КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1995 года по МПК F22B33/18 F22D1/36 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в котельных, работающих на газообразном топливе.

Известна котельная установка, содержащая котел, контактные воздухоподогреватель и экономайзер с орошающим устройством и поддонами, подогреватель воды горячего водоснабжения, установленный под орошающим устройством контактного экономайзера, поддон которого через регулятор расхода подключен к орошающему устройству контактного воздухоподогревателя, поддон которого подключен через регулятор расхода к орошающему устройству контактного экономайзера, датчик температуры сетевой воды, соединенный с регуляторами расхода [1]
Недостатком известной котельной установки является низкая эффективность ее работы вследствие значительной инерционности примененной системы регулирования.

Известна котельная установка, содержащая котел, установленные на воздуховоде дутьевого воздуха и газоходе контактные тепломассообменные аппараты с орошающими устройствами, поддонами и расположенными между ними рабочими объемами, регуляторы расхода, датчик уровня, установленный в поддоне контактного аппарата воздуховода и соединенный с регулятором расхода, расположенным на линии подключения поддона контактного аппарата воздуховода к орошающему устройству контактного аппарата газохода, датчики температуры, установленные в поддоне и за орошающим устройством по ходу воздуха контактного аппарата воздуховода и соединенные через блок управления с регулятором расхода, расположенным на линии подключения поддона контактного аппарата газохода к орошающему устройству контактного аппарата воздуховода [2]
Недостатками данной котельной установки являются недостаточно высокие эффективность и надежность ее работы вследствие потерь теплоносителя (воды) с продуктами сгорания при отсутствии внешнего потребителя утилизированного тепла и при регулировании значительных расходов подаваемого на оросительные системы теплоносителя.

Целью изобретения является повышение эффективности и надежности работы котельной установки.

Это достигается тем, что в котельной установке, содержащей котел, установленные на воздуховоде дутьевого воздуха и газоходе контактные тепломассообменные аппараты с орошающими устройствами, поддонами и расположенными между ними рабочими объемами, регуляторы расхода, датчик уровня, установленный в поддоне контактного аппарата воздуховода и соединенный с регулятором расхода, расположенным на линии подключения поддона контактного аппарата воздуховода к орошающему устройству контактного аппарата газохода, датчики температуры, установленные в поддоне и за орошающим устройством по ходу воздуха контактного аппарата воздуховода и соединенные через блок управления с регулятором расхода, расположенным на линии подключения поддона контактного аппарата газохода к орошающему устройству контактного аппарата воздуховода, поддон контактного аппарата газохода подключен к своему орошающему устройству через регулятор расхода, соединенный с блоком управления, все линии подключения поддонов к орошающим устройствам содержат дроссельные шайбы для фиксации расходов теплоносителя, а регуляторы расходов установлены на байпасных к данным шайбам линиях. Кроме того, в качестве теплоносителя используются водные растворы солей щелочных и/или щелочноземельных металлов. Кроме того, котельная установка дополнительно содержит электролизер, подключенный входным и выходным своими патрубками соответственно к поддону и рабочему объему контактного аппарата воздуховода. При этом поддон контактного аппарата воздуховода подключен дополнительно к своему орошающему устройству через регулятор расхода, соединенный с блоком управления, а контактный аппарат газохода установлен на байпасе к основному газоходу, содержащему дроссельную заслонку. Котельная установка дополнительно содержит контактный теплоутилизатор с орошающим устройством и поддоном, причем орошающее устройство подключено к источнику вторичного холодного теплоносителя, а поддон к потребителю горячего теплоносителя.

Кроме того, поддон контактного теплоутилизатора подключен к своему орошающему устройству через водоводяной теплообменник и регулятор расхода и к потребителю конденсата водяных паров через регулятор расхода, причем вторичный контур водоводяного теплообменника подключен к потребителю тепла, а в поддоне контактного теплоутилизатора установлены датчик температуры и датчик уровня, соединенные соответственно с регуляторами расходов, установленными на линиях подключения поддона к орошающему устройству и потребителю конденсата водяных паров.

На фиг.1-5 изображены принципиальные схемы предлагаемых модификаций котельных установок.

