СИСТЕМА УТИЛИЗАЦИИ ПАРА

Полезная модель относится к теплоэнергетике и может быть использована в системе сжигания осадка сточных вод или на мусоросжигательных заводах и других предприятиях для теплоснабжения автономных групп потребителей тепла.
Одной из важных проблем в теплоэнергетике является утилизация тепла, связанная с работой заводов по сжиганию осадка сточных вод, мусоросжигательных заводов, атомных энергетических установок, теплоэнергетических, парогазовых и газотурбинных установок, теплоэлектроцентралей и др.
Существует система утилизации тепла для обогрева военных и гражданских объектов при сжигании ядерного топлива подводными лодками, находящимися в компании или при выводе их из эксплуатации (патент РФ №2268512).
Система содержит дроссельные устройства, секции рекуперативного теплообменника, насос или насос с винтом регулируемого шага, дистанционно управляемую арматуру, комплект датчиков и сигнализаторов, систему автоматического регулирования, дроссельные устройства, установленные на вход секции теплообменника и систему автоматического регулирования с предохранительными клапанами обеспечивающую заданное давление пара и давления сетевой воды.
Существует система теплоснабжения потребителей тепла при производстве электроэнергии, которая предусматривает нагревание сетевой воды путем утилизации тепла отработанного пара турбин и тепла получающегося при сжигании мусора (патент РФ №2252322).
Эта система теплоснабжения включает теплофикационные и конденсационные турбины, системы охлаждения их отработавшего пара, теплонасосные установки, пиковые нагреватели и тепловые сети, которые объединены общим контуром сетевой воды так, что общий поток обратной сетевой воды делится на параллельные потоки, каждый из которых служит источником низкопотенциальной теплоты для теплонасосных станций, так что каждая из параллельно включенных по ходу сетевой воды теплонасосных установок теплонасосных станций обеспечивает одно и тоже охлаждение воды, чем обеспечивается идентичность конструкций и термодинамических циклов теплонасосных установок, включающих две изобары (подвода и отвода теплоты) и две политропы (сжатия рабочего тепла в компрессоре и расширение в турбине). Дополнительно к утилизации теплоты отработавшего пара турбин для нагрева сетевой воды используется теплота сжигания мусора в двух вариантах: для выведения за пределы обслуживаемого города ТЭЦ мусоросжигательный завод нагревает воду после ТЭЦ, что позволяет увеличить выработку электроэнергии ее турбинами, а при размещении ТЭЦ в городе - после конденсационных турбин,
что позволяет увеличить выработку электроэнергии последними.
Недостатками приведенных выше систем теплоснабжения являются низкая эффективность утилизации тепла и соответственно теплоснабжение потребителей тепла в следующих случаях:
- Изменения условий эксплуатации источника пара, подлежащего утилизации, например, при выводе из эксплуатации в ремонт ядерной энергетической установки подводной лодки, печи мусоросжигательного завода или паровой турбины;
- Необходимости обеспечения теплом нескольких групп автономных потребителей тепла, например, отдельных населенных пунктов и крупных промышленных прндприятий;
- Необходимости обеспечения теплом на заданном уровне в случае изменения внешних условий, например, колебаний температуры окружающей среды, тепловой нагрузки и др.
Кроме того, не обеспечивается утилизация котельной воды после обработки пара в теплообменнике.
Наиболее близким по техническим решениям, принятым за прототип, является «Система утилизации пара» представленная в свидетельстве на полезную модель (свидетельство РФ №30961).
Эта система содержит теплообменники и проходящие через них регулируемые линии пара с отводом конденсата, линии сетевой воды, а также
исполнительные механизмы и датчики, включенные в линии.
В систему утилизации пара введены линия технической воды и регулируемая линия подпиточной воды, а теплообменники выполнены пластинчатыми и имеют отличную друг от друга производительность, причем линия технической воды подключена параллельно линии сетевой воды с возможностью подключения к теплообменнику той или иной линии в любой конфигурации, а регулируемая линия подпиточной воды подключена ко входу линии сетевой воды и снабжена исполнительными механизмами и датчиками, при этом линия отвода конденсата подсоединена к теплообменникам с возможностью совместного и/или раздельного ее включения на тот или иной теплообменник.
