RU2036378C1

RU2036378C1 - Method of heating water

Info

Publication number: RU2036378C1
Application number: RU93057097A
Authority: RU
Inventors: В.Б. Федоров; Г.Ф. Балюк
Original assignee: Государственно-кооперативный институт "Мособлинжпроект"; Федоров Владимир Борисович; Балюк Григорий Федорович
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-05-27

Abstract

FIELD: boiler plants. SUBSTANCE: water is preheated at constant excessive pressure equal to hydrostatic pressure to temperature exceeding boiling point at barometric pressure followed by expansion at barometric pressure; heat obtained due to expansion of water of flash steam is used for preheating part of initial water which is constant relative to total flow of water being heated at any change in it; amount of heat supplied to water is adjusted through maintaining constant temperature drop of part of water fed for heating at recovery of heat of steam flash. EFFECT: enhanced efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к технике нагрева воды, и может быть использовано в котельных установках при нагреве воды до соответствующей барометрическому давлению температуры кипения с одновременной ее дегазацией. The invention relates to a power system, in particular to a technique for heating water, and can be used in boiler plants when heating water to the corresponding barometric pressure of the boiling temperature while simultaneously degassing it.

Известен и широко применяется, в частности, при автономном теплоснабжении способ нагрева воды, при котором исходную воду нагревают в водонагревательном устройстве (котле) при подводе тепла извне, нагретую воду подают в расширительный бак, откуда затем направляют ее потребителю. Known and widely used, in particular, with autonomous heat supply, a method of heating water, in which the source water is heated in a water heating device (boiler) when supplying heat from the outside, heated water is supplied to the expansion tank, from where it is then sent to the consumer.

Чем ближе температура воды в расширительном баке к температуре кипения при данном атмосферном (барометрическом) давлении, тем полнее идет процесс дегазации воды. The closer the water temperature in the expansion tank to the boiling point at a given atmospheric (barometric) pressure, the more complete the process of water degassing.

Однако указанный способ использовать невыгодно при нагреве воды до температуры кипения, поскольку образующийся при этом пар является прямыми тепловыми потерями процесса, а нарушение режима может привести к бурному парообразованию и росту давления воды в водонагревателе. Поэтому температуру нагрева воды при использовании описанного способа поддерживают на уровне 95^оС, что недостаточно для полной дегазации воды при атмосферном (барометрическом) давлении.However, this method is disadvantageous to use when heating water to a boiling point, since the steam generated in this case is a direct thermal loss of the process, and violation of the regime can lead to rapid vaporization and an increase in water pressure in the water heater. Therefore, the temperature of hot water when using the described method is kept at 95 ° ^C, which is insufficient for complete outgassing of water at atmospheric (barometric) pressure.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ нагрева воды с одновременной ее дегазацией до соответствующей барометрическому давлению температуры кипения путем подогрева воды при давлении выше барометрического до температуры, превышающей температуру кипения при барометрическом давлении, с последующим расширением при барометрическом давлении и утилизацией теплоты образовавшегося при расширении воды выпара. The closest to the invention in technical essence and the achieved result is a method of heating water while degassing it to the corresponding barometric pressure of the boiling point by heating the water at a pressure above barometric pressure to a temperature exceeding the boiling point at barometric pressure, followed by expansion at barometric pressure and heat recovery the vapor formed during the expansion of water.

Указанный способ имеет недостатки, вызванные отсутствием механизма регулирования количества подводимого воде тепла, так как в котле, непосредственно сообщенном с атмосферой, давление всегда равно барометрическому, а при наличии гидростатического столба к барометрическому давлению добавляется гидростатическое, и при этом возможный перерасход подводимого тепла по достижении температуры кипения не сопровождается дальнейшим повышением температуры нагрева воды, а приводит к увеличению выпара, величина которого может стать неконтролируемой. This method has drawbacks caused by the absence of a mechanism for regulating the amount of heat supplied to water, since in a boiler directly connected to the atmosphere, the pressure is always barometric, and in the presence of a hydrostatic column, hydrostatic pressure is added to the barometric pressure, and at the same time a possible excessive consumption of heat when the temperature is reached boiling is not accompanied by a further increase in the temperature of water heating, but leads to an increase in evaporation, the value of which may become uncontrolled steering.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является обеспечение надежного и эффективного регулирования количества подведенного к воде тепла при возможных изменениях барометрического давления, а также расхода и температуры исходной воды, поступающей на нагрев. Эффект дегазации воды при применении изобретения на всех режимах работы остается постоянным, заранее определенным выбором оборудования и предшествующей наладкой. The technical result achieved by using the invention is to provide reliable and effective control of the amount of heat supplied to the water with possible changes in barometric pressure, as well as the flow rate and temperature of the source water supplied for heating. The effect of water degassing when applying the invention in all operating modes remains a constant, predetermined choice of equipment and previous commissioning.

