УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ВОДОУГОЛЬНОГО ТОПЛИВА К СЖИГАНИЮ В КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ Российский патент 2024 года по МПК F23K5/00 

Изобретение относится к подготовке и подаче жидкого топлива в сжигающее устройство, а именно к подготовке водоугольного топлива к сжиганию в котельной установке, и может быть использовано на тепловых электрических станциях.

Известна система подготовки водоугольного топлива к сжиганию в энергетической котельной установке [RU 2036376 С1, МПК F22B 33/18 (1995.01), F23K 5/00 (1995.01), опубл. 27.05.1995], содержащая теплообменник предварительного подогрева жидкого топлива, сообщающийся подающим трубопроводом с узлом приготовления жидкого топлива, соединенного через отводящий трубопровод с горелкой котла, газоход продуктов сгорания которого соединен с конденсатором, сообщающимся через сборный бак сконденсированной воды с узлом приготовления жидкого топлива. В узел приготовления жидкого топлива дополнительно введен блок дробления и мокрого обогащения исходного угля, а теплообменник и конденсатор объединены в общем корпусе с образованием конденсационного теплообменника, водяной тракт которого соединен с блоком дробления и мокрого обогащения исходного угля.

Однако данная система не позволяет отчищать воду, используемую для получения водоугольного топлива, что приводит к образованию накипи и коррозии в котельной установке.

Известна система подготовки водоугольного топлива к сжиганию в энергетической котельной установке [RU 131313 U1, МПК B02C 19/00 (2006.01), опубл. 20.08.2013], выбранная в качестве прототипа, содержащая последовательно установленные: бункер угля, шнековый питатель, измельчающее устройство, емкость для приготовления суспензии, линию подачи воды в емкость, диспергатор-кавитатор с линией возврата, измельчитель-гомогенизатор тонкого помола, узел термоподготовки и горелочное устройство котлоагрегата, соединенные трубопроводами и насосами для подачи суспензии. Узел термоподготовки выполнен из трех вертикальных коаксиальных цилиндров: внешнего, среднего и внутреннего. Они образуют три проточные кольцевые камеры - внешнюю, среднюю и внутреннюю предварительного нагрева, основного нагрева и гомогенизации, с общими тангенциальным входным и аксиальным выходным патрубками, днищем и крышкой, сообщающихся через перфорации в верхней части среднего цилиндра и через переливное окно в нижней части внутреннего цилиндра, над которым установлен завихритель. В верхней части внутреннего цилиндра установлен конический кавитатор. В средней камере основного нагрева размещены трубчатые электронагреватели (ТЭНы) в кожухах.

В этой системе для подогрева водоугольного топлива используется узел термоподготовки, состоящий из трех цилиндров, что усложняет конструкцию установки.

Техническим результатом заявленного изобретения является создание устройства для подготовки водоугольного топлива к сжиганию в котельной установке.

Предложенное устройство для подготовки водоугольного топлива к сжиганию в котельной установке, так же как в прототипе, содержит бак для твердого низкосортного топлива, шнек, смешивающее устройство, горелку, трубопроводы и насосы.

Согласно изобретению, устройство содержит герметичный вертикально расположенный цилиндрический реактор гидратообразования, полость которого между его двойными боковыми стенками заполнена жидким хладагентом и соединена с термостатом. В крышку реактора гидратообразования вмонтирована первая мешалка, подключенная к первому электроприводу. Внутрь верхней части реактора гидратообразования, через противоположные боковые стенки, параллельно дну и напротив друг друга, вмонтированы форсунка и штуцер. Форсунка водопроводом, снабженным первым насосом, подсоединена к баку с водой. К штуцеру газопроводом через задвижку со вторым электроприводом подсоединен баллон, наполненный метаном. Внутрь крышки реактора гидратообразования вмонтированы датчик давления и датчик температуры. Внутри реактора гидратообразования установлен шибер, подключенный к третьему электроприводу. Ниже шибера под острым углом к нему расположена колосниковая решетка, нижний край которой подведен к сквозному отверстию в боковой поверхности реактора гидрообразования, которое соединено наклонным трубопроводом с баком для примесей. Под отверстием дне реактора гидратообразования установлен первый шнек, подключенный к четвертому электроприводу. Конец первого шнека подведен к отверстию в боковой стенке реактора диссоциации, внутри которого расположен змеевик, начало которого трубопроводом соединено с котельной установкой. Конец змеевика выведен в атмосферу. Сверху реактор диссоциации трубопроводом соединен с верхней частью реактора гидратообразования и газопроводом, оснащенным компрессором, связан с котельной установкой. Нижняя часть реактора диссоциации соединена трубопроводом с баком для очищенной воды и трубопроводом, оснащенным шиберной задвижкой с пятым электроприводом, с патрубком в боковой стенке смешивающего устройства, оснащенного второй мешалкой, подключенной к шестому электроприводу. В противоположной боковой стенке смешивающего устройства, напротив патрубка, выполнено отверстие, к которому подведен конец второго шнека, подключенного к седьмому электроприводу. Начало второго шнека расположено под отверстием на дне бака для твердого низкосортного топлива. Отверстие на дне смешивающего устройства соединено трубопроводом через шиберную задвижку, подключенную к восьмому электроприводу и второй насос с горелкой котельной установки. Термостат, электроприводы, насосы, датчик давления, датчик температуры, компрессор и персональный компьютер подключены к программируемому логическому контроллеру, который соединен с источником питания.

