КОТЕЛ-УТИЛИЗАТОР Российский патент 2013 года по МПК F23G7/06 F22B1/18 F23J15/00 C10J3/86 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к котлам-утилизаторам, которые предназначены для обезвреживания и утилизации тепла дымовых газов, которые отходят от газогенерирующих агрегатов, например коксовых батарей, установок сухого тушения кокса и тому подобное.

Заявляемый котел-утилизатор может быть использован в коксохимической, металлургической, химической и других отраслях промышленности.

УРОВЕНЬ ТЕХНТИКИ

Известен котел-утилизатор, международная заявка №PCT/UA2007/000012, который содержит патрубок подвода дымовых газов, патрубок отвода дымовых газов, реактор, содержащий циклонные камеры сгорания, каждая из которых включает горелочное устройство и в которые тангенциально подведены патрубки подачи дымовых газов, систему утилизации тепла, включающую теплообменные поверхности и соединенную с реактором и патрубком отвода дымовых газов. Также реактор котла-утилизатора снабжен камерой дожигания, связанной с циклонными камерами сгорания и образующей вместе с ними рабочий объем реактора.

Недостатком известного котла-утилизатора является:

- большой объем реактора и большие габаритные размеры котла-утилизатора, что обусловлено расположением в реакторе циклонных камер и камеры дожигания;

- большой вес котла-утилизатора и сложность его изготовления, что связанно с использованием в реакторе циклонных камер и камеры дожигания.

Компактность котлов-утилизаторов является важным условием их использования на предприятии, поскольку обычно котлы-утилизаторы дополнительно используют в уже существующем отлаженном технологическом процессе для того, чтобы обеспечить обезвреживание дымовых газов, для защиты окружающей среды и увеличить эффективность использования энергоносителей, например, для использования тепла дымовых газов, отходящих от газогенерирующих агрегатов, например коксовых батарей, установок сухого тушения кокса и т.п. Поэтому расположение котлов-утилизаторов на территории предприятия приводит к большим трудностям. Особенно острой проблемой является расположение крупногабаритных котлов-утилизаторов за крупными газогенерирующими агрегатами, например за коксовой батареей, в зависимости от ее конструктивной схемы, приблизительно отходит 50000-120000 нм³/ч дымовых газов, поэтому понятно, что для обезвреживания больших объемов дымовых газов требуется соответственно крупногабаритные котлы-утилизаторы.

СУТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является разработка котла-утилизатора, который характеризуется компактными размерами, простотой изготовления и эффективным обезвреживанием дымовых газов.

Также задачей настоящего изобретения является увеличение эффективности утилизации тепла дымовых газов.

Также задачей изобретения является расширение арсенала технических средств и возможностей котлов-утилизаторов.

Другие задачи и преимущества настоящего изобретения будут выявлены ниже по мере изложения настоящего описания и чертежей.

Поставленная задача решается тем, что котел-утилизатор, характеризующийся наличием:

- реактора, к нижней части которого примыкают две горелки, а к боковой поверхности реактора примыкает боров подвода дымовых газов, при этом дымовые газы, которые отходят из борова подвода дымовых газов, поступают в зону активного горения реактора, которая расположена в нижней его части,

- системы утилизации тепла дымовых газов, которые поступают в реактор котла-утилизатора,

- патрубка отвода дымовых газов из реактора, который содержит дополнительную систему утилизации тепла дымовых газов и, по меньшей мере, один дымосос, согласно заявляемому изобретению котел-утилизатор дополнительно содержит:

- распределитель потока дымовых газов, которые поступают из борова в реактор котла-утилизатора, при этом упомянутый распределитель расположен в упомянутой зоне активного горения оппозитно зоне примыкания упомянутого борова к реактору, в результате чего в реакторе формируется два взаимнопересекающихся вихревых потока,

- кольцевой коллектор, который примыкает к борову подачи дымовых газов и содержит дополнительные патрубки подачи дымовых газов в реактор, которые примыкают к боковой поверхности реактора так, что дымовые газы поступают из кольцевого коллектора в зону активного горения реактора по ходу движения обоих упомянутых вихревых потоков.

В частном варианте выполнения котел-утилизатор содержит, по меньшей мере, один патрубок подачи топлива в дымовые газы, которые отходят из борова в реактор котла-утилизатора, при этом упомянутый патрубок подачи топлива расположен после зоны примыкания кольцевого коллектора к борову по ходу движения дымовых газов в борове.

В частном варианте выполнения котла-утилизатора распределитель потока выполнен из поверхностей нагрева системы утилизации тепла дымовых газов в реакторе котла-утилизатора.

