ТЕПЛОВАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к теплоэнергетике, а именно, к тепловым установкам, и может быть использована в системах теплоснабжения объектов, в частности, для получения теплоносителей в виде парогазовой смеси для подогрева инертных материалов в установках приготовления растворобетонных смесей, для получения теплоносителей в виде не расходуемой горячей воды для отопления помещений и технологических установок, а также для получения расходуемой горячей воды для технологических и хозяйственных целей.
Известен парогенератор по патенту Российской Федерации №2396485, кл. F22B 1/26, 2010 г., который состоит из корпуса, содержащего камеру сгорания, камеру смешения, предназначенную для приема дымовых газов из камеры сгорания. Устройство впрыска воды выполнено в виде водяного сопла, расположенного на оси камеры сгорания, а камера смешения представляет собой трубу Вентури.
Данное устройство может быть использовано как автономный агрегат для получения парогазовой смеси, а так же оно обеспечивает повышение давления парогазовой смеси, используемой для прогрева инертных материалов и подготовки бетонной смеси на бетонных заводах в зимнее время, пропарки изделий из железобетона на заводах ЖБИ и других технологиях, допускающих использование парогазовой смеси.
Недостатком этого устройства является низкое давление парогазовой смеси на выходе, имеются сильные ограничения по аэродинамическому сопротивлению распределительных паропроводов и потребителей: теплообменников, сепараторов, обрабатываемых материалов.
При современных темпах строительства и предъявляемых к раствору и бетону высоких требованиях появилась необходимость в поисках новых эффективных и быстрых систем прогрева и размораживания инертных материалов.
Отказ от централизованного паро-снабжения и переход на современные эффективные системы прогрева горячим воздухом, позволяет уменьшить стоимость тепла в два-три раза.
Такая система реализована на базе энергоустановок типа «Sim-Matic» (Италия). Она включает в себя систему труб с большой площадью теплообмена, по которым циркулируют продукты сгорания жидкого или газообразного топлива с температурой в камере сгорания около 1000 град.С. После прохождения по системе труб и охлаждения вследствие теплообмена газы выводятся в атмосферу посредством выпускной трубы. Система труб теплообменника изолирована теплоизоляционными пакетами из минеральной ваты для уменьшения теплопотерь. Для забора воздуха, идущего на обогрев, устанавливается центробежный электровентилятор, который втягивает атмосферный воздух и нагнетает его в генератор, где воздух проходит вдоль наружной поверхности теплообменника. Температура воздушного потока постепенно увеличивается, и затем нагретый до 200 град.С чистый воздух доставляется к потребителям.
Энергоустановки «Sim-Matic» обеспечивают производство горячего воздуха, для размораживания и прогрева инертных материалов различной гранулометрии, используемых для производства растворобетонных смесей. Для обогрева склада инертных материалов устанавливается система трубопроводов, по которым подается горячий воздух с температурой 180-200 град.С.
Установка проста в использовании и не требует участия оператора. Система имеет локальную автоматику управления подачей горячего воздуха в расходные бункеры склада инертных материалов, что позволяет использовать ее как самостоятельно, так и в составе системы производства бетона.
Однако, эти энергоустановки имеют ряд существенных недостатков: материал избыточно увлажняется, зависает в бункерах, нарушается водоцементное отношение и, как правило, качество производимого раствора и бетона.
Известна тепловая система «Turbomatic» (Финляндия), принятая заявителем за прототип. Она включает в себя систему труб с большой площадью теплообмена, по которым циркулируют продукты сгорания жидкого или газообразного топлива с температурой в камере сгорания около 1000 град.С. После прохождения по системе труб и охлаждения вследствие теплообмена газы выводятся в атмосферу посредством выпускной трубы. Система труб теплообменника изолирована теплоизоляционными пакетами из минеральной ваты для уменьшения теплопотерь.