С помощью предложенного устройства синтезируют гидрат метана, который затем диссоциируют с помощью дымовых газов, выходящих из котельной установки. Охлаждение дымовых газов в змеевике снижает вредные выбросы в атмосферу. Одну часть полученной чистой воды используют для приготовления и подготовки водоугольного топлива к сжиганию, что предотвращает образование накипи и появление коррозии в котельной установке. Другую часть воды собирают для использования потребителем, а полученный газ метан подают в котельную установку в качестве еще одного топлива.

На фиг. 1 приведена схема устройства для подготовки водоугольного топлива к сжиганию в котельной установке.

На фиг. 2 приведена схема реактора гидратообразования.

На фиг. 3 приведена схема реактора диссоциации в разрезе.

На фиг. 4 приведена схема смешивающего устройства.

На фиг. 5 представлена схема соединений регулирующих устройств.

Устройство для подготовки водоугольного топлива к сжиганию в котельной установке содержит герметичный цилиндрический реактор гидратообразования 1 (фиг. 1) из нержавеющей стали, расположенный вертикально и выполненный с двойными боковыми стенками, полость 2 между которыми заполнена жидким хладагентом и соединена с термостатом 3 (Т) (фиг. 2). В крышку реактора гидратообразования 1 вмонтирована первая мешалка 4, подключенная к первому электроприводу 5. Через боковые стенки внутрь верхней части реактора гидратообразования 1, параллельно его дну, напротив друг друга, вмонтированы форсунка 6 и штуцер 7. К форсунке 6 водопроводом, снабженным первым насосом 8, подсоединен бак с водой 9 (БВ). Баллон 10 (Б), наполненный метаном, газопроводом через задвижку 11 с вторым электроприводом 12 подсоединен к штуцеру 7. Внутрь крышки реактора гидратообразования 1 вмонтированы датчик давления 13 и датчик температуры 14. Внутри реактора гидратообразования 1 установлен шибер 15, подключенный к третьему электроприводу 16. Ниже шибера 15 под острым углом к нему расположена колосниковая решетка 17, нижний край которой подведен к сквозному отверстию 18 в боковой поверхности реактора гидрообразования 1. Отверстие 18 соединено наклонным трубопроводом 19 с баком для примесей 20 (БП). На дне реактора гидратообразования 1 выполнено отверстие 21, под которым установлен первый шнек 22 (фиг. 1), подключенный к четвертому электроприводу 23.

Конец первого шнека 22 подведен к отверстию в боковой стенке реактора диссоциации 24 (РД), внутри которого расположен змеевик 25 (фиг. 3). Змеевик 25 трубопроводом соединен с патрубком 26, вмонтированным в отверстие для выхода дымовых газов из котельной установки 27 (КУ) (фиг. 1). Конец змеевика 25 выведен в атмосферу. Патрубок 28, выполненный в верхней части реактора диссоциации 24 (РД), соединен трубопроводом c патрубком 29 в крышке реактора гидратообразования 1 и газопроводом 30, оснащенным компрессором 31, с котельной установкой 27 (КУ).