В частном варианте выполнения котел-утилизатор содержит, по меньшей мере, один патрубок подачи воздуха в дымовые газы, которые отходят в реактор котла-утилизатора, при этом упомянутый патрубок подачи воздуха расположен перед зоной примыкания кольцевого коллектора к борову по ходу движения дымовых газов в борове.

В частном варианте выполнения в борове расположен регулятор потока дымовых газов, который расположен в зоне примыкания борова к реактору котла-утилизатора.

Использование упомянутого котла-утилизатора с кольцевым коллектором позволит уменьшить объем реактора котла-утилизатора за счет отсутствия циклонных камер в реакторе по сравнению с известным техническим решением.

Также использование заявляемого котла-утилизатора с кольцевым коллектором, который содержит дополнительные патрубки подачи дымовых газов для подачи дымовых газов в реактор по ходу движения обоих упомянутых вихревых потоков, приводит к эффективному процессу обезвреживания дымовых газов в реакторе котла-утилизатора.

Также использование кольцевого коллектора, который примыкает к борову подачи дымовых газов и содержит дополнительные патрубки подачи дымовых газов в реактор, которые примыкают к боковой поверхности реактора так, что дымовые газы поступают в зону активного горения реактора по ходу движения каждого из упомянутых вихревых потоков, позволяет эффективно формировать вихревые потоки в реакторе котла-утилизатора, а также позволяет устранить застойные зоны в реакторе и организовать эффективное использование топлива, подаваемого в дымовые газы, которые отходят от борова в реактор котла-утилизатора.

Выполнение распределителя потока из поверхностей нагрева системы утилизации тепла дымовых газов в реакторе котла-утилизатора позволит увеличить надежность работы реактора котла-утилизатора, поскольку при выполнении распределителя потока из огнеупорных материалов приводит к их быстрому разрушению вследствие постоянно меняющихся температур.

Использование патрубка подачи топлива в дымовые газы, которые отходят из борова в реактор котла-утилизатора, при этом упомянутый патрубок подачи топлива расположен после зоны примыкания кольцевого коллектора к борову по ходу движения дымовых газов в борове, позволит осуществлять подачу топлива в дымовые газы, которые отходят из борова в реактор, в зону пересечения вихревых потоков, что обеспечивает адаптивную оптимизацию расхода топлива на обезвреживание дымовых газов котлом-утилизатором.

ЧЕРТЕЖИ

При рассмотрении вариантов осуществления настоящего изобретения используется узкая терминология. Однако настоящее изобретение не ограничивается принятыми терминами и следует иметь в виду, что каждый такой термин охватывает все эквивалентные элементы, которые работают аналогичным образом и используются для решения тех же самых задач.

На чертежах фиг.1-3 представлены графические пояснения промышленной применимости заявляемого котла-утилизатора в произвольном масштабе.

Фиг.1 - изображен реактор заявляемого котла-утилизатора;

Фиг.2 - изображен реактор заявляемого котла-утилизатора,

изображенного на фиг.1, в котором изображено движение

потоков дымовых газов в реакторе котла-утилизатора;

Фиг.3 - схематично изображен котел-утилизатор;

Фиг.4 - изображен вариант выполнения реактора котла-утилизатора, который содержит дополнительные патрубки подачи воздуха в дымовые газы.

Фиг.5 - изображен вариант выполнения реактора котла-утилизатора, изображенного на фиг.4, с наличием в борове регулятора потока дымовых газов, который расположен в зоне примыкания борова к реактору котла-утилизатора.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Заявляемый котел-утилизатор содержит реактор 1 (см. фиг.1-3), к нижней части которого примыкают две горелки 2₁ и 2₂, а к боковой поверхности реактора 1 примыкает боров 3 подвода дымовых газов, при этом дымовые газы, которые отходят из борова 3, поступают в зону активного горения 4 реактора 1, которая расположена в нижней его части.

Также котел-утилизатор содержит распределитель потока 5, который расположен в реакторе 1 на его боковой поверхности в упомянутой зоне активного горения 4 оппозитно зоне примыкания упомянутого борова 3 подвода дымовых газов, при этом благодаря распределителю потока 5 в реакторе 1 формируются два вихревых потока 6₁ и 6₂, которые взаимопересекаются друг с другом в реакторе 1 котла-утилизатора (см. фиг.4).

Также котел-утилизатор содержит систему утилизации тепла 7, которая расположена в упомянутом реакторе 1.