При размораживании, разогреве или нагреве инертных материалов в дымовые газы, покидающие камеру сгорания при температуре 1250 град.С, впрыскивают воду, чтобы понизить температуру до 250-300 град.С. Смесь газа и испаренной воды, т.е. «турбо-пар» вначале пропускают через парообразователь, чтобы полностью превратить воду в пар, а затем подают по распределительным трубам на бункеры инертных материалов. Кроме нагрева инертных материалов, «турбо-пар» поддерживает постоянный уровень влажности в бункерах.
Тепловая система «Turbomatic» может выполнять следующие функции в процессе производства раствора и бетона: размораживание, разогрев и поддержание температуры инертных заполнителей в приемных бункерах и складских силосах.
Также энергоустановка «Turbomatic» может обеспечивать горячей водой производственные процессы (например, вода для приготовления бетона), а также все хозяйственные нужды:
- отопление зданий и помещений бетоносмесительного завода;
- горячая вода для мытья автомиксеров;
- горячая вода для заправки баков автомиксеров;
- горячая вода для термообработки бетонных конструкций, например, для подогрева стендов при производстве многопустотной плиты или подогрев формы для блочных конструкций;
- отопление цехов на производстве бетонных конструкций;
- отопление офисов, цехов и т.п., подача горячей воды для хозяйственных нужд.
Однако установка «Turbomatic» представляет собой сложную стационарную систему с большим расходом производимой тепловой энергии.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание простой по конструкции и универсальной тепловой установки с широким диапазоном использования: например, получение теплоносителей для отопления помещений, и для технологических нужд, а также получение парогазовой смеси с возможным использованием в дальнейшем в устройствах подогрева инертных материалов.
Поставленная задача решается тем, что топка размещена внутри водогрейного бака и выполнена сквозной, на входе топки размещена топливная горелка и воздуходувка для подачи топливно-воздушной смеси в топку и разогрева воды в водогрейном баке, теплообменник размещен внутри водогрейного бака и выполнен в виде входного участка для подачи холодной воды и выходного участка для выхода горячей воды на технологические и хозяйственные нужды, на верхней поверхности водогрейного бака с одной стороны выполнен выходной трубопровод подачи отопления, а с другой стороны выполнен трубопровод подачи обратного отопления, а также установлен расширительный бак с сигнализатором уровня воды и переливным выходом, причем топка водогрейного бака соединена с паро-образователем, который снабжен форсункой для впрыска воды из водогрейного бака в парообразователь и создания парогазовой смеси, для подачи которой парообразователь снабжен устройством подачи и распределения парогазовой смеси.
Технический результат, достигаемый настоящей полезной моделью заключается в том, что создана компактная универсальная установка, используемая одновременно и для получения не расходуемой горячей воды с температурой до 95 град.С для отопления помещений и технологических установок, и для получения расходуемой горячей воды с температурой около 50 град.С для технологических целей, и для получения парогазовой смеси с температурой до 400 град.С и давлением 0,5-1,0 кг/кв.см для подогрева инертных материалов.
На чертеже изображена схема тепловой установки.
Тепловая установка содержит водогрейный бак 1, в нижней части которого размещена топка 2. Перед водогрейным баком 1, для подачи в нее топливной смеси, установлена топливная горелка 3 и воздуходувка 4. Топливо хранится в топливном баке 5 и подается в топливную горелку 3 посредством топливного насоса 6. На топливо-проводе от топливного бака 5 до топливной горелки 3 установлен топливный электроклапан 7.
Над топкой 2 внутри водогрейного бака 1 размещен теплообменник 8 и выполнен в виде входного участка 9 для подачи холодной воды и выходного участка 10 для выхода горячей воды на технологические нужды. На входе входного участка 9 теплообменника 8 установлен кран отсечной 11, а на его выходе установлен кран сливной 12 теплообменника 8. На входе выходного участка 10 теплообменника 8 установлен кран воздушный 13 теплообменника 8, а на его выходе установлен кран отсечной 14 теплообменника 8.
