RU177803U1 - Котлоагрегат - Google Patents

Abstract

РЕФЕРАТПолезная модель относится к области теплоэнергетики, а конкретно к котлостроению, и может быть использовано в паровых котлоагрегатах для стационарной энергетики и в транспортабельных паровых котлах.Технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью, заключается в расширении арсенала технических средств и повышении стабильности эксплуатационных и технических параметров тепловой производительности котлоагрегата при существенном увеличении срока службы и времени наработки на отказ, комфортности обслуживания и легкости транспортировки.Заявленный технический результат достигается тем, что используют котлоагрегат, содержащий водотрубный паровой котел барабанного типа, содержащий, паровой барабан, с верхним расположением, сопряженный с топочной камерой с водяным охлаждением, снабженной на фронтальной торцевой части горелкой с горизонтальным развитием факела и трубной решеткой в тыльной части топочной камеры, соединенной с линиями подвода топлива и воздуха к горелке и сопряженными между собой теплообменниками в активной зоне конвективного газохода. При этом топочная камера и конвективный газоход расположены линейно, на одном уровне по нижнему основанию, с формообразованием зоны конвективного газохода с увеличенным поперечным сечением, близким к прямоугольному, по отношению к поперечному сечению топочной камеры, расположенной соосно по нижнему уровню, при этом барабан разнесен с топочной камерой и размещен продольно, вдоль верхнего бокового ребра ее габарита с образованием верхнего бокового ребра габарита котла в области топочной камеры. Теплообменники конвективного газохода выполнены секционными, и включают расположенные линейно по направлению от фронтальной торцевой части котла, по меньшей мере, одну секцию пароперегревателя и испарителя, вертикального настенного расположения, вдоль, по меньшей мере, одной из боковых сторон габарита котла в зоне конвективного газохода, а горелка выполнена двухтопливной, модулирующей и оснащена системой управления, обеспечивающую работу горелки на попутном газе, сырой нефти, а также их совместном использовании.. 16 з.п.ф., 4 илл.

Description

F22B23/00 

F22B 37/12

F22G 7/00

КОТЛОАГРЕГАТ

Описание полезной модели

Назначение и область применения

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, а конкретно к котлостроению, и может быть использовано в паровых котлоагрегатах для стационарной энергетики и в транспортабельных паровых котлах.

Предшествующий уровень техники

Из предшествующего уровня техники известен котлоагрегат, включающий смонтированные в каркасе и сообщенные между собой топку, поворотный газоход и опускную шахту, размещенный в топке задний экран с аэродинамическим выступом и вертикальным участком, трубы которого скреплены посредством соединительных элементов в группы, каждая из которых подвешена к соответствующему опорному средству с помощью подвесных элементов, верхний коллектор заднего экрана, сообщенный с трубами последнего и подвешенный к верхним элементам каркаса котла и размещенные в поворотном газоходе пароперегреватель с подовым экраном, часть которого входит в опускную шахту и промежуточный коллектор подового экрана, сообщенный с трубами последнего [М.В. Мейкляр. Современные котельные агрегаты ТКЗ. с. 150-152, рис. 6-14(б). - М.: Энергия, 1978]. Недостатком данного устройства является относительно низкая эффективность использования топлива из-за ограничений по площади размещаемых в газоходе поверхностей нагрева.

Кроме того, известен паровой котел и котлоагрегат, содержащий цилиндрический барабан, топку с колосниковой решеткой и зольником, газоход с дымовой трубой, паросборник, установленный в верхней части цилиндрического барабана, пароперегреватель, размещенный в газоходе, при этом, продольная ось топки смещена вниз относительно продольной оси цилиндрического барабана, а топка имеет форму пустотелого цилиндра, закрытого с обеих сторон крышками, на верхнем своде которого выполнены на некотором расстоянии друг от друга в продольном и поперечном направлениях прямоугольные сквозные каналы, в которые вставлены и приварены к верхнему своду топки теплопередающие устройства, установленные так, что продольная ось каждого из них лежит на линии радиуса топки и проходит через центр окружности последней, причем теплопередающие устройства выполнены в форме тепловых труб, каждая из которых имеет прямоугольный пустотелый короб, к которому приварены сверху и снизу крышки, а внутрь каждой тепловой трубы залита жидкость на 1/4 объема через отверстие в верхней крышке, закрытое пробкой, причем нижние части тепловых труб, являющиеся зонами нагрева и испарения, выходят в топочное пространство, а верхние части тепловых труб, являющиеся зонами охлаждения и конденсации, расположены веерообразно в верхней части цилиндрического барабана, омываются водой и имеют ребра охлаждения [RU 2373455, C1, F22B 7/00, F28D 15/02, 20.11.2009]. Недостатком устройства является относительно низкая экономичность.

