Теплоутилизатор дымовых газов для субарктического географического пояса

Полезная модель относится к промышленной теплоэнергетике и может быть использована в котельных ТЭЦ, работающих в районах Крайнего Севера и Дальнего Востока.
Известен теплоутилизатор (RU №2555919, Кл. F22B 1/18, 2015 г.), содержащий газоходы, дымосос, утилизационный поверхностный теплообменник - калорифер, конденсатосборник, трубопроводы, обводной канал горячих дымовых газов и дымовую трубу перед которой размещен изолированный резервуар с проточной водой, имеющий с двух торцов рубашки, разделенные горизонтальными полками на секции. Внутри резервуара расположены горизонтальные параллельные ряды труб, изолированные от резервуара, соединяющие объемы рубашек, состоящие из отдельных пучков труб, в которых дымовые газы перемещаются в одном направлении. Пучки труб чередуются между собой большими объемами секций рубашек, изменяющих направление движения дымовых газов в соседних пучках. Последовательно верхняя часть секции одной рубашки соединена пучком труб с нижней частью секции второй рубашки, а верхняя часть этой секции соединена пучком труб с нижней частью следующей секции первой рубашки, образуя, таким образом, змеевик, в котором пучки труб, находящиеся в объеме резервуара, периодически чередуются с большим объемом секций рубашек. Пучки труб и секции рубашек образуют непрерывный змеевик переменного сечения для перемещения дымовых газов навстречу проточной воде, поступающей в верхнюю часть вертикального корпуса и удаляемой через нижнюю часть корпуса.
Утилизация теплоты парообразования влаги топлива осуществляется в теплоутилизаторе за счет теплообмена между горячими дымовыми газами и охлаждающей средой - водопроводной водой, в основном при охлаждении газов ниже точки росы.
Поступают горячие дымовые газы в нижнюю часть теплоутилизатора, перемещаются от одной рубашки к другой и возвращаются обратно к первой и так далее. Дымовые газы постепенно охлаждаются и нагревают воду, заполняющую резервуар. Остывшие дымовые газы удаляются из теплоутилизатора в верхней части корпуса.
Процесс утилизации теплоты дымовых газов в теплоутилизаторе основан на глубоком охлаждении газов ниже точки росы водяных паров.
Охлаждение дымовых газов происходит тем эффективнее, чем больше градиент температур газов и охлаждающей среды. В известном теплоутилизаторе охлаждающей средой является водопроводная вода с нормативной температурой 8°С.
Проблемой известного теплоутилизатора является в затруднительном его использовании в районах с холодным климатом, например, на Крайнем Севере или Дальнем Востоке, т.к. при низких температурах окружающей среды вода замерзает до поступления ее в корпус резервуара, а также интенсивность теплообмена при использовании воды в условиях с холодным климатом невысокая. Кроме того, из-за больших габаритов устройства его затруднительно устанавливать, подвергать ремонту и профилактическим работам.
Проблемой полезной модели является разработка устройства теплоутилизатора дымовых газов, работающих в районах Крайнего Севера и Дальнего Востока.
Техническим результатом полезной модели является повышение интенсивности процесса теплообмена.
Решение указанной проблемы достигается тем, что теплоутилизатор дымовых газов для субарктического географического пояса, согласно полезной модели характеризуется наличием горизонтально расположенного корпуса, с рубашками, размещенными с торцов, разделенными перегородками на секции, соединенными между собой горизонтальными рядами труб с перемещающимися по ним горячими дымовыми газами, дымососом, расположенным перед патрубком ввода дымовых газов в корпус, патрубком вывода дымовых газов, и патрубками ввода и вывода охлаждающей среды, при этом на боковой стенке корпуса дополнительно установлен промежуточный затвор-питатель дымовых газов, а перед патрубком ввода охлаждающей среды установлен вентилятор для подачи наружного воздуха в корпус в качестве охлаждающей среды.
Расположение корпуса теплоутилизатора горизонтально необходимо при использовании в качестве охлаждающей среды холодного наружного воздуха, т.к. если корпус будет расположен вертикально, нагретый воздух будет подниматься вверх и организовать его удаление в нижней части корпуса из зоны ввода горячих дымовых газов - невозможно.
Использование в качестве охлаждающей среды наружного воздуха создает условия интенсификации процесса теплообмена между горячими дымовыми газами и охлаждающей средой - наружным воздухом. При расположении ТЭЦ в районах с резко континентальным климатом (Крайний Север и Дальний Восток) в зимний период эффективность утилизации теплоты возрастает в связи с увеличением градиента температур дымовых газов и охлаждающей средой - холодным воздухом. Поэтому охлаждение дымовых газов происходит интенсивнее и остывшие газы можно удалять в средней части теплоутилизатора, а во второй, неиспользуемой части корпуса утилизатора, можно осуществлять необходимые ремонтные и профилактические работы.
