Способ работы котельной установки Российский патент 2023 года по МПК F22B33/18 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в котельных установках, работающих на природном газе.

Известен аналог – способ работы котельной установки (см. патент РФ № 2777998, БИ № 23, 2022), по которому в котел подают питательную воду, органическое топливо и воздух, в топке котла в процессе сжигания органического топлива образуются продукты сгорания и вырабатывается перегретый водяной пар, отводят из котла продувочную воду, перегретый водяной пар и продукты сгорания, которые последовательно охлаждают в пароперегревателе, водяном экономайзере, воздухоподогревателе и конденсационном поверхностном теплообменнике с конденсацией части содержащихся в уходящих продуктах сгорания водяных паров, отводимую из котла продувочную воду направляют в расширитель непрерывной продувки, где часть продувочной воды вскипает с образованием вторичного водяного пара, который по паропроводу отводят из расширителя непрерывной продувки, охлажденные ниже точки росы в конденсационном поверхностном теплообменнике уходящие продукты сгорания подогревают в рекуперативном теплообменнике неиспарившейся в расширителе непрерывной продувки продувочной водой и отводят в атмосферу, в качестве органического топлива используют природный газ. Данный аналог принят за прототип.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что при реализации известного способа котельная установка обладает пониженной эффективностью работы, так как не указывается способ снижения образования термических и топливных оксидов азота в зоне активного горения органического топлива. При сжигании природного газа наибольшее влияние на образование термических оксидов азота в топке котла оказывает температура в зоне активного горения, с достижением которой 1000 – 1500°С и выше происходит экспоненциальный рост образования термических оксидов азота, а на образование топливных оксидов азота в топке котла наибольшее влияние оказывает избыток кислорода в зоне горения органического топлива, при увеличении которого образование топливных оксидов азота возрастает.

Сущность изобретения заключается в следующем. С целью повышения эффективности работы котельной установки путем уменьшения образования термических и топливных оксидов азота за счет снижения температуры продуктов сгорания и избытков кислорода в зоне активного горения органического топлива предлагается в топке котла установить соединенную с расширителем непрерывной продувки паропроводом паровую форсунку, посредством которой осуществлять распыливание в зону активного горения органического топлива образующегося в расширителе непрерывной продувки из продувочной воды вторичного водяного пара при давлении 0,2 – 0,25 МПа в количестве 5 – 8% от расхода органического топлива на котел, при этом для повышения качества распыливания вторичного водяного пара путем достижения сверхзвуковой скорости на выходе водяного пара из форсунки выходную часть форсунки целесообразно выполнить в форме сопла Лаваля.

Распыливание в зону активного горения органического топлива вторичного водяного пара, образующегося в расширителе непрерывной продувки из продувочной воды, обусловливает снижение температуры продуктов сгорания в зоне горения за счет осуществления теплосъёма в локальных зонах максимальных температур факела и уменьшение образования термических оксидов азота. Метод локального дозированного впрыска водяного пара приводит к меньшему расходу впрыскиваемого водяного пара и эффективному подавлению термических оксидов азота. При этом процесс горения органического топлива будет осуществляться с пониженными избытками кислорода за счет активного участия водяного пара в окислении углеводородов органического топлива, что одновременно обусловливает уменьшение образования топливных оксидов азота. Кроме того, впрыск в зону активного горения органического топлива вторичного водяного пара повышает теплофизические параметры продуктов сгорания, что интенсифицирует теплообмен между продуктами сгорания и поверхностями нагрева котла и дополнительно повышает эффективность работы котельной установки.

Технический результат – повышение эффективности работы котельной установки.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе работы котельной установки, по которому в котел подают питательную воду, органическое топливо и воздух, в топке котла в процессе сжигания органического топлива образуются продукты сгорания и вырабатывается перегретый водяной пар, отводят из котла продувочную воду, перегретый водяной пар и продукты сгорания, которые последовательно охлаждают в пароперегревателе, водяном экономайзере, воздухоподогревателе и конденсационном поверхностном теплообменнике с конденсацией части содержащихся в уходящих продуктах сгорания водяных паров, отводимую из котла продувочную воду направляют в расширитель непрерывной продувки, где часть продувочной воды вскипает с образованием вторичного водяного пара, который по паропроводу отводят из расширителя непрерывной продувки, охлажденные ниже точки росы в конденсационном поверхностном теплообменнике уходящие продукты сгорания подогревают в рекуперативном теплообменнике неиспарившейся в расширителе непрерывной продувки продувочной водой и отводят в атмосферу, в качестве органического топлива используют природный газ. Особенность способа работы котельной установки заключается в том, что для уменьшения образования термических и топливных оксидов азота за счет снижения температуры продуктов сгорания и избытков кислорода в зоне активного горения органического топлива котельную установку дополнительно снабжают установленной в топке котла и соединенной с расширителем непрерывной продувки паропроводом паровой форсункой, посредством которой осуществляют распыливание в зону активного горения органического топлива образующегося в расширителе непрерывной продувки из продувочной воды вторичного водяного пара при давлении 0,2 – 0,25 МПа в количестве 5 – 8% от расхода органического топлива на котел, при этом для повышения качества распыливания вторичного водяного пара путем достижения сверхзвуковой скорости на выходе водяного пара из форсунки выходную часть форсунки выполняют в форме сопла Лаваля.