Известен котлоагрегат, содержащий размещенные в корпусе прямоугольного сечения горизонтальные топку и последовательно расположенные конвективные газоходы, в которых размещен котельный пучок из труб, замкнутых на верхний и нижний барабан. При этом трубы котельного пучка изогнуты таким образом, что их верхние и нижние участки параллельны стенкам корпуса.

Недостатком известной конструкции является недостаточное использование при транспортировке, например, по железной дороге полезного сечения подвижного состава, что приводит либо к ограничению тепловой производительности котла, либо к увеличению его длины и, соответственно, повышению металлоемкости.

Из заявки Великобритании №2151344, МПК F22B 1/00, F23M 5/08, дата публикации 17.07.1985 г.,, известен прямоточный водотрубный паровой котел, содержащий корпус с размещенной в торце горелкой, камерой сгорания, теплообменниками в активной зоне, соединенными с экономайзером, систему подвода топлива и воздуха к горелке. Недостатком котла по указанному изобретению является подвод питательной воды в горизонтальный котел сверху и отвод пара снизу, что приводит к необходимости укреплять корпус в местах подвода и отвода трубопроводов с питательной водой. Это увеличивает габариты и массу корпуса котла, уменьшая энергосъем пара с единицы объема котла.

Из авторского свидетельства СССР №1793144, МПК F22B 1/18, 27/16, дата публикации 07.02.93, на изобретение "Теплогенератор Ломанова", известен котлоагрегат, содержащий корпус с размещенной в торце горелкой, с камерой сгорания, систему подвода топлива и воздуха к горелке, корпус котла выполнен многослойным, с размещением между слоями, образующими силовую конструкцию корпуса, охладителя, в качестве которого использована питательная вода. Недостатком данного решения котла является отсутствие экономайзера и теплообменников в активной зоне, что снижает производительность котла и энергосъем пара с единицы объема котла.

Известен паровой водотрубный котел финской фирмы "Раума-Репола" типа UNEX NA, содержащий скрепленные друг с другом пароводяной и водяной барабаны торообразной формы с плоскими верхним днищем и трубной доской посредством двух рядов вертикальных испарительных труб. Топочное устройство расположено по оси котла над пароводяным барабаном, а топочное пространство в виде топки снабжено с внешней стороны радиационной поверхностью теплообмена в виде первого и второго рядов труб, образующих в совокупности трубный пучок. Газы из топки проходят через пучок труб и отводятся в газоотводный патрубок (см. Енин В.И. и др. Судовые котельные установки. М.: Транспорт, 1993, с. 107, 109-110).

Из уровня техники известно также техническое решение котлоагрегата по патенту RU 2090805, F24D 17/00, 20.09.1997, содержащее, по меньшей мере, водотрубный паровой котел барабанного типа, содержащий, паровой барабан, с верхним расположением, сопряженный с топочной камерой с водяным охлаждением, снабженной на фронтальной торцевой части средствами для присоединения горелки с горизонтальным развитием факела, горелкой и трубной решеткой в тыльной части топочной камеры, соединенной с линиями подвода топлива и воздуха к горелке и сопряженными между собой теплообменниками в активной зоне конвективного газохода, при этом контур питательной воды соединен с емкостью подпитки и оснащен насосом нагнетания питательной воды. Данное изобретение принято за наиболее близкий аналог заявленного решения по совокупности существенных признаков. Недостатком данного решения является ее громоздкость, а также большая металлоемкость котла и низкая эффективность конвективного теплообмена и в результате низкий КПД котла вследствие малого числа труб в газоходе и низкой скорости газового потока в межтрубном пространстве газохода вследствие большой высоты и свободной площади поперечного сечения внешнего пространства топки;

Вышеуказанные недостатки известных решений котлоагрегатов ограничивают возможности их использование как в стационарных условиях, так и в передвижных и модульных конструкциях энергетических установок.

Сущность полезной модели

Техническая задача, решаемая заявленной полезной моделью, заключается в предложении компактной конструкции котлоагрегата эффективного в использовании как в стационарных, так и передвижных энергетических установок, при снижении объема и сроков монтажных работ.

Технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью, заключается в расширении арсенала технических средств при одновременном повышении стабильности эксплуатационных и технических параметров тепловой производительности котлоагрегата при существенном увеличении срока службы и времени наработки на отказ, комфортности обслуживания и легкости транспортировки.