Теплообменник 8 соединен с трубопроводом 15 подачи холодной воды, а выходной участок 10 теплообменника 8 соединен с трубопроводом 16 подачи горячей воды на технологические цели. Трубопроводы 15 и 16 соединены между собой байпасным краном 17, который предназначен для переключения магистрали в теплое время года.
На верхней поверхности водогрейного бака 1 с одной стороны выполнен выходной трубопровод 18 подачи отопления, а с другой стороны выполнен трубопровод 19 подачи обратного отопления. Кроме того, тепловая установка снабжена расширительным баком 20 с сигнализатором уровня 21 и переливным уровнем 22. А также она снабжена последовательно установленным краном отсечным 23 подпитки водой и электроклапаном отсечным 24 подпитки водой.
Топка 2 водогрейного бака 1 соединена с парообразователем 25, который снабжен форсункой 26 для впрыска воды из водогрейного бака 1 в парообразователь 25 и создания парогазовой смеси, для подачи и распределения которой парообразователь 25 снабжен устройством 27 подачи и распределения парогазовой смеси и сливным краном 28 парообразователя 25.
На входе в парообразователь 25 перед форсункой 26 установлены последовательно кран отсечной 29 парообразователя 25 и насос 30 парообразователя 25.
Водогрейный бак 1 снабжен термодатчиком 31. А устройство 27 подачи и распределения парогазовой смеси парообразователя 25 снабжен термодатчиком 32 парогазовой смеси.
Выходной трубопровод 18 подачи отопления снабжен тэном 33 отопления, термодатчиком 34 отопления, насосом 35 отопления и краном 36 отопления прямым, а трубопровод 19 подачи обратного отопления снабжен краном 37 отопления обратным.
Установка снабжена шкафами управления: силовым 38, управления горелкой 39, управления тэном 40
Устройство 27 подачи и распределения парогазовой смеси выполнено с возможностью подачи парогазовой смеси на устройство 41 для осуществления подогрева инертных материалов, используемых в установках приготовления растворобетонных смесей.
Тепловая установка работает следующим образом.
Посредством воздуходувки 4 нагнетают воздух в топливную горелку 3 и одновременно топливо из топливного бака 5 с помощью топливного насоса 6 через топливный электроклапан 7 подают в топливную горелку 3. Из шкафа управления горелкой 39 подают команду на формирование сигнала поджига и пламя с продуктами сгорания поступает в топку 2, расположенную внутри водогрейного бака 1. За счет сгорания топлива в топке 2 происходит нагрев воды в водогрейном баке 1. Подпитку холодной водой водогрейного бака 1 производят через кран отсечной 23 и электроклапан отсечной 24. Температуру воды в водогрейном баке 1 поддерживают посредством установленного термодатчика 31, который включен в систему шкафа управления горелкой 39. А контроль расхода воды в водогрейном баке 1 осуществляют посредством датчиков уровня 21, установленных в расширительном баке 20 системы отопления, в котором предусмотрен также переливной выход 22.
Тепловая установка работает без водоподготовки - подпиточную воду в водогрейный бак 1 подают из водопровода. Нагретая в водогрейном баке 1 вода по трубопроводу 18 подачи отопления циркулирует в системе отопления с помощью насоса 35. Обратная магистраль отопления посредством трубопровода 19 подведена к водогрейному баку 1 с другой стороны. Для поддержания необходимой температуры воды в магистрали отопления, при выключенной топливной горелке 3 в трубопровод 18 подачи отопления встроен тэн 33 с термодатчиком 34, от которого подается сигнал включения-отключения тэна 33 в шкаф управления тэном 40.
В теплообменнике 8, встроенном в водогрейный бак 1, разогревают холодную воду, поступающую из трубопровода 15 подачи холодной воды через кран отсечной 11 и подают выходящую из теплообменника 8 уже разогретую воду через кран отсечной 14 в трубопровод 16 подачи горячей воды на технологические и хозяйственные цели. А байпасный кран 17 в открытом положении соединяет «напрямую» подачу холодной воды из трубопровода 15 подачи холодной воды в трубопровод 16 подачи горячей воды. При этом теплообменник 8 работает в прежнем режиме, но выходящая из него вода имеет меньшую температуру, а смешиваясь с водой, проходящей напрямую через байпасный кран 17, еще более охлаждается и поступает в трубопровод 16, направляясь на использование в технологических нуждах. Такое использование технологической воды планируется в теплое время года.