Поставленная цель решается тем, что в способе нагрева воды с одновременной ее дегазацией до соответствующей барометрическому давлению температуры кипения путем подогрева воды при давлении выше барометрического до температуры, превышающей температуру кипения при барометрическом давлении, с последующим расширением при барометрическом давлении и утилизацией тепла, образовавшегося при расширении воды выпара, нагрев воды ведут при постоянном избыточном давлении воды, равном гидростатическому, а тепло полученного при расширении воды выпара используют для предварительного нагрева части исходной воды, причем эта часть по отношению к общему потоку нагреваемой воды является постоянной при любых изменениях последнего, и количество подводимого к воде тепла регулируют путем поддержания постоянным перепада температур нагреваемой при утилизации тепла выпара части поступающей на нагрев воды. The goal is solved in that in a method of heating water while simultaneously degassing it to a boiling point corresponding to barometric pressure by heating water at a pressure higher than barometric pressure to a temperature exceeding the boiling point at barometric pressure, followed by expansion at barometric pressure and utilization of the heat generated during expansion evaporated water, water is heated at a constant excess pressure of water equal to hydrostatic, and the heat received during expansion of water ara used to preheat part of the untreated water, wherein the portion in relation to the total flow of heated water is constant for any changes in the latter, and the amount of heat supplied to the water is controlled by maintaining a constant temperature difference with the heated waste heat vapor entering portion for water heating.

Нагрев воды (подвод тепла к ней) при избыточном давлении, равном гидростатическому, дает возможность получить в котле нагретую воду без паровой фазы с температурой, несколько превышающей температуру кипения при данном барометрическом давлении. Эта вода, расширенная затем при барометрическом давлении, принимает температуру, равную температуре кипения, а излишки тепла, обусловленные ее начальным перегревом относительно барометрической температуры кипения, преобразуются в выпар, содержащий СО₂ и О₂, тепло которого затем утилизируют.Heating water (supplying heat to it) at an excess pressure equal to hydrostatic makes it possible to obtain heated water in the boiler without a vapor phase with a temperature slightly higher than the boiling point at a given barometric pressure. This water, then expanded at a barometric pressure, takes a temperature equal to the boiling point, and the excess heat caused by its initial overheating relative to the barometric boiling point is converted into a vapor containing CO ₂ and O ₂ , the heat of which is then utilized.

Использование при утилизации тепла выпара не всего потока нагреваемой воды, а лишь его части позволяет иметь более существенную разность температур на выходе и входе охлаждающей воды, что облегчает фиксацию температурного перепада, снижая влияние погрешности измерения. The use of not only the entire flow of heated water during heat recovery, but only part of it allows one to have a more significant temperature difference at the outlet and inlet of cooling water, which facilitates the fixation of the temperature difference, reducing the influence of measurement error.

Поддержание постоянным соотношения части потока воды, направляемого на утилизацию тепла выпара, и общего потока нагреваемой воды помогает на всех режимах (при различных величинах общего потока и исходной температуры воды) обеспечить одинаковый эффект дегазации воды путем регулирования количества подводимого к воде тепла. Maintaining a constant ratio of the part of the water flow directed to utilizing the heat of the vapor and the total flow of the heated water helps in all modes (with different values of the total flow and the initial temperature of the water) to ensure the same effect of water degassing by controlling the amount of heat supplied to the water.

Поддержание постоянным перепада температур на входе и выходе охлаждающей выпар воды путем регулирования подводимого к общему потоку воды тепла позволяет при соблюдении вышеперечисленных признаков иметь эффективную и надежную систему автоматического регулирования процессом, исключающую перерасход подводимого воде тепла. Maintaining a constant temperature difference at the inlet and outlet of the cooling water vapor by regulating the heat supplied to the total water flow allows, subject to the above signs, to have an effective and reliable system of automatic process control that eliminates the waste of heat supplied to the water.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, на котором изображена схема установки, обеспечивающей реализацию изобретения. The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of an installation that provides for the implementation of the invention.