В этой системе пар, вырабатываемый в котлах - утилизаторах при сжигании осадка сточных вод, утилизируется, поступая в теплообменники и нагревая сетевую воду для автономной группы потребителей тепла предназначенного для обогрева помещений и оборудования завода, цехов и служебных помещений предприятия. Однако, этот пар утилизируется только на 50%, а остальная часть пара выбрасывается в атмосферу, т.к. этой автономной группе потребителей больше тепла не требуется, а давление пара в паровой магистрали не должно превышать номинального значения.
Недостатками существующей системы утилизации пара являются следующие:
- Низкий уровень объема утилизации пара и соответственно его безвозвратные потери;
- Отсутствие возможности подачи заданных объемов пара разным автономным группам потребителей тепла в зависимости от изменения температуры окружающей среды, потребностях в тепле и выводе из строя котлов-утилизаторов для ремонта.
В то же время имеется вторая группа автономных потребителей тепла. Эта группа получает тепло от паровых котлов и этого тепла недостаточно, его стоимость высока, а надежность поступления тепла является низкой, что обусловлено отсутствием резервирования в заданных объемах при выходе из строя или ремонте паровых котлов.
Указанные недостатки устраняются в предлагаемом техническом решении.
Задачей настоящей полезной модели является создание системы, обеспечивающей наиболее полную утилизацию пара, получаемого в котлах-утилизаторах в процессе сжигания осадка сточных вод, с последующим преобразованием пара для теплоснабжения автономных групп потребителей.
Поставленная задача решается тем, что дополнительно введены блок паровых котлов, соединенных параллельно, второй блок теплообменников и вторая автономная группа потребителей тепла, причем блоки котлов-утилизаторов и паровых котлов функционально объединены, снабжены общим паровым коллектором, соединены линиями пара между собой, с
возможностью последовательного включения и отключения котлов, и с первым и вторым блоками теплообменников, подключенных с помощью линий сетевой воды к первой и второй автономным группам потребителей тепла, при этом узел водоподготовки снабжен баками - накопителями, связан с блоками котлов - утилизаторов и паровых котлов, а также линиями отвода конденсата с первым и вторым блоками теплообменников.
Отличительными признаками заявленного изобретения являются следующие:
- Дополнительно введен второй блок теплообменников и вторая группа автономных потребителей тепла.
Введение второго блока теплообменников и второй группы автономных потребителей тепла обусловлено необходимостью более полной утилизации излишков пара от котлов-утилизаторов.
- Дополнительно введен блок паровых котлов, соединенных параллельно.
Введение блока паровых котлов обеспечивает повышение качества и надежности теплоснабжения первой и второй группы автономных потребителей тепла при выходе из строя или выводе в ремонт линии сжигания осадка сточных вод с котлами-утилизаторами пара и изменении тепловой нагрузки потребителей.
- Блок котлов-утилизаторов и паровых котлов снабжены общим паровым коллектором. Такое
соединение котлов позволяет с помощью пускорегулирующей аппаратуры уравнять давление пара, вырабатываемого котлами, избежать неравномерность распространения давлений и повысить надежность работы системы утилизации пара.
Кроме того падение давления в общем коллекторе пара, например, при выводе из строя одного или нескольких котлов-утилизаторов компенсируется паром от одного или нескольких паровых котлов горячего резерва.
- Функциональное объединение блока котлов-утилизаторов и блока паровых котлов в единый энергетический комплекс для автономных групп потребителей тепла.
Блоки котлов-утилизаторов и паровых котлов соединены линиями пара между собой, с возможностью последовательного включения и отключения котлов, и с первым и вторым блоками теплообменников, подключенных с помощью линий сетевой воды к первой и второй автономным группам потребителей тепла.
Предложенные соединения котлов, теплообменников и автономных групп потребителей тепла позволяет обеспечить надежную работу системы утилизации.
Такая работа предусматривает теплоснабжение потребителей от пара котлов-утилизаторов. При изменении условий эксплуатации: пониженные температуры окружающей среды, увеличении потребности и в
тепле, вывод из строя котлов-утилизаторов и др. производится последовательный ввод в эксплуатацию одного, двух или трех паровых котлов, находящихся в горячем резерве. В результате потребители получает тепло стабильного качества.
- Узел водоподготовки снабжен баками-накопителями, связан с блоками котлов-утилизаторов и паровых котлов, а также линиями отвода конденсата с первым и вторым блоками теплообменников.