Патрубок 32, выполненный на дне реактора диссоциации 24 (РД), соединен трубопроводом с баком для очищенной воды 33 (БОВ) и трубопроводом, оснащенным шиберной задвижкой 34 с пятым электроприводом 35, с патрубком 36, выполненным сбоку смешивающего устройства 37 (СУ).

Смешивающее устройство 37 (СУ) оснащено второй мешалкой 38 (фиг. 4), подключенной к шестому электроприводу 39. К отверстию в боковой стенке смешивающего устройства 37 (СУ), напротив патрубка 36 подведен конец второго шнека 40, подключенного к седьмому электроприводу 41 (фиг. 1). Начало второго шнека 40 расположено под отверстием на дне бака для твердого низкосортного топлива 42 (БТНТ). На дне смешивающего устройства 37 (СУ) выполнено отверстие, которое соединено трубопроводом 43 через шиберную задвижку 44, подключенную к восьмому электроприводу 45, и второй насос 46 с горелкой 47 котельной установки 27 (КУ).

Термостат 3 (Т) (фиг. 5), первый электропривод 5 (Э1), первый насос 8 (Н1), второй электропривод 12 (Э2), датчик давления 13 (ДД), датчик температуры 14 (ДТ), третий электропривод 16 (Э3), четвертый электропривод 23 (Э4), компрессор 31 (К), пятый электропривод 35 (Э5), шестой электропривод 39 (Э6), седьмой электропривод 41 (Э7), восьмой электропривод 44 (Э8), второй насос 46 (Н2) и персональный компьютер 48 (ПК) (фиг. 5) подключены к программируемому логическому контроллеру 49 (ПЛК), который подключен к источнику питания 50 (ИП).

Полость 2 между боковыми стенками реактора гидратообразования 1, выдерживающего давление до 16 Мпа, заполнена антифризом или тосолом. Использован термостат КРИО-ВТ-12-1. В качестве мешалок 4, 38 использованы 6-лопастные мешалки, в качестве электроприводов – электроприводы Hindustan electric motors. Была использована форсунка 6 мелкодисперсного распыла воды типа ТУМАН ФМТ-100 с резьбой M20Ч1,5 с углом распыла от 45° до 90°. Использован штуцер 7 длиной 80 мм с резьбой M20Ч1,5. Первый насос 8 (Н1) – насос WILO CRONOBLOC BL-E 100/200-5,5/4-R1. Датчик давления 13 (ДД) – преобразователь аналоговых сигналов измерительный универсальный Овен ИТП-100. Датчик температуры 14 (ДТ) – ТПС Овен ДТСхх5 с коммутационной головкой EXIA и гильзой M20Ч1,5, НСХ 50М с диапазоном измерений -50…+180℃. Были использованы шнеки 22 и 40 марки T 206/2. Котельная установка 27(КУ) - котел ICI Caldaie REX 7, работающий на газе и мазуте. В качестве второго насоса 46 (Н2) использован насос Varisco V250 с максимальной вязкостью 60000 сСт.

Температуру в реакторе гидратообразования 1 устанавливают в пределах от -3℃ до -10℃ с помощью термостата 3 (Т), задающего выходную температуру хладогента, заполняющего полость 2 между боковыми стенками реактора гидратообразования 1. Если температура ниже -10℃, то понижают давление в реакторе гидратообразования 1 до 70 бар. Если температура выше -3 ℃, то повышают давление в реакторе гидратообразования 1 до 90 бар. Когда температуру в реакторе гидратообразования 1 составляет от -3℃ до -10℃, запускают вращение первой мешалки 4 с помощью первого электродвигателя 5, на который поступает сигнал от программируемого логического контролера 49 (ПЛК), питающегося от источника питания 50 (ИП). Частоту оборотов первой мешалки 4 выбирают в диапазоне от 350 до 1300 об/мин. Затем в реактор гидратообразования 1 подают воду комнатной температуры, в объеме 10-15 л, распыляя ее через форсунку 6 до мелкодисперсного состояния. Воду подают из бака с водой 9 (БВ) по водопроводу с помощью первого насоса 8. При вращении первой мешалки 4 вода распределяется по стенкам реактора гидратообразования 1 и в него через штуцер 7 подают метан комнатной температуры по газопроводу из баллона 10 (Б), открыв задвижку 11 с помощью второго электропривода 12, на который поступает сигнал от программируемого логического контролера 49 (ПЛК). Метан подают до тех пор, пока давление в реакторе гидратообразования 1 не достигнет 80 бар. Давление в реакторе гидратообразования 1 измеряют датчиком давления 13, температуру – датчиком температуры 14. Сигналы о значениях давления и температуры поступают в программируемый логический контролер 49 (ПЛК) и после него отображаются на персональном компьютере 48 (ПК). Газ и тонкораспыленная вода смешиваются с помощью первой мешалки 4, образуя водно-газовую смесь. Начало процесса гидратообразования отслеживают по постепенно повышающейся температуре и понижающемуся давлению в реакторе гидратообразования 1. Гидратообразование считают законченным, когда давление перестанет изменяться, то есть достигнет равновесного состояния 25,1 бар. После завершения процесса гидратообразования открывают шибер 15 с помощью третьего электропривода 16, управляемого программируемым логическим контролером 49 (ПЛК). Смесь гидрата метана с примесями разделяют с помощью колосниковой решетки 17. Примеси размером 1-3 мм после колосниковой решетки 17 через отверстие 18 по наклонному трубопроводу 19 сбрасывают в бак для примесей 20 (БП). Гидрат метана размером 0,1-0,3 мм, пройдя через колосниковую решетку 17, падает в отверстие 21 и попадает на первый шнек 22, который запускают с помощью четвертого электропривода 23, управляемого программируемым логическим контролером 49 (ПЛК). По первому шнеку 22 гидрат метана подают в реактор диссоциации 24 (РД) через отверстие в его боковой стенке.