Котельная установка содержит котел 1, установленные на воздуховоде дутьевого воздуха и газоходе контактные тепломассообменные аппараты 2, 3 с орошающими устройствами 4, 5, поддонами 6, 7 и расположенными между ними рабочими объемами 8, 9, регуляторы 10 и 11 расхода, датчик 12 уровня, установленный в поддоне 6 контактного аппарата 2 и соединенный с регулятором 10, расположенным на линии подключения поддона 6 контактного аппарата 2 к орошающему устройству 5 контактного аппарата 3, датчики 13, 14 температуры, установленные в поддоне 6 и за орошающим устройством 4 по ходу дутьевого воздуха контактного аппарата 2 и соединенные через блок управления (БУ) с регулятором 11, расположенными на линии подключения поддона 7 контактного аппарата 3 к орошающему устройству 4 контактного аппарата 2. Поддон 7 контактного аппарата 3 подключен к орошающему устройству 5 через регулятор 15 расхода, соединенный с блоком управления. Все линии подключения поддонов к орошающим устройствам содержат дроссельные шайбы 16 для фиксации расходов теплоносителя, а регуляторы расходов 10, 11 и 15 установлены на байпасных к шайбам 16 линиях. На линиях подключения поддонов 6 и 7 соответственно к орошающим устройствам 5 и 4 установлены насосы 17 и 18. Котельная установка (фиг. 2) дополнительно содержит электролизер 19, подключенный своим входным патрубком к поддону 6 через насос 17, а выходным патрубком к рабочему объему 8 контактного аппарата 2.

В котельной установке (фиг.3) поддон 6 контактного аппарата 2 подключен дополнительно к орошающему устройству 4 через регулятор 20 расхода, установленный на байпасе к дроссельной шайбе 16 и соединенный с блоком управления, а контактный аппарат 3 газохода установлен на байпасе к основному газоходу, содержащему дроссельную заслонку 21.

Котельная установка (фиг.4) дополнительно содержит контактный теплоутилизатор 22 с орошающим устройством 23 и поддоном 24, причем орошающее устройство 23 подключено к источнику вторичного холодного теплоносителя, а поддон 24 подключен к потребителю горячего теплоносителя.

В котельной установке (фиг.5) поддон 24 контактного теплоутилизатора 22 подключен к орошающему устройству 23 через водоводяной теплообменник 25 и регулятор 26 расхода и к потребителю конденсата водяных паров через регулятор расхода 27. Вторичный контур водоводяного теплообменника 25 подключен к потребителю тепла и содержит регулятор 31 расхода, соединенный с датчиком температуры 32, установленным на подающей линии. В поддоне 24 установлены датчик 28 температуры и датчик 29 уровня, соединенные соответственно с регуляторами 26 и 27 расхода.

В контактных тепломассообменных аппаратах 2 и 3 в качестве теплоносителя могут использоваться конденсат водяных паров или водные растворы солей щелочных или щелочноземельных металлов, как, например, водный раствор хлористого кальция, а также их водные бинарные растворы. В теплоутилизаторе 22 в качестве теплоносителя используется преимущественно вода.

Работа котельной установки осуществляется следующим образом.

Уходящие продукты сгорания из котла 1 поступают в тепломассообменный аппарат 3, где при контакте с распыляемым навстречу им теплоносителем нагревают последний. Нагретый теплоноситель из поддона 7 насосом 18 подается на орошающее устройство 4 тепломассообменного аппарата 2, где, в результате контакта с потоком дутьевого воздуха, охлаждается, нагревая при этом дутьевой воздух, который одновременно и увлажняется за счет частичного переноса влаги из теплоносителя в воздух. Процесс переноса влаги осуществляется за счет разности парциальных давлений водяных паров над поверхностью падающих капель теплоносителя и в дутьевом воздухе. Регулирование расходов теплоносителя, при изменении нагрузки на котел, в линиях его подачи на оросительные системы осуществляется регуляторами расхода 10, 11, при этом управление работой регулятора 10 осуществляется по импульсам датчика 12, установленного в поддоне 6, а регулятор 11 управляется от блока управления, работающего по импульсам датчиков температуры 13 и 14 и обеспечивающего максимальную разность между температурой нагретого дутьевого воздуха и температурой охлажденного теплоносителя в поддоне 6.

Подключение поддона 7 через регулятор 15 к своей оросительной системе 5 обеспечивает регулирование парциального давления водяных паров над поверхностью теплоносителя, поступающего в рабочий объем 9 аппарата 3, за счет изменения температуры теплоносителя, поступающего на оросительную систему 5, в результате чего действующая система переноса влаги из продуктов сгорания к теплоносителю в аппарате 3 и от теплоносителя к дутьевому воздуху в аппарате 2 становится самоуравновешивающейся, т.е. количество влаги, забираемой дутьевым воздухом из теплоносителя, соответствует количеству влаги, забираемой теплоносителем из продуктов сгорания, что в конечном итоге повышает эффективность работы котельной установки в целом за счет того, что абсолютная влажность продуктов сгорания на выходе из контактного аппарата 3 остаетcя такой же, как и при работе котла 1 без подогрева и увлажнения дутьевого воздуха, а относительная влажность продуктов сгорания повышается весьма незначительно, что исключает дополнительные затраты на предотвращение конденсации влаги на стенках дымовой трубы (не показана).