Установка содержит котел 1 атмосферного типа с греющей поверхностью 2, расширительный бак 3 и охладитель выпара 4 с охлаждающей поверхностью 5. The installation comprises a atmospheric type boiler 1 with a heating surface 2, an expansion tank 3 and a vapor cooler 4 with a cooling surface 5.

Трубопровод исходной воды 6 имеет отверстие, соединенное со входом охлаждающей поверхности 5 охладителя выпара 4, а охлаждающая поверхность 5 на выходе соединена трубопроводом 7 с трубопроводом исходной воды 6. Далее трубопроводы 6 и 7 объединены в трубопровод 9, подключенный к котлу 1. Трубопровод нагретой воды 10 соединяет котел 1 с расширительным баком 3, а трубопровод 11 соединяет расширительный бак 3 с охладителем выпара 4. Охладитель выпара 4 соединен с атмосферой дыхательной трубкой 12. The source water pipe 6 has an opening connected to the inlet of the cooling surface 5 of the vapor cooler 4, and the cooling surface 5 at the outlet is connected by a pipe 7 to a source water pipe 6. Next, pipelines 6 and 7 are combined into a pipe 9 connected to the boiler 1. The heated water pipeline 10 connects the boiler 1 to the expansion tank 3, and the pipe 11 connects the expansion tank 3 to the vapor cooler 4. The vapor cooler 4 is connected to the atmosphere by a breathing tube 12.

На схеме установки указаны и тепловые потоки при реализации изобретения:
W, кг/ч количество исходной поступающей на нагрев воды;
х часть от общего потока воды, направляемая на охлаждение выпара;
t_o, ^оС температура исходной воды, поступающей на нагрев;
t_кип ^в, ^оС барометрическая температура кипения воды;
Δt, ^оС перепад температур между выходом и входом части потока воды, используемого для охлаждения выпара;
Q_пол, ккал/ч количество полезного подведенного к воде тепла.The heat flow during the implementation of the invention is also indicated on the installation diagram:
W, kg / h the amount of initial water entering the heating;
x part of the total flow of water directed to cooling the vapor;
t _o , ^o C the temperature of the source water entering for heating;
t _bale ⁱⁿ , ^o C barometric boiling point of water;
Δt, ^о С temperature difference between the outlet and inlet of a part of the water stream used to cool the vapor;
Q _floor , kcal / h the amount of useful heat supplied to the water.

Пример 1 осуществления способа. Example 1 of the method.

Исходные данные. Initial data.

Барометрическое давление, мм рт.ст. 780;
Барометрическая температура кипения t_кип ^в, ^оС 100,3;
Расход исходной воды W, кг/ч 50000;
Температура исходной воды t_o, ^оС 70.Barometric pressure, mmHg 780;
Barometric boiling point t _bales ⁱⁿ , ^about 100.3;
Source water consumption W, kg / h 50,000;
The temperature of the source water t _o , ^about 70.

Часть воды, направляемая на охлаждение выпара х 0,4;
Перепад температур по охлаждающей воде на охладителе выпара 4 Δt, ^оС 5;
Высота уровня воды в расширительном баке 3 относительно уровня выхода нагретой воды из котла 1 ΔН_г, м-2;
Температура кипения при избыточном гидростатическом давлении воды ( при данном барометрическом давлении) t_кип ^г, ^оС 105.Part of the water used to cool the vapor x 0.4;
The temperature difference in the cooling water on the evaporator cooler 4 Δt, ^о С 5;
The height of the water level in the expansion tank 3 relative to the output level of heated water from the boiler 1 ΔN _g , m-2;
Boiling point at excess hydrostatic pressure of water (at a given barometric pressure) t _boiling ^g , ^о С 105.