Заявленный технический результат достигается тем, что используют котлоагрегат, содержащий водотрубный паровой котел барабанного типа, включающий, паровой барабан, с верхним расположением, сопряженный с топочной камерой с водяным охлаждением, снабженной на фронтальной торцевой части горелкой с горизонтальным развитием факела и трубной решеткой в тыльной части топочной камеры, соединенной с линиями подвода топлива и воздуха к горелке и сопряженными между собой теплообменниками в активной зоне конвективного газохода, при этом отличающегося от прототипа тем, что топочная камера и конвективный газоход расположены линейно, на одном уровне по нижнему основанию, с формообразованием зоны конвективного газохода с увеличенным поперечным сечением, близким к прямоугольному, по отношению к поперечному сечению топочной камеры, расположенной соосно по нижнему уровню, при этом барабан разнесен с топочной камерой и размещен продольно, вдоль верхнего бокового ребра ее габарита с образованием верхнего бокового ребра габарита котла в области топочной камеры, а теплообменники конвективного газохода выполнены секционными, и включают расположенные линейно по направлению от фронтальной торцевой части котла, по меньшей мере, одну секцию пароперегревателя и испарителя, вертикального настенного расположения, вдоль, по меньшей мере, одной из боковых сторон габарита котла в зоне конвективного газохода, при этом горелка выполнена двухтопливной, модулирующей и оснащена системой управления.

В предпочтительном варианте осуществления заявленной полезной модели котел дополнительно содержит экономайзер, установленный в тыльной части котла, со стороны конвективного газохода, причем выход экономайзера соединен посредством трубопровода со входом барабана, а вход, содержит средства соединения с трубопроводом для подачи питательной воды. При этом, трубы котла, предпочтительно, выполнены из углеродистой стали, внутренняя поверхность которых снабжена защитным антикоррозийным покрытием, причем, в наиболее предпочтительном варианте осуществления антикоррозийное покрытие выполнено в виде магнетитового слоя.

В еще одном варианте осуществления полезной модели, котел дополнительно снабжен системой очистки от сажи, содержащей вращающиеся паровые сажеобдуватели, установленные по два на каждом ребре поверхности нагрева, в частности, пароперегревателя

В другом варианте осуществления, котел, согласно заявленной полезной модели, дополнительно снабжен секциями пароперегревателей, располагаемых по верхней поверхности габарита зоны конвективного газохода, соединенные со смежными вертикальными настенными секциями пароперегревателя, которые в еще одном варианте осуществления, могут быть расположены наклонно с образованием обратного V-образного контура, т.е. по внешнему контуру свода потолка конвективного газохода.

Трубопровод для подачи питательной воды в паровой барабан, соединяющий экономайзер со входом барабана может быть снабжен форсунками для равномерного нагрева воды и смешения химических веществ, подаваемых непосредственно в паровой котел, и расположен у основания парового барабана, а экономайзер выполнен в виде пакета из гладких труб с их коридорным расположением, а также стальных оребренных труб.

В еще одном варианте осуществления полезной модели, котел может быть снабжен лазом для обслуживания внутренней поверхности газохода, а также смотровым окном для визуального контроля процесса эксплуатации. При этом, топочная камера, предпочтительно, выполнена удлиненной и составляет не мерее половины габарита котла в длину, а трубная решетка выполнена газоплотной мембранного типа.

В предпочтительном варианте осуществления полезной модели, горелка снабжена клапанными блоками для подачи попутного газа, сырой нефти, распыляющего вещества и запального газа к горелке для совместного и раздельного сжигания попутного газа и сырой нефти.

В еще одном возможном варианте осуществления полезной модели горелка снабжена запальником, содержащим запальную горелку, снабженную смесительной камерой для перемешивания запального газа с воздухом, и штуцерами для подключения газа и воздуха. При этом, в возможном варианте осуществления в качестве запального газа может быть применен попутный газ или пропан-бутановая смесь.

В наиболее предпочтительном варианте осуществления полезной модели, горелка снабжена системой управления, снабженной контроллером и переключателем выбора топлива, причем переключатель выбора топлива имеет четыре положения, каждый из которых предназначен для запуска предустановленного режима работы: работа на попутном газе; работа на сырой нефти; совместное сжигание попутного газа и сырой нефти, где попутный газ является основным топливом; совместное сжигание попутного газа и сырой нефти, где сырая нефть является основным топливом.

В наиболее предпочтительном варианте осуществления заявленной полезной модели котлоагрегат выполнен компактным, с внешними габаритами соответствующими внутренним габаритам морского контейнера, а также может быть выполнен модульным, состоящим из сборочных единиц полной заводской готовности, соединенных между собой при помощи разъемных фланцев.