Так как во всем диапазоне возможных нагрузок котла 1 минимальные расходы теплоносителя в каждой из линий весьма значительны, то на каждой из линий подачи теплоносителя установлены дроссельные шайбы 18, каждая из которых рассчитана на пропуск минимального проектного расхода теплоносителя. Регуляторы 10, 11, 15, установленные на байпасе к шайбам 18, обеспечивают регулирование расходов теплоносителя при значительно меньшей своей пропускной способности, что повышает надежность их работы, а, следовательно, и надежность работы котельной установки в целом.

Вследствие того, что парциальное давление водяных паров над поверхностью водных растворов солей щелочных и щелочноземельных металлов ниже, чем над поверхностью воды, при равных температурах, и эта разница тем больше, чем выше концентрация соли в растворе, применение этих растворов в качестве теплоносителя позволяет достичь более высокой температуры их нагрева, чем обеспечивается нагрев дутьевого воздуха до более высоких температур, что дополнительно уменьшает расход топлива на котел 1, а также более высокое увлажнение дутьевого воздуха, что в свою очередь повышает степень подавления образования окислов азота в топке котла 1. Кроме того, использование в качестве теплоносителя указанных растворов во всех случаях обеспечивает устойчивое соответствие теплопереноса и массопереноса из продуктов сгорания в дутьевой воздух.

Наличие в схеме котельной установки (фиг.2) электролизера 19 обеспечивает генерацию в растворе окислителя, например гипохлорита который в свою очередь обеспечивает доокисление окиси углерода и окислов азота, присутствующих в продуктах сгорания, до диоксидов. Двуокись азота, имеющая значительно большую растворимость в воде, чем моноокись азота, практически полностью переходит из продуктов сгорания в раствор теплоносителя и в электролизере 19, в конечном итоге восстанавливаются до молекулярного азота и частично может переходить в аммиак. Предложенная схема подключения электролизера 19 по сравнению со всеми известными наиболее эффективна, так как поддержание расчетной концентрации в растворе всех рабочих компонентов обеспечивается в напорном электролизере при минимальном через него расходе теплоносителя, а отводимые вместе с раствором в рабочий объем 8 камеры 2 газообразные продукты электрохимических реакций водород и аммиак в конечном итоге дополнительно повышают эффективность работы котельной установки за счет некоторого уменьшения расхода топлива и частичной денитрификации продуктов сгорания непосредственно в топке котла 1.

Вариант котельной установки (фиг.3) предназначен преимущественно для существующих котельных, не располагающих достаточным свободным местом для установки на газоходе контактного тепломассообменного аппарата 3, который в данном случае может иметь значительно меньшие габариты, так как через него достаточно пропускать лишь незначительную часть продуктов сгорания для получения того же эффекта по снижению расхода топлива, что и для котельной установки (фиг. 2). Расход продуктов сгорания через аппарат 3 устанавливается при помощи дроссельной заслонки 21 и определяется требуемым для передачи дутьевому воздуху количеством тепла, исходя из условия охлаждения продуктов сгорания в аппарате 3 до температуры, близкой к температуре теплоносителя. Подключение поддона 6 к оросительной системе 4 через регулятор 20, соединенный с блоком управления, обеспечивает более устойчивое и надежное поддержание проектных температуры нагрева дутьевого воздуха и его степени увлажнения за счет регулирования температур теплоносителя на входе в оросительную систему 4 и поддоне 6.

Котельная установка (фиг.4) за счет установки на газоходе между котлом 1 и аппаратом 3 контактного аппарата 22 с орошающим устройством 23 и поддоном 24 обеспечивает более глубокую утилизацию теплоты и конденсата водяных паров продуктов сгорания для обеспечения ими внешнего потребителя. В данном варианте котельной установки в контактном аппарате 3 осуществляется одновременное снижение абсолютной и относительной влажности продуктов сгорания, за счет чего исключается конденсация водяных паров на стенках дымовой трубы.