На чертеже представлена схема котельной установки, поясняющая предлагаемый способ.

Котельная установка содержит топку котла 1 с барабаном 2, пароперегреватель 3, водяной экономайзер 4, воздухоподогреватель 5, конденсационный поверхностный теплообменник 6, сборник 7 конденсата водяных паров из уходящих продуктов сгорания с гидравлическим затвором 8 и сепарационное устройство-каплеуловитель 9, последовательно установленные в газоходе 10 после воздухоподогревателя 5 по ходу уходящих продуктов сгорания, рекуперативный теплообменник 11, установленный в газоходе 10 перед дымососом 12, трубопровод 13 непрерывного отвода продувочной воды из барабана 2 котла 1 в расширитель непрерывной продувки 14, паропровод 15 отвода вторичного водяного пара из расширителя непрерывной продувки 14 в паровую форсунку 16, расположенную в топке котла 1 и выполненную в форме сопла Лаваля, водопровод 17 подачи концентрата из расширителя непрерывной продувки 14 в рекуперативный теплообменник 11, бак-резервуар 18 сбора обессоленной воды, выделяющейся в конденсационном поверхностном теплообменнике 6 из уходящих продуктов сгорания при их охлаждении ниже точки росы.

Способ реализуется следующим образом.

В топку котла 1 подают органическое топливо и воздух, питательную воду подогревают в водяном экономайзере 4 и направляют в барабан 2. В топке котла 1 в процессе сжигания природного газа образуются продукты сгорания и вырабатывается водяной пар, который выделяется в барабане 2, водяной пар направляют в пароперегреватель 3, где его перегревают до заданной температуры и отводят потребителю (на чертеже не показан). Из барабана 2 котла 1 по трубопроводу 13 отводят продувочную воду в расширитель непрерывной продувки 14.

В расширителе непрерывной продувки 14 часть продувочной воды вскипает, образуются вторичный водяной пар и концентрат продувки – неиспарившаяся продувочная вода. Вторичный водяной пар по паропроводу 15 подачи вторичного водяного пара из расширителя непрерывной продувки 14 отводят в паровую форсунку 16, расположенную в топке котла 1 и выполненную в форме сопла Лаваля. Посредством паровой форсунки 16, осуществляют распыливание в зону активного горения органического топлива вторичного водяного пара при давлении 0,2 – 0,25 МПа в количестве 5 – 8 % от расхода органического топлива на котел 1. При этом для повышения качества распыливания вторичного водяного пара, путем достижения сверхзвуковой скорости на выходе водяного пара из форсунки 16, выходную часть форсунки 16 выполняют в форме сопла Лаваля.

Распыливание в зону активного горения органического топлива вторичного водяного пара, образующегося в расширителе непрерывной продувки 14 из продувочной воды, обусловливает снижение температуры продуктов сгорания в зоне горения за счет осуществления теплосъёма в локальных зонах максимальных температур факела и уменьшение образования термических оксидов азота. Метод локального дозированного впрыска водяного пара приводит к меньшему расходу впрыскиваемого водяного пара и эффективному подавлению термических оксидов азота. При этом процесс горения органического топлива в топке котла 1 будет осуществляться с пониженными избытками кислорода за счет активного участия водяного пара в окислении углеводородов органического топлива, что одновременно обусловливает уменьшение образования топливных оксидов азота. Кроме того, содержание в продуктах сгорания органического топлива водяных паров повышает теплофизические параметры продуктов сгорания, что интенсифицирует теплообмен между продуктами сгорания и поверхностями нагрева котла 1, что дополнительно повышает эффективность работы котельной установки.

Концентрат продувки из расширителя непрерывной продувки 14 при температуре 120 – 127°С по трубопроводу 17 направляют в рекуперативный теплообменник 11, где концентратом продувки осуществляют подогрев уходящих продуктов сгорания.

