СПОСОБ РАБОТЫ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
METHOD OF BOILER PLANT OPERATION

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в котельных установках, работающих на природном газе.
Известен аналог - способ работы котельной установки (см. патент РФ №2701285, БИ №27, 2019), по которому в котел подают питательную воду, топливо и воздух, в котле в процессе сжигания топлива образуются продукты сгорания и вырабатывается перегретый водяной пар, образовавшиеся продукты сгорания последовательно охлаждают в пароперегревателе, водяном экономайзере, воздухоподогревателе, осуществляют предварительный подогрев до температуры 20-30°С воздуха перед подачей его в воздухоподогреватель котла частью уходящих продуктов сгорания с их охлаждением ниже точки росы в конденсационном поверхностном теплообменнике, суммарный поток уходящих продуктов сгорания по основному газоходу дымососом отводят в атмосферу, в качестве топлива используют природный газ. Данный способ принят за прототип.
К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что при реализации известного способа котельная установка обладает пониженной экономичностью, так как только часть уходящих продуктах сгорания (в расчетном режиме около 30-35%) охлаждают ниже точки росы с конденсацией части содержащихся в продуктах сгорания водяных паров. То есть в котельной установке полезно не используется значительная доля теплоты уходящих продуктов сгорания. При этом подогрев до температуры 35-40°С воздуха перед подачей его в котельный цех на отопление осуществляют суммарным потоком уходящих продуктов сгорания с их охлаждением до температуры 75-80°С, превышающей точку росы 55-56°С на 20-24°С, в рекуперативном газовоздушном теплообменнике. Так как в рекуперативном газовоздушном теплообменнике не осуществляют охлаждение продуктов сгорания ниже точки росы водяных паров, то эффективность теплообмена по газовой стороне в этом теплообменнике будет низкой, а его теплообменная поверхность будет большой, что снижает экономичность котельной установки. Кроме того, рекуперативный газовоздушный и конденсационный поверхностный теплообменники расположены в одном дополнительном газоходе последовательно по ходу продуктов сгорания, что повышает аэродинамическое сопротивление дополнительного газохода, а также усложняет эксплуатацию этих теплообменников вследствие одновременного регулирования расходов и температур теплоносителей в обоих теплообменниках, что дополнительно снижает экономичность котельной установки.
Сущность изобретения заключается в следующем. Для повышения экономичности котельной установки, работающей на природном газе, предлагается осуществлять разделение общего потока уходящих продуктов сгорания-котельной установки на три потока, один из которых направлять в существующий основной газоход, а два других потока подавать в дополнительные газоходы, которые расположить параллельно существующему основному газоходу. При этом в каждом дополнительном газоходе разместить по одному конденсационному поверхностному теплообменнику для предварительного подогрева дутьевого воздуха котла перед подачей его в воздухоподогреватель и для подогрева атмосферного воздуха перед подачей его в котельный цех на отопление. В этом случае большая часть уходящих продуктов сгорания в конденсационных поверхностных теплообменниках будет охлаждаться ниже точки росы с конденсацией части содержащихся в продуктах сгорания водяных паров, что значительно снизит потери теплоты с уходящими продуктами сгорания и повысит экономичность котельной установки.
Технический результат - повышение экономичности котельной установки.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе работы котельной установки, по которому в котел подают питательную воду, топливо и воздух, в котле в процессе сжигания топлива образуются продукты сгорания и вырабатывается перегретый водяной пар, образовавшиеся продукты сгорания последовательно охлаждают в пароперегревателе, водяном экономайзере, воздухоподогревателе, осуществляют предварительный подогрев до температуры 20-30°С воздуха перед подачей его в воздухоподогреватель котла частью уходящих продуктов сгорания с их охлаждением ниже точки росы в конденсационном поверхностном теплообменнике, суммарный поток уходящих продуктов сгорания по основному газоходу дымососом отводят в атмосферу, в качестве топлива используют природный газ, особенность способа работы котельной установки заключается в том, что общий поток уходящих продуктов сгорания котельной установки разделяют на три потока, один из которых направляют в существующий основной газоход, а два других потока подают в дополнительные газоходы, которые располагают параллельно существующему основному газоходу, при этом в каждом дополнительном газоходе для охлаждения продуктов сгорания ниже точки росы водяных паровдо температуры 38-42°С располагают по одному конденсационному поверхностному теплообменнику, в первом из которых производят предварительный подогрев дутьевого воздуха до температуры 20-30°С перед подачей его в воздухоподогреватель котла, а во втором производят подогрев до температуры 35-40°С атмосферного воздуха перед подачей его в котельный цех на отопление, кроме того в расчетном режиме работы котельной установки при температуре наружного воздуха (-28) - (-32)°С в существующий основной газоход направляют 30-35% уходящих продуктов сгорания, в первый дополнительный газоход подают 25-30%, а во второй дополнительный газоход - 45-35% уходящих продуктов сгорания от их общего потока, при этом для повышения температуры продуктов сгорания, охлажденных ниже точки росы водяных паров в конденсационных поверхностных теплообменниках, осуществляют смешение трех потоков в основном газоходе перед дымососом и суммарный поток продуктов сгорания при температуре 70-75°С, превышающей точку росы водяных паров45-48°С на 25-27°С, отводят в атмосферу.