Реактор диссоциации 24 (БД) нагревают до 50 °С с помощью змеевика 25, по которому циркулируют дымовые газы. Дымовые газы выходят из котельной установки 27 (КУ) через патрубок 26 с температурой 170 °С, циркулируют по змеевику 25, охлаждаясь до 140 °С, и удаляются в атмосферу.

Гидрат метана подают в реактор диссоциации 24 (РД) и нагревают до тех пор, пока он не распадется на газ и воду. Затем выделившийся метан попадает в патрубок 28, где соединяется с непрореагировавшим метаном в процессе гидратообразования, выходящим из патрубка 29, который находится в верхней части реактора гидратообразования 1. Метан с помощью компрессора 31 по газопроводу 30 подают в котельную установку 27 (КУ). Вода из реактора диссоциации 24 (РД) попадает в патрубок 32, откуда ее разделяют на части с помощью шиберной задвижки 34 и пятого электропривода 35, управляемого программируемым логическим контролером 49 (ПЛК). Около 70 % воды сливают в бак для очищенной воды 33 (БОВ), а оставшиеся 30% воды подают через патрубок 36 в смешивающее устройство 37 (СУ).

В смешивающее устройство 37 (СУ) подают чистую воду из реактора диссоциации 24 (РД) и отходы угольной промышленности по второму шнеку 40, управляемому седьмым электроприводом 41 по сигналу программируемого логического контролера 49 (ПЛК), от бака для твердого низкосортного топлива 42 (БТНТ) в пропорции 50 на 50. Компоненты смешивают с помощью второй мешалки 38, запуская шестой электропривод 39 по сигналу программируемого логического контролера 49 (ПЛК). Готовую смесь через отверстие на дне смешивающего устройства 37 (СУ), открыв шиберную задвижку 44 с помощью восьмого электропривода 45, управляемого программируемым логическим контролером 49 (ПЛК), по трубопроводу 43 с помощью второго насоса 46 подают к горелке 47 котельной установки 27 (КУ).