Краткое описание чертежей.

Заявленное техническое решение поясняется чертежами, где:

фиг. 1 общий вид котлоагрегата, вид сзади;

фиг. 2: общий вид котлоагрегата, вид спереди(с присоединенной горелкой);

фиг. 3 вид котлоагрегата сверху (с присоединенной горелкой);;

фиг. 4 вид котлоагрегата с торцевой стороны: а) со стороны фронтального торца; б) со стороны тыльного торца.

Следует отметить, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только один из наиболее предпочтительных вариантов выполнения полезной модели и не могут рассматриваться в качестве ограничений ее содержания, которое может включать другие возможные варианты осуществления.

Пример осуществимости полезной модели

Как следует из представленного на чертежах фиг. 1-4 примере осуществления заявленного решения, паровой котлоагрегат, согласно полезной модели, является водотрубным и имеет горизонтальную топочную камеру 1 с водяным охлаждением (на чертежах фиг. 1-4 не показано). Котел снабжен горелкой 2, которая установлена на фронтальной торцевой части топочной камеры 1. при этом, топочный газ сначала проходит через трубную решетку(на чертежах фиг. 1-4 не показана), расположенную в задней части топочной камеры. Решетка нужна для обеспечения падения давления, благодаря которому топочный газ непрерывно распределяется по пароперегревателям 3. Другое назначение решетки заключается в сборе расплавленных частиц шлака и защите поверхностей пароперегревателей от копоти, снижающей теплопередачу поверхностей.

После решетки топочный газ проходит через змеевики пароперегревателей II и I (позиции на чертежах 1-4 соответственно 4 и 5) и далее змеевики испарителя 6. В тыльной торцевой части котла топочные газы проходят через экономайзер 7 и выходят из котла при температуре 175°C через вытяжную трубу Указанная температура 175°C необходима для защиты нагретых поверхностей от кислоты, так как в топочном газе содержится большое количество серы.

Поступающая в котел питательная вода проходит через экономайзер 7. При этом, ожидаемая температура питательной воды на впуске экономайзера составляет 105-110°C в связи потребностью деаэрации в баке питательной воды (на чертежах фиг. 1-4 не показан). После экономайзера питательная вода подается в паровой барабан 8 через трубопровод 9 с форсунками, расположенный у основания парового барабана 8. Труба с форсунками позволяет равномерно нагреть воду в котле и смешать химические вещества, подаваемые непосредственно в паровой барабан.

Паровой барабан 8, в свою очередь, собирает весь пар, испаренный в различных частях сосуда высокого давления, таких как топочная камера 1, трубная решетка, испарители и части мембранной стенки вокруг трубчатых змеевиков пароперегревателей. В паровом барабане пар насыщается. Пар проходит через циклоны-разделители и туманоуловители (на чертежах фиг. 1-4 не показаны) и поступает на выход для перегрева.

При этом, сначала пар подается в пароперегреватель I, затем в паропреобразовательный клапан для нагнетания воды, где нагнетание воды контролируется посредством измерения температуры после пароперегревателя II для достижения указанной температуры свежего пара, необходимой для производства электроэнергии.

Согласно представленному на фиг. 1-4 гримеру осуществления заявленного технического решения, видно, что барабан выполнен разнесенным с корпусом топочной камеры и не содержит участков конструкции обогреваемых непосредственно топочными газами. Тогда как, топочная камера выполнена с ограждением всех стен из трубчатых экранов замкнутых не на барабан, а на коллекторы, которые в свою очередь соединены короткими трубами с барабаном. При этом, отсутствие обогреваемых топочными газами участков барабанов, за счет смещения барабана к боковой стороне, а именно его расположения вдоль верхнего ребра вдоль боковой стороны габарита топочной камеры, существенно повышает надежность котла, за счет исключения возможности перегрева корпусных элементов котла в процессе его эксплуатации и кипения воды в барабане, происходящими при традиционном размещении барабана сопряженным с топочной камерой, что приводит к формированию отложений на стенках барабана и снижению эффективности его работы, а также выходу из строя в результате коррозии стенок под воздействием отложений или перегрева конструкций оболочки котла. Вынесение барабана за пределы топочной камеры позволяет увеличить топочную камеру, что создает дополнительные условия для повышения мощности используемой в составе конструкции котла горелки и, в конечном итоге, повышает мощность котла в целом.

