СИСТЕМА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПАРА Российский патент 2004 года по МПК F22B33/18 

Изобретение относится к системам для получения пара и может быть использовано в нефтехимической промышленности при реконструкции печей, котлов, а также в других отраслях промышленности для получения пара.

Известно устройство для получения пара, содержащее котел с камерой сгорания и горелками, конвективные и радиационные поверхности нагрева и насос для подачи воды в них, собирающий и раздающий коллекторы, пароводяной трубопровод и дымоход, а также экономайзер, сепаратор пара и коллектор подачи пара потребителю, соединенные соответствующим образом [Патент РФ №2091664, МПК 6 F 22 B 1/02 от 27.09.97 г.]. Недостатком является несовершенство конструкции устройства.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для получения пара, содержащее печь с камерой сгорания и горелками, конвективные и радиационные поверхности нагрева (змеевики), насос для подачи воды с трубопроводом, экономайзер, сепаратор пара, соединенный своим входом с коллектором подачи пара потребителю. При этом экономайзер соединен входом-выходом соответственно с насосом подачи воды и раздающим коллектором. Кроме того, сепаратор своим входом-выходом дополнительно подключен к входу и выходу радиационной поверхности с образованием контура циркуляции с насосом в нем и соединен также с коллектором пара, направляемого потребителю с температурой 160°С и давлением 0,6 МПа [Патент РФ №2163324, МПК 7 F 22 В 33/18 от 18.06.99 г.]. Недостатком устройства для получения пара является несовершенство конструкции и невысокие параметры получаемого пара по температуре и давлению.

Задачей, решаемой предлагаемой системой для получения пара, является усовершенствование конструкции и повышение параметров получаемого пара по температуре и давлению.

Поставленная задача решается тем, что известная система для получения пара, содержащая печь с камерой сгорания и горелками, конвективные и радиационные поверхности нагрева, насос для подачи воды с трубопроводом, сепаратор пара, соединенный своим входом и выходом соответственно с конвективной поверхностью с образованием контура циркуляции с насосом в нем, дополнительно содержит насос с трубопроводом подачи топлива и отходов в печь с датчиком расхода и клапаном, трубопровод перегрева пара, соединенный с выходом сепаратора пара и входом радиационной поверхности, трубопровод отбора пара с датчиком расхода, соединенный с выходом радиационной поверхности, трубопровод отбора конденсата из сепаратора пара с клапаном, датчик расхода и клапан на трубопроводе подачи воды, датчики контроля пламени и температуры в печи, датчик контроля уровня воды в сепараторе пара, при этом выходы упомянутых датчиков подключены к дополнительно установленной ЭВМ, выходы которой соединены с клапаном подачи топлива и отходов, клапаном отбора конденсата из сепаратора пара и клапаном подачи воды, причем пар, направляемый потребителю, имеет параметры: температуру 250°С и давление 1,3 МПа.

Совокупность дополнительных устройств с использованием приемов управления в сочетании с известными придают предлагаемой системе новые свойства, позволяющие расширить область ее применения и сэкономить энергоресурсы при получении пара среднего давления.

Исследование процессов сжигания топлива и отходов (жидких и газообразных углеводородов) в трубчатых печах показало, что печи можно приспособить для получения пара среднего давления за счет частичного испарения циркуляционной воды и перегрева пара при незначительных конструктивных изменениях печей.

В частности, если дополнительно установить сепаратор, контур циркуляции и перегревать пар непосредственно в печи, оснастив их соответствующей арматурой для регулирования параметров, то это в итоге позволит сэкономить энергоресурсы производства при небольших затратах.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема системы для получения пара в трубчатой печи при сжигании топлива и отходов в производстве синтетического каучука (условно показана одна печь - обычно их несколько, работающих параллельно).

