 60% концентрации этого раствора. В качестве нагревательного источника можно рассматривать нагревательную камеру сгорания. В результате сжигания топлива образуются отработанные горячие продукты (газы). Для организации процесса горения топлива предусматривается вентилятор 13 подачи воздуха в камеру сгорания. Внутренний объем камеры сгорания соединен с газотрубным испарительным пучком 14. На фиг.1 показана топочная камера, продукты сгорания из которой выводятся по жаротрубному пучку (каналам) 14 наружу и отдают тепло в нагревателе 15.
Абсорбер 7 представляет собой размещенный в отдельном объеме трубчатый теплообменник 16, вход 17 которого сообщен с источником подачи обратной воды, а выход 18 с потребителем прямой горячей воды, и распылитель в виде протянутой через абсорбер трубки 19 с форсунками, сообщенной через насос 20 с камерой 1 с раствором соли бромистого лития ниже уровня последнего для распыления 60% концентрации этого раствора на поверхности теплообменника 16.
Таким образом, подаваемый под давлением от насоса 20 из камеры раствор соли бромистого лития с 60% концентрации (часть воды из этого раствора выпарена) поступает по трубке 19 с соплами в объем 5 корпуса, в котором расположен теплообменник 16. Орошая поверхности теплообменника 16, этот раствор вступает в взаимодействие с парами воды и начинает выделять тепло, которое через стенки теплообменника передается воде, протекающей чрез этот теплообменник.
На вход 17 теплообменника 16 поступает обратная сетевая вода с температурой 40°С и по каналу в его трубке с выхода 18 напрямую направляться через пароохладитель потребителю с температурой 60°С.
С выхода 18 горячая с температурой 55°С по выходному трубопроводу 21 может пропускаться через камеру 1 с бромистым литием, в которой производится подогрев этого трубопровода и воды в нем до температуры 60°С, откуда горячая вода поступает потребителю 22.
Самотеком с поверхности теплообменника 16 насыщенный водой раствор бромистого лития до 50% концентрации сливается в ванную для сбора этого раствора, откуда посредством нагнетательного насоса 23, сообщенного с этой донной частью абсорбера 7, раствор возвращается в камеру 1 и сливается выше уровня этого раствора в камере.
Так как в процессе взаимодействия с парами воды раствор бромистого лития понижает свою температуру, то перед возвратом в камеру он подогревается. Для этого используется нагреватель 15 в виде трубчатого теплообменника 24, вход которого сообщен с нагнетательной магистралью нагнетательного насоса 23, сообщенного с донной частью отдельного объема 5 абсорбера 7, а выход сообщен с жаротрубным пучком 14. Теплообменник 24 нагревателя помещен в оболочку 25, сообщенную с каналом 14 отвода горячих газов из камеры с раствором бромистого лития так, что отработанные горячие газы из камеры поступают в полость оболочки, передают тепло теплообменнику 24 и тем самым подогревают раствор. Охлажденные из оболочки газы затем удаляются в атмосферу.
Охладитель 8 представляет собой размещенный в отдельном объеме 4 трубчатый теплообменник 26 и с водой в донной части, вход 27 которого сообщен с источником подачи воды с температурой 20°С, а выход 28 с магистралью слива этой воды, температура которой на выходе ниже температуры воды на входе в этот теплообменник (например, 15°С), и распылитель в виде протянутой через охладитель трубки 29 с форсунками, сообщенной через нагнетательный насос 30 с зоной сбора воды в донной части этого отдельного объема. Таким образом, в данном объеме при определенных
давлении и температуре среды образуется водяной пар, поступающий в соседний объем, где происходит насыщение раствора бромистого лития водой с выделением тепла.
В верхней части камеры 1 с раствором бромистого лития размещен водосборник 31, сообщенный магистралью 32 с объемом 4. При выпаривании пар в виде конденсата собирается в водосборнике 31, откуда поступает обратно в систему охладителя.
В абсорбере в теплообменнике используется трубка мельхиоровая с оребрением пластинами из мельхиора, а в испарителе используется трубка латунная с оребрением платанами из меди.
Функционирует теплогенератор следующим образом.
Формируют процесс горения в топочной камере или пропускают горячие газы через канал в камере и осуществляют подогрев раствора бромистого лития в камере 1. Выпариваемая вода конденсируется в водосборнике 31. Осуществляют разряжение в корпусе за счет работы вакуумного насоса 9.
Подают в теплообменник 26 охладителя 8 воду с температурой 20°С и омывают его поверхности водой с донной части корпуса в объеме, где этот теплообменник установлен. При достижении заданного давления и температуры в этом объеме образуется водяной пар, поступающий через окна в перегородке в соседний объем, где находится абсорбер.
Одновременно через теплообменник 16 абсорбера подается обратная вода с собственной температурой.
Под давлением насосом 20 подают из камеры 1 раствор бромистого лития 60% концентрации и орошают им поверхности теплообменника 16 в объеме корпуса для абсорбера. Происходит насыщение раствора водой и выделение тепла, передающегося воде, протекающей через теплообменник 16. На выходе этого теплообменника получаем горячую воду с температурой 55°С, которую направляют на дополнительный нагрев в пароохладитель и оттуда эта вода поступает потребителю. Собранные в донной части объема 7 корпуса раствор бромистого лития насосом подается обратно в камеру 1 через
нагреватель 15, тепло в котором образовано горячими газами - продуктами сгорания в топочной камере 12.
Вода из водосборника 31 самотеком возвращается объем 4.
Настоящая полезная модель промышленно применима, может быть изготовлена с использованием известных технологий построения тепловых насосов и паросиловых установок.