На чертеже представлена схема котельной установки, поясняющая предлагаемый способ. Котельная установка содержит топку котла 1 с барабаном 2, пароперегреватель 3, водяной экономайзер 4, воздухоподогреватель 5, конденсационные поверхностные теплообменники 6 и 7, установленные в дополнительныхгазоходах8 и 9,расположенные параллельно существующему основному газоходу 10, и дымосос 11. В дополнительных газоходах 8 и 9 установлены также сборники 11 и 12 конденсата водяных паров продуктов сгорания с гидравлическими затворами 13 и 14 и сепарационные устройства-каплеуловители 15 и 16.
Способ реализуется следующим образом.
В топку котла 1 подают топливо (природный газ) и воздух, питательную воду подогревают в водяном экономайзере 4 и направляют в барабан 2. В топке котла 1 в процессе сжигания природного газа образуются продукты сгорания и вырабатывается водяной пар, который выделяется в барабане 2. Из барабана 2 котла водяной пар направляют в пароперегреватель 3, где его перегревают до заданной температуры и отводят потребителю (не показан).
Продукты сгорания природного газа из топки котла 1 последовательно проходят пароперегреватель 3, водяной экономайзер 4, воздухоподогреватель 5, где охлаждаются до температуры 120-130°С.После воздухоподогревателя 5 общий поток уходящих продуктов сгорания котельной установки разделяют на три потока, один из которых направляют в существующий основной газоход 10, а два других потока по дополнительным газоходам 8 и 9 подают в греющие тракты конденсационных поверхностных теплообменников 6 и 7. В нагревательный тракт конденсационного поверхностного теплообменника 6 подают дутьевой воздух, ав нагревательный тракт конденсационного поверхностного теплообменника 7 подают атмосферный воздух. Дополнительные газоходы 8 и 9 располагают параллельно существующему основному газоходу 10.При этом в расчетном режиме работы котельной установки при температуре наружного воздуха (-28) - (-32)°С, равной средней температуре наиболее холодной пятидневки, в существующий основной газоход направляют 30-35% уходящих продуктов сгорания, в первый дополнительный газоход подают 25-30%, а во второй дополнительный газоход - 45-35% уходящих продуктов сгорания от их общего потока.
В конденсационных поверхностных теплообменниках 6 и 7 в процессе теплообмена уходящих продуктов сгорания и воздуха продукты сгорания охлаждают ниже точки росы водяных паровдо температуры 38-42°С, а воздух подогревают. В конденсационном поверхностном теплообменнике 6 подогревают дутьевой воздух до температуры 20-30°С и подают его в воздухоподогреватель 5. В конденсационном поверхностном теплообменнике 7 подогревают атмосферный воздух до температуры 35-40°Си подают его в котельный цех на отопление. При этом в конденсационных поверхностных теплообменниках 6 и 7 происходит конденсация части содержащихся в уходящих продуктах сгорания водяных паров и полезно используются как физическая теплота уходящих продуктов сгорания, так и скрытая теплота конденсации части содержащихся в них водяных паров, что снижает потери теплоты с уходящими продуктами сгорания и повышает экономичность котельной установки. Затем охлажденные ниже точки росы водяных паровдо температуры 38-42°С в конденсационных поверхностных теплообменниках 6 и 7 продукты сгорания проходят сепарационные устройства-каплеуловители соответственно 15 и 16, где от продуктов сгорания отделяется капельная влага, и направляются в существующий основной газоход 10 перед дымососом 11, осуществляется смешение трех потоков продукты сгорания. В результате смешения повышаются температуры потоков продуктов сгорания, охлажденных ниже точки росы водяных паровв конденсационных поверхностных теплообменниках 6 и 7. После смешения общий поток уходящих продуктов сгорания в расчетном режиме при температуре наружного воздуха (-28) - (-32)°С, равной средней температуре наиболее холодной пятидневки, при температуре 70-75°С, превышающей точку росы водяных паров45-48°С на 25-27°С, дымососом отводят в атмосферу.
Конденсат водяных паров, выделяющийся из уходящих продуктов сгорания в процессе их охлаждения ниже точки росы в конденсационных поверхностных теплообменниках 6 и 7 поступает соответственно в сборник 11 и 12, затем через гидравлические затворы 13 и 14 непрерывно отводится в бак чистых стоков (не показан) и полезно используется в котельной установке.
Таким образом, разделение общего потока уходящих продуктов сгорания котельной установки на три потока, посредством установки двух дополнительных газоходов параллельно существующему основному газоходу и установка в дополнительных газоходах конденсационных поверхностных теплообменников для предварительного подогрева дутьевого воздуха котла и подогрева атмосферного воздуха для отопления котельного цеха, позволяет полезно использовать в котле значительную долю теплоты уходящих продуктов сгорания, что повышает экономичность котельной установки.