СИСТЕМА ВОДОПОДОГРЕВА АВТОНОМНОЙ КОГЕНЕРАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ

Решение относится к области теплоэнергетики (утилизации теплоты уходящих газов двигателей внутреннего сгорания, котлов и печей), предназначено для подогрева воды.
При работе когенерационной установки, например, на основе газопоршневого агрегата ДГ98М, уходящие газы после утилизационного котла, имеющие температуру порядка 180°С (дальнейшее понижение температуры приводит к существенному росту массогабаритных показателей установки), поступают через газоход в дымовую трубу.
Известные теплофикационные водоподогреватели (экономайзеры) имеют конструкцию из ребристых труб или змеевиков и располагаются перед дымовой трубой, увеличивая массогабаритные показатели мини-ТЭЦ. // Справочник эксплуатационника газифицированных котельных / А.Я.Порецкий, P.P.Рыбаков, Е.Б.Столпнер и др. - Л.: Недра, 1988, стр.231. При этом тепловая энергия нагретых стенок стальной дымовой трубы не используется, а при высокой степени утилизации в них теплоты, когда температура уходящих газов в верхней части трубы становится меньше температуры точки росы, при низких значениях температуры окружающей среды имеет место замерзание выделяющегося водяного конденсата, образование ледяного нароста, и, как следствие, уменьшение проходного сечения.
В качестве прототипа принята система водоподогрева автономной когенерационной установки (см. пат. РФ на полезную модель №57426, F22B 33/18, опуб. 10.10.2006).
Система водоподогрева автономной когенерационной установки включает низкотемпературный теплообменник для утилизации теплоты отходящих газов от высокотемпературного котла-утилизатора с патрубками подвода и отвода нагреваемой воды в водосборник и газопроводом подвода греющего потока от котла-утилизатора к дымовой трубе, в которой теплообменник выполнен в виде трубки, заглушенной в верхней части и установленной вдоль оси дымовой трубы, с распыливающими отверстиями по ее высоте, расположенными кольцеобразно, равномерно по окружности и в шахматном порядке в соседних рядах, подвод нагреваемой воды к трубе осуществлен снизу, а водоотводящий патрубок к водосборнику выполнен в основании дымовой трубы.
Недостаток этой системы в том, что теплообменник является контактным, т.е. с непосредственным контактом горячих отходящих газов и нагреваемой воды. При этом имеют место загрязнение воды, что нежелательно, и коррозия оборудования. Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.
Решаемая задача - повышение экологичности системы и повышение ресурса оборудования.
Технический результат - исключение загрязнения воды и снижение коррозии оборудования.
Этот технический результат достигается тем, что в системе водоподогрева автономной когенерационной установки, включающей низкотемпературный теплообменник для утилизации тепла отходящих газов от высокотемпературного котла-утилизатора с патрубками подвода и отвода нагреваемой воды и газопроводом подвода греющего потока от котла-утилизатора к дымовой трубе, низкотемпературный теплообменник выполнен в виде расположенной выше газопровода подвода греющего потока герметичной камеры, образованной наружной стенкой дымовой трубы и соосно ей установленным теплоизолированным кожухом, состоящим из обечайки с верхней и нижней крышками, и установленного в верхней части камеры подающего перфорированного трубчатого водяного коллектора, соединенного с патрубком подвода воды, коллектор с распыливающими воду в направлении дымовой трубы отверстиями выполнен в виде кольца, установленного соосно дымовой трубе вплотную к стенкам обечайки кожуха, при этом оси распыливающих отверстий перпендикулярны стенке дымовой трубы и располагаются равномерно по окружности, отводящий патрубок установлен в нижней крышке кожуха.
Камера играет роль низкотемпературного водогрейного котла-утилизатора. Подача нагреваемой воды в герметичную камеру исключает прямой контакт с отходящими дымовыми газами, а следовательно, ее загрязнение. Установка подающего коллектора в верхней части позволяет нагреваемой воде истекать из отверстий на поверхность дымовой трубы и стекать по всей ее высоте, эффективно отбирая тепло дымовых газов.
Предлагаемая система водоподогрева приведена на чертеже: на фиг.1 - общий вид в разрезе, на фиг.2 - фрагмент разреза А-А. Система водоподогрева включает теплообменник 1 для утилизации тепла отходящих газов от высокотемпературного котла-утилизатора (например, парового). Низкотемпературный теплообменник 1 выполнен в виде герметичной камеры, расположенной выше газопровода 2 подвода греющего потока от высокотемпературного котла-утилизатора к дымовой трубе 3. Камера имеет теплоизолированный (например, пенополиуретаном) кожух 4, состоящий из стальной обечайки 5, установленной соосно дымовой трубе, с верхней 6 и нижней 7 кольцевыми крышками, приваренными к дымовой трубе и обечайке кожуха. Теплообменник 1 снабжен патрубком 8 подвода нагреваемой воды, который расположен в верхней части камеры перпендикулярно ее стенкам, и патрубком отвода 9, расположенным в нижней
части камеры перпендикулярно крышке 7, от которого нагретая вода направляется в емкость хранения. Кольцевой трубчатый перфорированный коллектор 10 установлен в верхней части герметичной камеры вплотную к кожуху 5 на четырех кронштейнах 11, приваренных к кожуху через 90° по окружности. В коллекторе 10 равномерно по окружности перпендикулярно и в направлении дымовой трубы 3 выполнены распыливающие отверстия 12.
Диаметр кожуха камеры Ду 600 (внутренний), диаметр дымовой трубы Ду 400 (высота приблизительно 15 м), диаметр подводящего газопровода Ду 300, диаметры патрубков подвода и отвода нагреваемой воды соответственно Ду 32 и Ду 70.
Система водоподогрева работает следующим образом. Нагреваемую воду по патрубку 8 под избыточным давлением приблизительно 0,2 МПа подают в кольцевой трубчатый перфорированный коллектор 10 (Ду 50) теплообменника 1.
Вода распыливается через отверстия 12 (диаметром по 2,5 мм в количестве 200 шт.), образуя водяные струи 13 до поверхности дымовой трубы 3 (Ду 400), где она образует водяную пленку 14, толщиной около 1 мм, стекающую вниз и при этом нагревающуюся.
3
Температура отходящих газов на входе в дымовую трубу составляет приблизительно 180°С, на выходе 110°С, температура нагретой воды 70°С, воды на входе в теплообменник 60°С, расход воды приблизительно 9 м/ч.
Описана система водоподогрева автономной когенерационной установки на основе газопоршневого агрегата ДГ98М.