Для обслуживания теплообменника 8 в магистраль теплообменника 8 встроены воздушный 13 и сливной 12 краны.
Одновременно со сжиганием топливно-воздушной смеси в топке 2, идет подача продуктов сгорания топливно-воздушной смеси, в виде высокотемпературной воздушно-газовой смеси, в парообразователь 25, осуществляется нагрев воды в водогрейном баке 1, разогрев холодной воды в теплообменнике 8 и циркуляция воды в системе отопления.
В парообразователь 25 с уже находящейся в нем высокотемпературной воздушногазовой смесью, продуктов сгорания топливно-воздушной смеси, дозированно поступает вода через кран отсечной 29, насос 30 и форсунку 26, распыляющую воду в продукты сгорания, которая испаряясь, снижает температуру парогазовой смеси до 300-350 град.С. Необходимая температура парогазовой смеси достигается подачей через водяную форсунку 26 определенного количества горячей воды, которое контролируется термодатчиком 32. Расход воды обеспечивается определенным давлением воды перед форсункой 26. Давление воды поддерживается регулятором, встроенным в форсунку 26. Параметры настройки регулятора давления воды можно менять в широких пределах.
Таким образом получена в парообразователе 25 парогазовая смесь с определенной температурой и давлением, которая из парообразователя 25 поступает в устройство 27 подачи и распределения парогазовой смеси. Устройство 27 подачи и распределения парогазовой смеси выполнено таким образом, что оно имеет возможность направлять полученную парогазовую смесь в устройство 41 на подогрев инертных материалов, используемых в установках приготовления растворобетонных смесей.
При необходимости проведения технологического обслуживания и ремонта установки в водогрейном баке 1 и парообразователе 25 предусмотрены и используют сливные краны 28, а также сливной кран 12 и воздушный кран 13 теплообменника 8.
Использование предлагаемого технического решения позволило создать простую по конструкции универсальную тепловую установку с широким диапазоном использования, а именно, получение теплоносителей для отопления помещений и для технологических нужд, а также получение парогазовой смеси с возможным использованием в дальнейшем в устройствах подогрева инертных материалов.
Такой способ нагрева инертных материалов имеет ряд заметных технологических преимуществ по сравнению с традиционным способом нагрева. Парогазовая смесь эффективно устраняет ледяные включения в мерзлом материале, не только размораживая его, но и устраняя излишки влаги из него, созданные после размораживания. Как правило такие системы являются автономными, работающими на различных видах топлива (газ, мазут, дизтопливо). Такие системы более экономичны. Во-первых, потому, что при автономном отоплении исключаются потери тепла в сетях теплоцентралей из-за их отсутствия. Во-вторых, скорость прогрева заполнителей в 16 раз превышает скорость прогрева в традиционных статических системах. В-третьих, система работает периодически, и при достижении заданного режима эффективного обогрева автоматически отключается, экономя топливо.
В парогазовой смеси содержится примерно в 7 раз больше энергии, чем в таком же количестве воздуха, который также подается в бункеры, она не изменяет влажности инертных материалов.
Причем только 30% энергии сжигаемого топлива расходуется на нагрев воды, а остальная энергия сжигаемого топлива в виде парогазовой смеси с температурой около 1100 град.С поступает в парообразователь.
Отсюда основными преимуществами заявленной тепловой установки являются:
- компактность, простота эксплуатации;
- относительная экологическая чистота, отсутствие котлов высокого давления, экономичность;
- обогрев заполнителей горячим воздухом исключает их переувлажнение, чего не избежать при обогреве паром;
- автоматический режим эксплуатации без участия оператора.