КОНДЕНСАЦИОННЫЙ ТЕПЛОУТИЛИЗАТОР (ВАРИАНТЫ)

Предлагаемое техническое решение относится к области энергосбережения и может быть использовано в теплоэнергетике, металлургии, химической и других отраслях промышленности, где используются паровые и водогрейные котлы, сжигающие органическое топливо, установки, в результате работы которых образуются дымовые газы, содержащие значительный объем водяных паров. Одной из высокоэффективных энергосберегающих технологий является утилизация низкопотенциальной теплоты уходящих дымовых газов путем конденсации части содержащихся в них водяных паров.
Известно устройство «Теплоутилизатор» (патент РФ №2323384, опубл.27.04.), содержащее контактный теплообменник, каплеуловитель, газо-газовый теплообменник, газоходы, трубопроводы и насос, имеется обводной канал по ходу оборотной воды контактного теплообменника, водо-водяной теплообменник и водо-воздушный теплообменник с обводным каналом по ходу воздуха. Данное устройство обладает следующими недостатками. Наличие газо-газового теплообменника, в котором происходит подогрев осушенных продуктов сгорания, обусловливает дополнительные потери с уходящими газами. Дутьевой воздух в известном устройстве не увлажняют, что не обеспечивает снижение выбросов оксидов азота. Кроме того, срок работы дымовой трубы, подверженной перепадам температуры уходящих газов, может оказаться недолговечным. Все эти обстоятельства снижают эффективность и экономичность теплоутилизатора.
Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, состоит в повышении эффективности и экономичности теплоутилизатора.
Технический эффект, возникающий при решении поставленной технической задачи заключается в снижении объемов выброса оксидов азота с дымовыми газами.
По первому варианту технический эффект, заключающийся в снижении объемов выброса оксидов азота с дымовыми газами и возникающий при решении поставленной технической задачи достигается тем, что известный теплоутилизатор, включающий последовательно соединенные первый контактный теплообменник, содержащий каплеуловитель, раздаточное устройство, рассекатель, увлажнитель, насосы, водо-водяной теплообменник, газоходы, дымовую трубу, согласно полезной модели, снабжен вторым контактным теплообменником, баком-нейтрализатором, первый контактный теплообменник снабжен предварительным контактным теплообменником-охладителем, подключенным к первому его входу, второй контактный теплообменник снабжен рекуперативным теплообменником, расположенным на первом его выходе, и подключен вторым выходом к первому контактному теплообменнику, а первый вход его подсоединен к первому выходу водо-водяного теплообменника, при этом газоходы и дымовая труба выполнены влагозащищенными, на выходе дымовой трубы установлено антиобледенительное устройство.
По второму варианту указанный технический эффект достигается тем, что известный теплоутилизатор, включающий последовательно соединенные первый контактный теплообменник, содержащий каплеуловитель, раздаточное устройство, рассекатель, увлажнитель, насосы, водо-водяной теплообменник, газоходы, дымовую трубу, согласно полезной модели, снабжен вторым контактным теплообменником, баком-нейтрализатором, первый контактный теплообменник снабжен предварительным рекуперативным теплообменником-охладителем, подключенным к первому его входу, второй контактный теплообменник снабжен рекуперативным теплообменником, расположенным на первом его выходе, и подключен вторым выходом к первому контактному теплообменнику, а первый вход его подсоединен к первому выходу водо-водяного теплообменника, при этом газоходы и дымовая труба выполнены влагозащищенными, на выходе дымовой трубы установлено антиобледенительное устройство.