Продукты сгорания природного газа из топки котла 1 последовательно проходят пароперегреватель 3, водяной экономайзер 4, воздухоподогреватель 5 и конденсационный поверхностный теплообменник 6. В конденсационном поверхностном теплообменнике 6 в процессе теплообмена уходящих продуктов сгорания и воды продукты сгорания охлаждают ниже точки росы, а воду подогревают и направляют на водоподготовительную установку (на чертеже не показана). В процессе охлаждения ниже точки росы уходящих продуктов сгорания происходит конденсация части содержащихся в них водяных паров, с выделением обессоленной воды. При этом полезно используются как физическая теплота уходящих продуктов сгорания, так и скрытая теплота конденсации части содержащихся в них водяных паров, что снижает потери теплоты с уходящими продуктами сгорания и повышает экономичность котельной установки. Охлажденные ниже точки росы уходящие продукты сгорания проходят сепарационное устройство-каплеуловитель 9, где от уходящих продуктов сгорания отделяется капельная влага, и направляются в рекуперативный теплообменник 11, в котором подогреваются концентратом продувки, отводимым по водопроводу 17 при температуре 120 – 127°С, что повышает надежность работы наружных газоходов и дымовой трубы (на чертеже не показана). Подогретые уходящие продукты сгорания дымососом 12 через дымовую трубу отводят в атмосферу.

Обессоленную воду, выделяющуюся из уходящих продуктов сгорания в процессе их охлаждения ниже точки росы в конденсационном поверхностном теплообменнике 6, направляют в сборник 7, из которого через гидравлический затвор 8 непрерывно отводят в бак–резервуар 18 сбора обессоленной воды.

Таким образом, впрыск вторичного водяного пара из расширителя непрерывной продувки в зону активного горения органического топлива обусловливает уменьшение образования термических оксидов азота за счет снижения температуры продуктов сгорания в зоне горения и уменьшение образования топливных оксидов азота за счет снижения избытков кислорода в зоне горения вследствие активного участия водяного пара в окислении углеводородов органического топлива, при этом повышаются теплофизические параметры продуктов сгорания и интенсифицируется теплообмен между продуктами сгорания и поверхностями нагрева котла, что повышает эффективность работы котельной установки.

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в котельных, работающих на природном газе. Способ работы котельной установки, по которому в котел подают питательную воду, органическое топливо и воздух. В топке котла образуются продукты сгорания и вырабатывается перегретый водяной пар. Перегретый водяной пар и продукты сгорания последовательно охлаждают в пароперегревателе, водяном экономайзере, воздухоподогревателе и конденсационном поверхностном теплообменнике. Отводимую из котла продувочную воду направляют в расширитель непрерывной продувки, где часть продувочной воды вскипает с образованием вторичного водяного пара, который по паропроводу отводят из расширителя непрерывной продувки. Охлажденные ниже точки росы в конденсационном поверхностном теплообменнике уходящие продукты сгорания подогревают в рекуперативном теплообменнике неиспарившейся в расширителе непрерывной продувки продувочной водой и отводят в атмосферу. Котельную установку дополнительно снабжают установленной в топке котла и соединенной с расширителем непрерывной продувки паропроводом паровой форсункой, посредством которой осуществляют распыливание в зону активного горения органического топлива образующегося в расширителе непрерывной продувки из продувочной воды вторичного водяного пара при давлении 0,2-0,25 МПа в количестве 5-8 % от расхода органического топлива на котел. Выходную часть форсунки выполняют в форме сопла Лаваля. При реализации изобретения уменьшается образование термических и топливных оксидов азота за счет снижения температуры продуктов сгорания и избытков кислорода в зоне активного горения органического топлива.

Способ работы котельной установки, по которому в котел подают питательную воду, органическое топливо и воздух, в топке котла в процессе сжигания органического топлива образуются продукты сгорания и вырабатывается перегретый водяной пар, отводят из котла продувочную воду, перегретый водяной пар и продукты сгорания, которые последовательно охлаждают в пароперегревателе, водяном экономайзере, воздухоподогревателе и конденсационном поверхностном теплообменнике с конденсацией части содержащихся в уходящих продуктах сгорания водяных паров, отводимую из котла продувочную воду направляют в расширитель непрерывной продувки, где часть продувочной воды вскипает с образованием вторичного водяного пара, который по паропроводу отводят из расширителя непрерывной продувки, охлажденные ниже точки росы в конденсационном поверхностном теплообменнике уходящие продукты сгорания подогревают в рекуперативном теплообменнике неиспарившейся в расширителе непрерывной продувки продувочной водой и отводят в атмосферу, в качестве органического топлива используют природный газ, отличающийся тем, что для уменьшения образования термических и топливных оксидов азота за счет снижения температуры продуктов сгорания и избытков кислорода в зоне активного горения органического топлива котельную установку дополнительно снабжают установленной в топке котла и соединенной с расширителем непрерывной продувки паропроводом паровой форсункой, посредством которой осуществляют распыливание в зону активного горения органического топлива образующегося в расширителе непрерывной продувки из продувочной воды вторичного водяного пара при давлении 0,2-0,25 МПа в количестве 5-8% от расхода органического топлива на котел, при этом для повышения качества распыливания вторичного водяного пара путем достижения сверхзвуковой скорости на выходе водяного пара из форсунки выходную часть форсунки выполняют в форме сопла Лаваля.