Система включает трубчатую печь 1 с конвективными и радиационными поверхностями (змеевиками) 2 и 3, насос 4 для подачи воды с трубопроводом 5, сепаратор пара 6 с контуром циркуляции 7 и насосом 8, насос 9 для подачи топлива с трубопроводом 10, трубопроводы перегрева и отбора пара 11, 12, трубопровод отбора конденсата 13. Для контроля и управления процессом получения пара в систему входят также датчики расхода 14, с клапаном 15, установленные на трубопроводе 10 для подачи топлива, датчик расхода 16, установленный на трубопроводе отбора пара 12, клапан 17, установленный на трубопроводе отбора конденсата 13, датчик расхода 18 и клапан 19, установленные на трубопроводе подачи воды 5, датчики контроля пламени 20 и температуры 21 в печи 1, датчик контроля уровня 22 в сепараторе 6 и ЭВМ 23 (микроконтроллер). При отключении ЭВМ управление осуществляется традиционными средствами КИПиА, входящими в систему.

Система для получения пара работает следующим образом:

- подают насосом 4 по трубопроводу 5 по информации датчика расхода 18, через клапан 19 в конвективный змеевик 2 и сепаратор 6 воду для нагрева;

- подают насосом 9 по трубопроводу 10 в печь 1 по информации датчика расхода 14 через клапан 15 топливо и отходы производства;

- контролируют по информации датчика 21 температуру в печи 1 (в перевальной точке) и устанавливают заданное ее значение воздействием на клапан 15 по команде с ЭВМ 23, например, по типовому закону регулирования

где Δh - степень открытия клапана 15;

t_зад, t_тек - заданное и текущее значения температуры в печи 1;

K₁, K₂ - константы;

- включают в работу насос 8 и контур циркуляции воды 7 для ее частичного испарения;

- отделяют пар от воды в сепараторе 6;

- контролируют по информации датчика 22 уровень в сепараторе 6 и при отклонении его от заданного значения воздействуют через ЭВМ 23 на клапан 19 на трубопроводе 5 для подачи воды в сепаратор 6, например, по типовому закону регулирования

где ΔG - количество воды, подаваемой на питание в сепаратор 6;

Н_зад, Н_тек - заданное и текущее значения уровня в сепараторе 6;

К₃, К₄ - константы;

- сбрасывают конденсат по трубопроводу отбора конденсата 13 воздействием на клапан 17;

- направляют пар по трубопроводу перегрева пара 11 в радиационный змеевик 3 для перегрева пара до заданной температуры и давления (датчики условно не показаны) и направляют по трубопроводу отбора пара 12 через датчик расхода 16 пара потребителю.

Контролируют пламя в печи 1 по информации датчика пламени 20 и при его исчезновении отключают по команде с ЭВМ 23 подачу топлива воздействием на клапан 15 и воду воздействием на клапан 19. Таким образом, испаряя воду в циркуляционном контуре 7, получаем пар, который отделяем от воды в сепараторе 6, а затем перегреваем его в радиационном змеевике 3 и получаем пар среднего давления, т.е. эффективно используем топочное пространство печи 1 с минимальными энергетическими затратами. Кроме того, контролируя пламя в печи добиваемся эффективного сжигания топлива и отходов производства, повышаем его безопасность и улучшаем экологию окружающей среды.

Проверка работы системы получения пара, проведенная во II кв. 2002 г. в производстве синтетического каучука в ООО “Тольяттикаучук”, показала ее эффективность, при этом уменьшилось количество отходов (загрязненных углеводородов), выбрасываемых в атмосферу, и снизились затраты для получения тепла.

Ниже приведены примеры работы системы получения пара.

Пример 1

Подаем насосом 4 по трубопроводу 5 в конвективный змеевик 2 по информации датчика расхода 18 через клапан 19 для нагрева воду в количестве G=21,5 т/ч при температуре t=102°C и давлении 2,1 МПа.

Заполняем водой сепаратор 6 до 50 мас.% от шкалы по информации датчика уровня 22. Подаем насосом 9 по трубопроводу 10 в печь 1 топливо и отходы (обычно в соотношении 9:1) по информации датчика 14 через клапан 15 и контролируем по информации датчика 21 температуру в перевальной точке печи 1.

Включаем в работу насос 8, по контуру циркуляции 7 (“печь - сепаратор”) циркулируем воду (кратность циркуляции n=20) и испаряем ее до 90 мас.% от поданной воды в количестве G=21,5 т/ч. Затем отделяем пар от воды в сепараторе 6, перегреваем его в радиационном змеевике 3 до температуры 230°С и давления 1,4 МПа, контролируем его расход по информации датчика 16 и по трубопроводу 12 в количестве G_n =18-20 т/ч направляем на нужды производства.