По третьему варианту указанный технический эффект достигается тем, что конденсационный теплоутилизатор, включающий последовательно соединенные первый контактный теплообменник, содержащий каплеуловитель, раздаточное устройство, рассекатель, увлажнитель, насосы, водо-водяной теплообменник, газоходы, дымовую трубу, согласно полезной модели, снабжен вторым контактным теплообменником, баком-нейтрализатором, первый контактный теплообменник снабжен предварительным теплообменником-охладителем, подключенным к первому его входу, первый контактный теплообменник выполнен двухступенчатым и снабжен дополнительным раздаточным устройством и дополнительным рассекателем, образующими вторую ступень, второй контактный теплообменник снабжен рекуперативным теплообменником, расположенным на первом его выходе, и подключен вторым выходом к раздаточному устройству второй ступени первого контактного теплообменника, а первый вход его подсоединен к первому выходу водо-водяного теплообменника, раздаточное устройство второй ступени первого теплообменника также подключено к первому выходу водо-водяного теплообменника, при этом газоходы и дымовая труба выполнены влагозащищенными, на выходе дымовой трубы установлено антиобледенительное устройство.
На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства по первому варианту, на фиг. 2 представлена структурная схема предлагаемого устройства по второму варианту, на фиг. 3 представлена структурная схема предлагаемого устройства по третьему варианту.
Устройство содержит (фиг. 1) последовательно соединенные первый контактный теплообменник 1, содержащий каплеуловитель 2, раздаточное устройство 3, рассекатель 4, увлажнитель 5, насосы 6, 7, 8, 9, водо-водяной теплообменник 10, газоходы 11, 12, 13, 14, 15, дымовую трубу 16, второй контактный теплообменник 17, бак-нейтрализатор 18. Первый контактный теплообменник 1 снабжен предварительным контактным теплообменником-охладителем 19, подключенным к первому его входу, второй контактный теплообменник 17 снабжен рекуперативным теплообменником 20, расположенным на первом его выходе, и подключен вторым выходом к первому контактному теплообменнику 1, а первый вход его подсоединен к первому выходу водо-водяного теплообменника 10. Газоходы 11, 12, 13, 14,15 и дымовая труба 16 выполнены влагозащищенными, на выходе дымовой трубы 16 установлено антиобледенительное устройство 21. Имеются трубопроводы 22, 23 соответственно на втором входе и втором выходе водо-водяного теплообменника 10. Второй контактный теплообменник 17 содержит каплеуловитель 24, раздаточное устройство 25, рассекатель 26, увлажнитель 27. Первый выход водо-водяного теплообменника 10 трубопроводом 28 соединен с раздаточным устройством 3 первого контактного теплообменника, трубопроводом 29 - с раздаточным устройством 25 второго контактного теплообменника 17. Второй выход второго контактного теплообменника 17 соединен трубопроводом 30 с первым контактным теплообменником 1. На газоходе 31 после рекуперативного теплообменника 20 установлены шиберы 32, 33. Бак-нейтрализатор 18 снабжен трубопроводом 34.
Теплоутилизатор работает следующим образом. Уходящие продукты сгорания после котла по газоходу 15 (фиг. 1) насосом 7 подаются в контактный теплообменник-охладитель 19, где происходит снижение их температуры до допустимого (по условиям работы контактного теплообменника 1) значения. Охлаждение происходит за счет впрыска в продукты сгорания части получаемого в увлажнителе 5 и в контактном теплообменнике-охладителе 19 конденсата, подаваемого циркуляционным насосом 6. Охлажденные продукты сгорания поступают в противоточный контактный увлажнитель 5, проходят через пластиковый рассекатель 4, который омывается оборотной водой, подаваемой сверху через раздаточное устройство 3. Рассекатель 4 служит для разбиения ее на мелкие капли, увеличивая поверхность контакта воды и продуктов сгорания. Продукты сгорания охлаждаются ниже точки росы, отдавая теплоту, получаемую при охлаждении продуктов сгорания и конденсации части содержащихся в них водяных паров. В оборотной воде происходит растворение части углекислого газа и оксидов азота, содержащихся в продуктах сгорания. Далее охлажденные и частично осушенные продукты сгорания проходят через каплеуловитель 2, где происходит отделение уносимой потоком газа капель воды. Продукты сгорания по газоходу 11 подаются в дымовую трубу 16 и выбрасываются в атмосферу. Так как продукты сгорания за увлажнителем не