При использовании в качестве охлаждающей среды воздуха имеется возможность интенсифицировать процесс теплообмена между дымовыми газами и воздухом за счет увеличения его скорости. Подачу воздуха осуществляет вентилятор, установленный перед патрубком ввода охлаждающей среды. Прошедший через корпус воздух нагревается от дымовых газов и его можно направлять в камеру сжигания топки.
Использование в теплоутилизаторе двух затворов-питателей обеспечивает возможность включение одного и отключение второго при понижении температуры наружного воздуха до величины средней для зимнего периода и выключения его при повышении температуры от минимального до среднего отрицательного значения, в том районе, где работает теплоутилизатор.
Техническая сущность полезной модели поясняется чертежами: где на фиг. 1 представлена конструкция теплоутилизатора; на фиг. 2 - схема движения дымовых газов.
Теплоутилизатор дымовых газов содержит корпус 1, расположенный горизонтально с рубашками 2 и 3, образующими в средней части корпуса 1 изолированный от них резервуар 4.
Рубашки 2 и 3 разделены вертикальными перегородками 5 на секции. Рубашка 2 включает две крайние одинарные секции 6 с размером h, а рубашка 3 разделена на двойные секции 7 с размером 2h. Рубашки 2 и 3 соединены между собой горизонтальными рядами труб 8, образующими пучки, с перемещающимися по ним в одном направлении горячими дымовыми газами, поступающими в корпус 1 через затвор-питатель 9 и выходящими через затвор-питатель 10 в дымовую трубу (на фиг. не показано). Перед затвором-питателем 9 расположен дымосос 11 для нагнетания и прокачки дымовых газов через трубы 8. В качестве охлаждающей среды используют наружный воздух, который поступает в резервуар 4 корпуса 1 с помощью вентилятора 12. Нагретый воздух выходит из корпуса 1 в систему воздухоподогревателя. Затвор-питатель 10 соединен через трубы 8 и двойные секции 7 рубашки 2 с промежуточным затвором-питателем 13, расположенным на боковой стенке корпуса 1 для его включения при понижении температуры наружного воздуха до величины средней для зимнего периода и выключения его при повышении температуры от минимального до среднего отрицательного значения.
Теплоутилизатор работает следующим образом.
Горячие дымовые газы с температурой 150-160°С, поступают через затвор-питатель 9 с помощью дымососа 11 в одинарную секцию 6 рубашки 2 и далее по трубам 8 в двойную секцию рубашки 3. Здесь поток дымовых газов разворачивается, и по трубам 8 направляется в двойную секцию 7 рубашки 2, разворачивается и т.д. Дымовые газы через стенки труб 8 при соприкосновении с холодным воздухом, поступающим с помощью вентилятора 12, охлаждаются и постепенно передают всю тепловую энергию парообразования влаги топлива, содержащуюся в них, через металлическую стенку труб 8 охлаждающей среде (воздуху), который нагревается и после выхода из корпуса 1 поступает в систему воздухоподогревателя.
Наружный воздух, поступающий в корпус 1 с помощью вентилятора 12, не контактирует с дымовыми газами, поэтому может без дополнительной обработки использоваться в топке для сжигания топлива. Трубы 8 находятся непосредственно в объеме охлаждающей среды, поэтому происходит глубокое охлаждение дымовых газов до температуры от +40 до 45°С.
В летний период времени градиент температур между дымовыми газами и охлаждающей средой небольшой, теплообмен затруднен, поэтому для охлаждения дымовых газов до конечной температуры используется весь объем теплоутилизатора при закрытом промежуточном затворе-питателе 13. Остывшие дымовые газы через затвор-питатель 10 поступают в дымовую трубу.
В зимний период теплообмен между горячими дымовыми газами и охлаждающей средой - наружным воздухом облегчается из-за большего градиента температур. Поэтому охлаждение дымовых газов до конечной температуры происходит быстрее, и газы удаляются в дымовую трубу через промежуточный затвор-питатель 13 при закрытом затворе-питателе 10.
В неиспользуемой части теплоутилизатора могут осуществляться профилактические и ремонтные работы.
В работающем теплоутилизаторе при снижении температуры дымовых газов до 130-140°С происходит конденсация всех паров серной и сернистой кислот, которые удаляются через трубы 14 в конденсатосборник кислот (на фиг. не показано). Конструкция теплоутилизатора обеспечивает конденсацию кислот и удаление конденсата через конденсатосборник кислот в промышленную канализацию. Трубы 8 первых секций, где происходит конденсация серной и сернистой кислот, необходимо изготавливать из антикоррозийного материала или с внутренним антикоррозийным покрытием.
Конденсация кислот обусловлена снижением температуры дымовых газов ниже точки росы серной и сернистой кислот. Выделение конденсата кислот из потока дымовых газов связано со снижением скорости газов в больших объемах секций рубашек 2 и 3 по сравнению с объемами труб 8 и увеличением плотности конденсата по сравнению с плотностью в газообразном состоянии, а также многократным изменением направления движения газа.
В настоящее время конструкция теплоутилизатора дымовых газов для районов Крайнего Севера и Дальнего Востока находится на стадии технического предложения.