Также котел-утилизатор содержит кольцевой коллектор 8, который примыкает к борову 3 подачи дымовых газов в реактор 1 котла-утилизатора в зону пересечения двух вихревых потоков 6₁ и 6₂. При этом кольцевой коллектор 8 содержит дополнительные патрубки 9₁, 9₂, 9₃, 9₄ и 9₅ подачи дымовых газов из кольцевого коллектора 8 в зону активного горения 4 реактора 1. Дополнительные патрубки 9₁, 9₂, 9₃, 9₄ и 9₅ примыкают к боковой поверхности реактора 1 так, что дымовые газы поступают в зону активного горения 4 реактора 1 по ходу движения вихревых потоков 6₁ и 6₂ (фиг.2).

Также котел-утилизатор содержит патрубок отвода дымовых газов 10 (фиг.3). Патрубок отвода дымовых газов 10 из реактора 1 содержит дополнительную систему утилизации тепла 11 (фиг.3) и дымосос 12.

Также котел-утилизатор содержит патрубки подачи топлива 13₁ и 13₂ в дымовые газы, которые отходят из борова 3 в реактор 1 котла-утилизатора, при этом патрубки подачи топлива 13₁ и 13₂ расположены после зоны примыкания кольцевого коллектора 8 к борову 3 по ходу движения дымовых газов в борове 3.

Заявляемый котел-утилизатор работает следующим образом: дымовые газы, которые отводят от генерирующего агрегата, например от коксовой батареи (на чертежах не показано), поступают в боров 3, по которому они отходят к реактору 1 котла-утилизатора (примеры схем подключения котла-утилизатора к коксовой батареи раскрыты в патентах №RU2373255, UA41178, UA40854 и UA40853).

Дымовые газы, которые отходят из борова 3 в котел-утилизатор делятся на два потока дымовых газов.

Первый поток дымовых газов отходит из борова 3 в реактор 1, при этом в первый поток дымовых газов дополнительно подают топливо с помощью патрубков подачи топлива 13₁ и 13₂.

Второй поток дымовых газов отходит из борова 3 в кольцевой коллектор

8.

При этом первый поток дымовых газов отводится в зону активного горения 4 и зону пересечение двух вихревых потоков 6₁ и 6₂ в реакторе 1, при этом зона активного горения 4 сформирована с помощью двух факелов горелок 2₁ и 2₂, к которым подводится топливо (схема подвода топлива и воздуха к горелкам 2₁ и 2₂ на чертежах не изображена).

В зоне активного горения 4 формируются два взаимопересекающихся вихревых потока 6₁ и 6₂, которые имеют протяженность по всей высоте реактора 1. При этом благодаря системе утилизации тепла 7, которая выполнена в виде поверхностей нагрева, размещенных на внутренней поверхности реактора 1, происходит отбор тепла от дымовых газов, которые находятся в реакторе 1.

Как было сказано выше, вторая часть потока дымовых газов отходит в кольцевой коллектор 8 (фиг.2). Из кольцевого коллектора 8 дымовые газы отводятся через дополнительные патрубки 9₁, 9₂, 9₃, 9₄, и 9₅ в зону активного горения 4. При этом дымовые газы из дополнительных патрубков 9₁ и 9₂ отводятся в реактор 1 тангенциально по ходу движения вихревого потока 6₂, а дымовые газы из дополнительных патрубков 9₄ и 9₅ отводятся в реактор 1 тангенциально по ходу движения вихревого потока 6₂. Что касается патрубка 9₃, то из него дымовые газы отводятся по ходу движения вихревых потоков 6₁ и 6_2, благодаря подаче дымовых газов через дополнительные патрубки 9₁, 9₂, 9₃, 9₄ и 9₅ происходит усиление и стабилизация вихревых потоков 6₁ и 6₂ в рабочем объеме реактора 1.

Также следует отметить, что в реакторе 1 происходит соударение вихревых потоков 6₁ и 6₂, что приводит к активному перемешиванию и увеличению степени обезвреживания дымовых газов, что приводит к уменьшению рабочего объема реактора 1.

Из реактора 1 дымовые газы отводятся в патрубок отвода дымовых газов 10, в котором расположена дополнительная система утилизации тепла 11. При этом движение дымовых газов в котле-утилизаторе осуществляется посредством дымососа 12. Из патрубка отвода дымовых газов 10 дымовые газы отходят в дымовую трубу (на чертежах не изображена).

На фиг.4 изображен вариант реализации котла-утилизатора, который дополнительно содержит патрубки подачи воздуха 14₁ и 14₂ в дымовые газы, которые отходят из борова 3 в реактор 1 котла-утилизатора. При этом патрубки подачи воздуха 14₁ и 14₂ расположены перед зоной примыкания кольцевого коллектора 8 к борову 3 по ходу движения дымовых газов в борове 3. Благодаря патрубкам подачи воздуха 14₁ и 14₂ возможно равномерно поддерживать заданное значение коэффициента избытка воздуха в дымовых газах, что приводит к эффективному обезвреживанию дымовых газов в котле-утилизаторе, что также является преимуществом заявляемого изобретения.