подогреваются, то в газоходе 15 и дымовой трубе 16 будет происходить конденсация части оставшихся водяных паров. Для снижения этого эффекта данные элементы выполнены теплоизолированными и из материалов, не подверженных действию конденсата, или обработанных специальным защитным покрытием. Для предотвращения обледенения в зимний период устья дымовой трубы 16, предусмотрена установка на ее вершине антиобледенительного устройства 21. Нагретая в увлажнителе 5 оборотная вода циркуляционным насосом 8 подается в водо-водяной теплообменник 10, где происходит подогрев холодной воды, поступающей по трубопроводу 22. Подогретая вода по трубопроводу 23 поступает в систему теплоснабжения или другим потребителям (доведение ее до требуемой температуры производится известными способами - на схеме не показано). Охлажденная оборотная вода по трубопроводу 29 поступает в увлажнитель 27 второго контактного теплообменника 17 через раздающее устройство 25, где происходит подогрев и увлажнение воздуха в рассекателе 26 (аналогично рассекателю 4 в первом контактном теплообменнике 1), поступающего по газоходу 14. Далее охлажденная (за счет подогрева воздуха и частичного испарения) оборотная вода подается по трубопроводу 30 в раздающее устройство 3 первого контактного теплообменника 1. Подогретый и увлажненный воздух проходит через каплеуловитель 24, где освобождается от унесенных капель воды, и по газоходу 12 поступает в рекуперативный теплообменник 20, в котором происходит подогрев на несколько градусов для исключения возможности последующей конденсации. После теплообменника 20 насосом 9 воздух подается в котел. Дополнительное увлажнение воздуха позволяет снизить образование оксидов азота.
При работе в летний период температура обратной сетевой воды может быть низкой и дополнительного охлаждения оборотной воды в увлажнителе не требуется. В этом случае возможна работа теплоутилизатора без второго контактного теплообменника: оборотная вода после водо-водяного теплообменника 10 по трубопроводу 28 (показана пунктиром) сразу подается в раздающее устройство 3 первого контактного теплообменника 1, а трубопровод 29, осуществляющий подачу воды в увлажнитель 27 второго контактного теплообменника 17 перекрывается (задвижки на схеме не показаны), подача воздуха осуществляется напрямую из атмосферы по газоходу 31 за счет открытия шибера 32 и закрытия шибера 33.
Образовавшийся при работе теплоутилизатора излишек конденсата сливается в бак-нейтрализатор 18, где осуществляется приведение ее кислотности к требуемому уровню за счет ввода химреактивов. Нейтрализованная вода удаляется по трубопроводу 34 и далее может быть использована в качестве подпиточной воды или утилизироваться.
По второму варианту исполнения конденсационного утилизатора (фиг. 2) первый контактный теплообменник снабжен предварительным рекуперативным теплообменником-охладителем 35, подключенным к первому его входу. Работа теплоутилизатора происходит следующим образом. Уходящие продукты сгорания после котла по газоходу 15 дымососом 7 подаются в устройство предварительного охлаждения 19, где происходит снижение их температуры до допустимого (по условия работы контактного теплообменника 1) значения. Охлаждение происходит в рекуперативном теплообменнике 35, где подогревается теплоноситель, подаваемый циркуляционным насосом 6. За счет использования такой схемы предварительного охлаждения теплоноситель может иметь более высокую температуру, чем оборотная вода. Далее работа теплоутилизатора соответствует описанию работы по первому варианту исполнения.
В третьем варианте первый контактный теплообменник выполнен двухступенчатым (фиг. 3). Вторую ступень образуют дополнительное раздаточное устройство 36 и дополнительный рассекатель 37. Второй выход второго контактного теплообменника 17 подключен к дополнительному раздаточному устройству 36 первого контактного теплообменника 1. Работа происходит таким образом. Вода из увлажнителя 27 второго контактного теплообменника 17 подается в дополнительное раздающее устройство 36 второй ступени первого контактного теплообменника 1. Таким образом, через дополнительный рассекатель 37 проходит только часть оборотной воды, которая после прохождения увлажнителя 27 имеет пониженную температуру. Это позволяет дополнительно снизить температуру дымовых газов за теплоутилизатором. Остальная часть оборотной воды подается через раздающее устройство 3 первой ступени первого контактного теплообменника 1.