От исходного потока W 50000 кг/ч с температурой t_o 70^оС (количество тепла W˙t_o 50000 ˙70 3500000 ккал/ч), поступающего по трубопроводу 6, часть потока в количестве Х˙W 0,4˙50000 20000 кг/ч отводят на охлаждение выпара к охлаждающей поверхности 5 (количество тепла х˙ W˙ t_o 0,4 50000˙70 1 400 000 ккал/ч). На выходе из охлаждающей поверхности 5 охладителя выпара 4 вода имеет температуру t_o + Δt 70 + 5 75^oC и по трубопроводу 7 (количество тепла х˙ W(t_o + Δt) 0,4˙50000 (70 + 5) 1 500 000 ккал/ч) поступает на смешение с остатком исходной воды после ответвления от общего потока части воды на охлаждение выпара (количество тепла (1-х)˙W˙ t_o (1 0,4) ˙50000 ˙702 100 000 ккал/ч). После смешения потоков из трубопроводов 6 и 7 в трубопроводе 9 тепло воды, поступающей на нагрев в котел 1, равно W˙(t_o + x ˙Δt) 50000(70 + 0,4˙5)3600000 ккал/ч. Количество тепла на выходе из котла 1 (трубопровод 10) W(t_кип ^в + х ˙Δt) 50000 (100,3 + 0,4 ˙5) 5 115 000 ккал/ч.From the initial flow W 50,000 kg / h with a temperature of t _o 70 ^о С (amount of heat W˙t _o 50,000 ˙70 3,500,000 kcal / h) coming through pipeline 6, part of the flow in the amount of Х˙W 0,4˙50000 20,000 kg / h is taken for cooling the vapor to the cooling surface 5 (the amount of heat x˙W˙t _o 0.4 50000˙70 1,400,000 kcal / h). At the outlet of the cooling surface 5 of the evaporator cooler 4, the water has a temperature of t _o + Δt 70 + 5 75 ^o C and through the pipeline 7 (the amount of heat x˙ W (t _o + Δt) 0,4˙50000 (70 + 5) 1 500 000 kcal / h) is mixed with the remainder of the source water after branching off from the total flow of part of the water to cool the vapor (heat quantity (1) ˙W˙ t _o (1 0.4) ˙50000 ˙702 100 000 kcal / h ) After mixing the flows from pipelines 6 and 7 in pipeline 9, the heat of the water entering the boiler 1 for heating is W˙ (t _o + x ˙Δt) 50,000 (70 + 0,4˙5) 3,600,000 kcal / h. The amount of heat at the outlet of boiler 1 (pipeline 10) W (t _bales ⁱⁿ + x ˙Δt) 50,000 (100.3 + 0.4 ˙5) 5 115 000 kcal / h.

Количество полезно подведенного тепла в котле 1 Q_пол W˙(t_кип ^в + х ˙Δt) W (t_o + +x ˙Δt) W˙(t_кип ^в t_o) 50000(100,3-70)1˙515 000 ккал/ч. Количество тепла, направляемого потребителю из расширительного бака 3 t_кип ^в 50000 100,3 5 015 000 ккал/ч.The amount of useful heat supplied in the boiler is 1 Q _floor W˙ (t _bale ⁱⁿ + x ˙Δt) W (t _o + + x ˙Δt) W˙ (t _bale ⁱⁿ t _o ) 50,000 (100.3-70) 1˙515 000 kcal / h The amount of heat sent to the consumer from the expansion tank 3 t _bales ^of 50,000 100.3 5 015 000 kcal / h

Количество тепла в воде выпара, поступающее по трубопроводу 11 из расширительного бака 3 в охладитель выпара 4 х 10,4 50000 5 100 000 ккал/ч. The amount of heat in the water of the vapor entering through the pipe 11 from the expansion tank 3 to the vapor cooler 4 x 10.4 50000 5 100 000 kcal / h.

Примеры 2 и 3 осуществления способа приведены в таблице
Вентиль 8 служит для установки постоянной части потока воды, направляемого на охлаждение выпара, и во время работы установки он находится в неизменном отрегулированном при наладке положении.Examples 2 and 3 of the method are shown in table
The valve 8 is used to set a constant part of the flow of water directed to the cooling of the vapor, and during operation of the installation it is in a constant position adjusted during commissioning.

Таким образом, предлагаемый способ нагрева воды позволяет надежно и эффективно производить регулирование количества подводимого к воде тепла при любых изменениях барометрического давления, расхода и температуры исходной воды, обеспечивая при этом постоянный заранее выбранный эффект дегазации. Thus, the proposed method of heating water allows you to reliably and efficiently control the amount of heat supplied to the water with any changes in barometric pressure, flow rate and temperature of the source water, while ensuring a constant pre-selected degassing effect.

Claims

METHOD OF WATER HEATING with its simultaneous degassing to a boiling point corresponding to barometric pressure by heating water at a pressure above barometric pressure to a temperature exceeding the boiling point at barometric pressure, followed by expansion at barometric pressure and utilization of the heat of the vapor formed during expansion of the water, characterized in that lead at a constant excess pressure of water equal to hydrostatic, and the heat obtained during expansion of the water vapor is used to redvaritelnogo heating a portion of source water, wherein the portion in relation to the total flow of heated water constant at all values of the latter, and the amount of heat supplied to the water is controlled by maintaining a constant temperature difference with the heated waste heat vapor entering portion for water heating.