Понятно, что выше представлено один из возможных вариантов осуществления настоящего изобретения. Настоящее изобретение не ограничивается вариантом, который был изложен выше и изображен на чертежах.

Например, возможен вариант, когда в борове расположен регулятор потока 15 дымовых газов в реактор 1 заявляемого котла-утилизатора (фиг.5). Благодаря использованию упомянутого регулятора потока 15 возможно регулировать скорость подачи дымовых газов из борова 3 в реактор 1, что является актуальным при изменении режима работы генерирующих агрегатов.

ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ

Технический результат заявляемого изобретения заключается в разработке компактного котла-утилизатора, который характеризуется простотой изготовления и эффективным обезвреживанием дымовых газов.

Также техническим результатом настоящего изобретения является увеличение эффективности утилизации тепла дымовых газов.

Изобретение относится к котлу-утилизатору, характеризующемуся наличием реактора, к нижней части которого примыкают две горелки, а к боковой поверхности реактора примыкает боров подвода дымовых газов, при этом дымовые газы, которые отходят из борова подвода дымовых газов, поступают в зону активного горения реактора, которая расположена в нижней его части, системы утилизации тепла дымовых газов, которые поступают в реактор котла-утилизатора, патрубка отвода дымовых газов из реактора, который содержит дополнительную систему утилизации тепла дымовых газов и, по меньшей мере, один дымосос. Котел-утилизатор также характеризуется тем, что дополнительно содержит распределитель потока дымовых газов, которые поступают из борова в реактор котла-утилизатора, при этом упомянутый распределитель расположен в упомянутой зоне активного горения оппозитно зоне примыкания упомянутого борова к реактору, в результате чего в реакторе формируются два взаимопересекающихся вихревых потока, кольцевой коллектор, который примыкает к борову подачи дымовых газов и содержит дополнительные патрубки подачи дымовых газов в реактор, которые примыкают к боковой поверхности реактора так, что дымовые газы поступают из кольцевого коллектора в зону активного горения реактора по ходу движения обоих упомянутых вихревых потоков. Предлагаемый котел-утилизатор является компактным и простым в изготовлении и при этом эффективным для обезвреживания дымовых газов. 4 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Котел-утилизатор, характеризующийся наличием,
- реактора, к нижней части которого примыкают две горелки, а к боковой поверхности реактора примыкает боров подвода дымовых газов, при этом дымовые газы, которые отходят из борова подвода дымовых газов, поступают в зону активного горения реактора, которая расположена в нижней его части,
- системы утилизации тепла дымовых газов, которые поступают в реактор котла-утилизатора,
- патрубка отвода дымовых газов из реактора, который содержит дополнительную систему утилизации тепла дымовых газов и, по меньшей мере, один дымосос,
отличающийся тем, что котел-утилизатор дополнительно содержит:
- распределитель потока дымовых газов, которые поступают из борова в реактор котла-утилизатора, при этом упомянутый распределитель расположен в упомянутой зоне активного горения оппозитно зоне примыкания упомянутого борова к реактору, в результате чего в реакторе формируются два взаимопересекающихся вихревых потока,
- кольцевой коллектор, который примыкает к борову подачи дымовых газов и содержит дополнительные патрубки подачи дымовых газов в реактор, которые примыкают к боковой поверхности реактора так,
что дымовые газы поступают из кольцевого коллектора в зону активного горения реактора по ходу движения обоих упомянутых вихревых потоков.

2. Котел-утилизатор по п.1, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, один патрубок подачи топлива в дымовые газы, которые отходят из борова в реактор котла-утилизатора, при этом упомянутый патрубок подачи топлива расположен после зоны примыкания кольцевого коллектора к борову по ходу движения дымовых газов в борове.

3. Котел-утилизатор по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что распределитель потока выполнен из поверхностей нагрева системы утилизации тепла дымовых газов в реакторе котла-утилизатора.

4. Котел-утилизатор по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, один патрубок подачи воздуха в дымовые газы, которые отходят в реактор котла-утилизатора, при этом упомянутый патрубок подачи воздуха расположен перед зоной примыкания кольцевого коллектора к борову по ходу движения дымовых газов в борове.

5. Котел-утилизатор по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что в борове расположен регулятор потока дымовых газов, который расположен в зоне примыкания борова к реактору котла-утилизатора.