Изобретение относится к подготовке и подаче жидкого топлива в сжигающее устройство, а именно к подготовке водоугольного топлива к сжиганию в котельной установке, и может быть использовано на тепловых электрических станциях. Устройство для подготовки водоугольного топлива к сжиганию в котельной установке содержит герметичный вертикально расположенный цилиндрический реактор гидратообразования, полость которого между его двойными боковыми стенками заполнена жидким хладагентом и соединена с термостатом. В крышку реактора гидратообразования вмонтирована первая мешалка, подключенная к первому электроприводу. Внутрь верхней части реактора гидратообразования, через противоположные боковые стенки, параллельно дну и напротив друг друга, вмонтированы форсунка и штуцер. Форсунка водопроводом, снабженным первым насосом, подсоединена к баку с водой. К штуцеру газопроводом через задвижку со вторым электроприводом подсоединен баллон, наполненный метаном. Внутрь крышки реактора гидратообразования вмонтированы датчик давления и датчик температуры. Внутри реактора гидратообразования установлен шибер, подключенный к третьему электроприводу. Ниже шибера под острым углом к нему расположена колосниковая решетка, нижний край которой подведен к сквозному отверстию в боковой поверхности реактора гидрообразования, которое соединено наклонным трубопроводом с баком для примесей. Под отверстием на дне реактора гидратообразования установлен первый шнек, подключенный к четвертому электроприводу. Конец первого шнека подведен к отверстию в боковой стенке реактора диссоциации, внутри которого расположен змеевик, начало которого трубопроводом соединено с котельной установкой. Конец змеевика выведен в атмосферу. Сверху реактор диссоциации трубопроводом соединен с верхней частью реактора гидратообразования и газопроводом, оснащенным компрессором, связан с котельной установкой. Нижняя часть реактора диссоциации соединена трубопроводом с баком для очищенной воды и трубопроводом, оснащенным шиберной задвижкой с пятым электроприводом, с патрубком в боковой стенке смешивающего устройства, оснащенного второй мешалкой, подключенной к шестому электроприводу. В противоположной боковой стенке смешивающего устройства напротив патрубка выполнено отверстие, к которому подведен конец второго шнека, подключенного к седьмому электроприводу. Начало второго шнека расположено под отверстием на дне бака для твердого низкосортного топлива. Отверстие на дне смешивающего устройства соединено трубопроводом через шиберную задвижку, подключенную к восьмому электроприводу, и второй насос с горелкой котельной установки. Термостат, электроприводы, насосы, датчик давления, датчик температуры, компрессор и персональный компьютер подключены к программируемому логическому контроллеру, который соединен с источником питания. Технический результат: подготовка водоугольного топлива к сжиганию. 5 ил.

Устройство для подготовки водоугольного топлива к сжиганию в котельной установке, содержащее бак для твердого низкосортного топлива, шнек, смешивающее устройство, горелку, трубопроводы и насосы, отличающееся тем, что дополнительно содержит герметичный вертикально расположенный цилиндрический реактор гидратообразования, полость которого между его двойными боковыми стенками заполнена жидким хладагентом и соединена с термостатом, в крышку реактора гидратообразования вмонтирована первая мешалка, подключенная к первому электроприводу, внутрь верхней части реактора гидратообразования, через противоположные боковые стенки, параллельно дну и напротив друг друга, вмонтированы форсунка и штуцер, форсунка водопроводом, снабженным первым насосом, подсоединена к баку с водой, к штуцеру газопроводом через задвижку со вторым электроприводом подсоединен баллон, наполненный метаном, внутрь крышки реактора гидратообразования вмонтированы датчик давления и датчик температуры, внутри реактора гидратообразования установлен шибер, подключенный к третьему электроприводу, ниже шибера под острым углом к нему расположена колосниковая решетка, нижний край которой подведен к сквозному отверстию в боковой поверхности реактора гидрообразования, которое соединено наклонным трубопроводом с баком для примесей, под отверстием на дне реактора гидратообразования установлен первый шнек, подключенный к четвертому электроприводу, конец первого шнека подведен к отверстию в боковой стенке реактора диссоциации, внутри которого расположен змеевик, начало которого трубопроводом соединено с котельной установкой, конец змеевика выведен в атмосферу, сверху реактор диссоциации трубопроводом соединен с верхней частью реактора гидратообразования и газопроводом, оснащенным компрессором, связан с котельной установкой, нижняя часть реактора диссоциации соединена трубопроводом с баком для очищенной воды и трубопроводом, оснащенным шиберной задвижкой с пятым электроприводом, с патрубком в боковой стенке смешивающего устройства, оснащенного второй мешалкой, подключенной к шестому электроприводу, в противоположной боковой стенке смешивающего устройства напротив патрубка выполнено отверстие, к которому подведен конец второго шнека, подключенного к седьмому электроприводу, причем начало второго шнека расположено под отверстием на дне бака для твердого низкосортного топлива, отверстие на дне смешивающего устройства соединено трубопроводом через шиберную задвижку, подключенную к восьмому электроприводу, и второй насос с горелкой котельной установки, при этом термостат, электроприводы, насосы, датчик давления, датчик температуры, компрессор и персональный компьютер подключены к программируемому логическому контроллеру, который соединен с источником питания.