Периодически сбрасываем по трубопроводу 13 воздействием на клапан 17 конденсат в количестве G₁=1,5-2,5 т/ч.

Пример 2

Контролируем по информации датчика 20 пламя в печи 1, при исчезновении пламени подаем команду с ЭВМ 23 (либо по команде оператора-технолога) на закрытие клапана 15 на подаче отходов и топлива (G=0) и клапана 19 на подаче воды (G=0).

При восстановлении пламени подачу топлива, отходов и воды возобновляем. Контролируем температуру в перевальной точке по информации датчика 21 и при ее отклонении воздействуем на клапан 15.

Например, при заданном значении температуры t_зад =650°С текущее значение температуры t_тек =670°С, т.к. температура отклонилась от заданного значения, то формируем с помощью ЭВМ 23 управляющее воздействие на подачу топлива и отходов в печь по формуле

Величину Δh=0,3 отрабатываем с помощью клапана 15 для восстановления температуры до заданного значения.

Контролируем уровень в сепараторе 6, при его отклонении воздействуем на клапан 19.

Например, при заданном значении уровня Н_зад=40% текущее значение уровня Н_тек=30%, т.к. уровень отклонился от заданного значения, то формируем с помощью ЭВМ 23 управляющее воздействие на подачу воды по формуле

Величину ΔG=4 т/ч отрабатываем с помощью клапана 19 для приведения уровня в сепараторе 6 до заданного значения.

Пар, получаемый в предлагаемой системе, на 30% ниже себестоимости получения пара в городской теплоцентрали, экономия при этом составляет до 2 млн.руб. в год.

Внедрение системы получения пара намечено на III кв. 2002 г. в печах производства синтетического каучука на ООО “Тольяттикаучук”.

Изобретение относится к системам получения пара и может быть использовано в нефтехимической промышленности при получении пара в трубчатых печах и котлах. Для расширения области применения и снижения энергозатрат предлагается система для получения пара, содержащая печь с камерой сгорания и горелками, конвективные и радиационные поверхности нагрева, насос для подачи воды с трубопроводом, сепаратор пара, соединенный своим входом и выходом соответственно с конвективной поверхностью с образованием контура циркуляции с насосом в нем. Дополнительно система содержит насос с трубопроводом подачи топлива и отходов в печь с датчиком расхода и клапаном, трубопровод перегрева пара, соединенный с выходом сепаратора пара и входом радиационной поверхности, трубопровод отбора пара с датчиком расхода, соединенный с выходом радиационной поверхности, трубопровод отбора конденсата из сепаратора пара с клапаном, датчик расхода и клапан на трубопроводе подачи воды, датчики контроля пламени и температуры в печи, датчик контроля уровня воды в сепараторе пара, при этом выходы упомянутых датчиков подключены к дополнительно установленной ЭВМ, выходы которой соединены с клапаном подачи топлива и отходов, клапаном отбора конденсата из сепаратора пара и клапаном подачи воды, причем пар, направляемый потребителю, имеет параметры: температуру 250°С и давление 1,3 МПа. 1 ил.

Система для получения пара, содержащая печь с камерой сгорания и горелками, конвективные и радиационные поверхности нагрева, насос для подачи воды с трубопроводом, сепаратор пара, соединенный своим входом и выходом соответственно с конвективной поверхностью с образованием контура циркуляции с насосом в нем, отличающаяся тем, что дополнительно содержит насос с трубопроводом подачи топлива и отходов в печь с датчиком расхода и клапаном, трубопровод перегрева пара, соединенный с выходом сепаратора пара и входом радиационной поверхности, трубопровод отбора пара с датчиком расхода, соединенный с выходом радиационной поверхности, трубопровод отбора конденсата из сепаратора пара с клапаном; датчик расхода и клапан на трубопроводе подачи воды, датчики контроля пламени и температуры в печи, датчик контроля уровня воды в сепараторе пара, при этом выходы упомянутых датчиков подключены к дополнительно установленной ЭВМ, выходы которой соединены с клапаном подачи топлива и отходов, клапаном отбора конденсата из сепаратора пара и клапаном подачи воды, причем пар, направляемый потребителю, имеет параметры: температуру 250°С и давление 1,3 МПа.