Котельная установка (фиг.5) обеспечивает нагрев и отпуск внешнему потребителю теплоносителя, контакт которого с продуктами сгорания недопустим, например, для системы централизованного горячего водоснабжения. В данном случае теплоноситель для внешнего потребителя нагревается в водоводяном теплообменнике 25, причем поддержание требуемой температуры его нагрева осуществляется с помощью регулятора, работающего по импульсам датчика 32, установленного на линии нагретого теплоносителя. Установка регулятора 26, работающего по импульсам датчика 28, установленного в поддоне 24 контактного теплоутилизатора 22, обеспечивает минимальный расход энергии на привод насоса 30 путем минимизации расхода промежуточного теплоносителя в рециркуляционном контуре 24-30-25-26-23-24. Регулятор 27, работающий по импульсам датчика 29, обеспечивает поддержание уровня теплоносителя в поддоне 24 теплоутилизатора 22. В теплоутилизаторе 22 в качестве промежуточного теплоносителя могут использоваться водные растворы солей щелочных и/или щелочноземельных металлов. При их использовании в теплоутилизаторе 22 можно обеспечить протекание тепломассообменных процессов таким образом, когда абсолютная влажность продуктов сгорания на входе и выходе из теплоутилизационного аппарата 22 остается неизменной и при этом обеспечивается нагрев промежуточного теплоносителя до более высоких температур.

Таким образом, все предложенные варианты технических решений обеспечивают практически для всех встречающихся на практике случаев, максимальную эффективность работы котельных установок в части утилизации теплоты и конденсата водяных паров продуктов сгорания с одновременным исключением выбросов с ними в атмосферу окиси углерода, окислов азота и бензопирена при высокой надежности работы котельной установки в целом.

Использование: в теплоэнергетике. Сущность изобретения: в котельной установке, содержащей котел 1, контактные тепломассообменные аппараты 2,3 с орошающими устройствами 4,5, поддонами 6, 7 и рабочими объемами 8,9, регуляторы расхода 10,11, датчик уровня 12 и датчики температуры 13, 14, повышение эффективности и надежности в работе достигается за счет того, что поддон 7 подключен к орошающему устройству 5 через регулятор расхода 15, соединенный с блоком управления (БУ), а все регуляторы расхода установлены на байбасе к дроссельным шайбам 16 для фиксации расходов теплоносителя. В качестве теплоносителя используются водные растворы солей щелочных и / или щелочноземельных металлов. Котельная установка дополнительно содержит электролизер 19. Поддон 6 подключен к орошающему устройству 4 через регулятор расхода 20, соединенный с БУ, а аппарат 3 установлен на байбасе к основному газоходу. Котельная установка дополнительно содержит контактный теплоноситель. Поддон подключен к орошающему устройству через теплообменник и регулятор расхода. 5 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА, содержащая котел на воздуховоде дутьевого воздуха и газоходе которого установлены контактные тепломассообменные аппараты с орошающими устройствами, поддонами и расположенными между ними рабочими объемами, причем поддон контактного аппарата воздуховода подключен к орошающему устройству контактного аппарата газохода и на линии подключения размещен регулятор расхода, соединенный с датчиком уровня, установленным в поддоне контактного аппарата воздуховода, а поддон контактного аппарата газохода подключен к орошающему устройству контактного аппарата воздуховода и на линии подключения размещен регулятор расхода, соединенный через блок управления с датчиками температуры, установленными в поддоне и за орошающим устройством по ходу воздуха контактного аппарата воздуховода, отличающаяся тем, что поддон контактного аппарата газохода дополнительно подключен к своему орошающему устройству через дополнительный регулятор расхода, соединенный с упомянутым блоком управления, упомянутые линии подключения поддонов к орошающим устройствам обоих контактных аппаратов снабжены дроссельными шайбами для фиксации расходов теплоносителя, размещенными параллельно упомянутым регуляторам расходов, установленных на этих линиях. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестае теплоносителя используются водные растворы солей щелочных и/или щелочноземельных металлов. 3. Установка по пп.1, 2, отличающаяся тем, что дополнительно содержит электролизер, подключенный входным и выходным своими патрубками соответственно к поддону и рабочему объему контактного аппарата воздуховода. 4. Установка по пп. 1, 2, 3, отличающаяся тем, что поддон контактного аппарата воздуховода подключен дополнительно к своему орошающему устройству через регулятор расхода, соединенный с блоком управления, а контактный аппарат газохода установлен на байпасе к основному газоходу, содержащему дроссельную заслонку. 5. Установка по пп.1, 2, 3, 4, отличающаяся тем, что дополнительно содержит контактный теплоутилизатор с орошающим устройством и поддоном, причем орошающее устройство подключено к источнику вторичного холодного теплоносителя, а поддон к потребителю горячего теплоносителя. 6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что поддон контактного теплоутилизатора подключен к своему орошающему устройству через водяной теплообменник и регулятор расхода и к потребителю конденсата водяных паров через регулятор расхода, причем вторичный контур водоводяного теплообменника подключен к потребителю тепла, а в поддоне контактного теплоутилизатора установлены датчик температуры и датчик уровня, соединенные соответственно с регуляторами расходов, установленными на линиях подключения поддона к орошающему устройству и потребителю конденсата водяных паров.