Такие соединения позволяют возвращать конденсат из теплообменников в котлы утилизаторы и паровые котлы, что обеспечивает экономию расхода химреактивов и снижение затрат на водоподготовку.
По сведениям, имеющимся у авторов, приведенные отличительные признаки являются новыми и в технической литературе не представлены. Совместное их применение в заявленной конструкции позволяет получить требуемый положительный технический результат.
Техническим результатом является повышение надежности и качества теплоснабжения автономных групп потребителей.
Технический результат обеспечивается путем:
- Введения блока паровых котлов, соединенных параллельно для горячего резерва в системе утилизации пара;
- Функционального объединения блоков котлов-утилизаторов и паровых котлов в системе теплоснабжения автономных групп
потребителей тепла от котлов-утилизаторов, а при увеличении тепловой нагрузки и от паровых котлов горячего резерва, создавая условия для надежного и бесперебойного теплоснабжения;
- Введение общего парового коллектора для блоков котлов-утилизаторов и паровых котлов, выравнивающего уровень давления между блоками и повышающего тем самым надежность работы системы утилизации пара.
Полезная модель иллюстрируется схемой представленной на фиг.1.
Как показано на фиг.1 система включает следующие основные элементы:
Завод сжигания осадка сточных вод 1, на котором установлены котлы-утилизаторы пара 2. Котлы-утилизаторы пара 2 связаны общим паровым коллектором 3 с блоками 4 и 5 теплообменников, а линией котельной воды 6 с баком-накопителем 7.
В систему введен блок паровых котлов 8, который с помощью линий пара 9 соединен с общим паровым коллектором 3 и с блоками 4 и 5 теплообменников №1 и №2, ас помощью линии котельной воды 6 - с баками-накопителями 7.
Блоки 4 и 5 теплообменников связаны с автономными группами потребителей тепла 10 и 11 линиями сетевой воды 12, а линиями обратной воды 13 автономные группы потребителей тепла 10 и 11 связаны с блоками 4 и 5 теплообменников, соединенных линиями отвода конденсата 14 с баками-накопителями 7, подключенными к узлу
водоподготовки 15, связанному с магистральной водопроводной водой 16.
Система утилизации пара работает следующим образом.
На заводе 1 при сжигании осадка сточных вод образуются горячие газы, которые утилизируются, попадая в блок котлов-утилизаторов 2, соединенных параллельно. В котлах-утилизаторах 2 образуется пар. Пар поступает в общий паровой коллектор 3 и затем в блоки теплообменников 4 и 5, в которых нагревается сетевая вода 12. Сетевая вода 12 направляется в автономные группы потребителей тепла 10 и 11, а затем в виде оборотной воды 13 возвращается в блоки теплообменников 4 и 5.
Блок паровых котлов 8, соединенных параллельно, подключен к общему паровому коллектору 3 и функционально связан с блоком котлов-утилизаторов 2. Котлы-утилизаторы 2 обеспечивают теплом автономные группы потребителей тепла 10 и 11. При выводе из строя, например, в ремонт одного или нескольких котлов-утилизаторов 2 или при повышении потребностей в тепле автономных групп потребителей 10 и 11 с помощью пускорегулирующей аппаратуры подключается один или несколько паровых котлов, входящих в блок паровых котлов 8.
Водопроводная вода после обработки в блоке химводоподготовки 15 поступает в баки-накопители 7, а затем в блок котлов-утилизаторов 2, в блок паровых котлов 8 и
превращается в пар, поступающий в линию пара 9, после конденсации пара в блоках теплообменников 4 и 5 конденсат поступает в линии отвода конденсата 14 и блоки-накопители 7, а затем в блок паровых котлов 8.
Полезная модель позволяет использовать в полном объеме энергию пара, получаемого в котлах-утилизаторах при сжигании осадка сточных вод, а в сочетании с паровыми котлами и баками-накопителями добиться экономии топлива, котельной воды, химреактивов, снизить затраты на водоподготовку и повысить надежность работы системы теплоснабжения автономных групп потребителей тепла на всех режимах эксплуатации завода по сжиганию осадка сточных вод.
Заявленное техническое решение может быть реализовано в системе сжигания осадка сточных вод при использовании доступных материалов и агрегатов.