Высокая газоплотность трубной решетки, предпочтительно выполненной мембранного типа, снижает присосы, повышая тем самым КПД котла и создавая предпосылки для более жесткого контроля поддержания оптимального коэффициента избытка воздуха по всему газовому тракту котла, что, в свою очередь, влияет и на КПД котла, и на существенное сокращение образования вредных выбросов, обеспечивается также возможность работы котла под наддувом.

Конструктивно автономная топка может изготавливаться отдельно, что упрощает процесс производства, существенно сокращая время изготовления котла в целом.

Вынос барабана за пределы топочной камеры, также оказывает влияние и на процесс горения и тепловосприятия в топке. При этом, благодаря применению в конструкции широкой топки, объем которой не ограничен необходимостью размещения средств защиты днища барабана от перегрева в процессе эксплуатации топочной камеры, снизилась вероятность сажеобразования на ее боковых стенках.

Согласно заявленной полезной модели, для контроля сажеобразования котел может быть снабжен лазом для обслуживания внутренней поверхности газохода, а также смотровым окном для визуального контроля процесса эксплуатации. При этом, топочная камера, предпочтительно, выполнена удлиненной и составляет не мерее половины габарита котла в длину, а трубная решетка выполнена газоплотной мембранного типа, что позволяет существенно снизить вероятность сажеобразования, а также увеличить время наработки на отказ оборудования, согласно полезной модели.

Применение в конструкции котла сгруппированных в секции и расположенных вдоль горизонтального газохода пароперегревателей II и I, а также испарителя, размещенных, по меньшей мере, вдоль одной из боковых сторон котла, позволяет исключить многоходовый уровень прогрева теплоносителя, обеспечивая необходимый уровень прогрева за счет прямого прохождения газа сквозь теплообменные поверхности (прямотока), выполненные в виде вертикальных настенных секций.

По виду тепловосприятия пароперегреватели в конструкции вертикальных настенных секций пароперегревателей могут быть использованы как конвективные, так и радиационные, устанавливаемые на стенах топочной камеры конструкции. Имеются еще и полурадиационные ширмовые пароперегреватели; их располагают в верхней части топки и частично в горизонтальном газоходе между радиационными и конвективными поверхностями нагрева.

Обычно для пароперегревателей применяют гладкие трубы, менее подверженные наружным отложениям и легче подвергающиеся очистке. Принятые в трубах массовые скорости воды исключают поверхностное кипение и ослабляют накопление внутренних отложений, увеличивая тем самым скорость прогрева и тепловую производительность устройства.

Из труб пароперегревателя образуют змеевики или петли, которые располагают вертикально или горизонтально. Вертикальные пароперегреватели более удобны в конструктивном отношении, проще, и надежнее их крепление, они меньше подвержены шлакованию. Данное решение является наиболее предпочтительным для его применения в составе конструкции заявленной полезной модели.. Горизонтальные пароперегреватели конструктивно более сложны в части креплений и требуют большего объема для их размещения, что существенного ограничивает их применение в составе компактных конструкций, но допускают полный слив конденсата, что упрощает эксплуатацию.

При необходимости использовать небольшие поверхности нагрева в конструкции барабанных водотрубных котлов большой мощности используют радиационные пароперегреватели, размещаемые, например, вдоль поверхности потолка топки(топочной камеры) или конвективного газохода, а если этого недостаточно, то его размещают и на их вертикальных боковых стенах.

В свою очередь, уменьшение влияния неравномерности обогрева по ширине газохода достигается секционированием пароперегревателей по ширине и глубине с перебросом полупотоков пара на противоположные стороны газохода. Переброс пара осуществляется либо трубами, либо коллекторами.

При расположении змеевиков пароперегревателей перпендикулярно фронту интенсивному золовому износу подвержены все змеевики и объем ремонтных работ возрастает, в то время как в пароперегревателях с расположением змеевиков параллельно фронту износ сосредоточивается лишь на небольшой группе труб, расположенных у задней стены газохода. Таким образом, размещение пароперегревателей I и II вдоль боковых стен обеспечивает более высокую эффективность котла и способствует увеличению срока его службы.

При настенном пароперегревателе, с вертикальным креплением змеевиков труб, пар поступает в верхний входной коллектор пароперегревателя. Из этого коллектора параллельными трубами пар поступает в нижний выходной коллектор пароперегревателя. Суммарное проходное сечение труб настенного пароперегревателя, расположенных в более горячей по газам зоне, существенно выше по сравнению с остальной частью. Этим достигается более равномерная температура перегрева пара в пределах всей боковой стенки конвективного газохода при одновременном обеспечении более компактной конструкции пароперегревателя, с меньшей материалоемкостью.

В качестве теплообменных поверхностей пароперегревателей и испарителя, согласно полезной модели, могут быть использованы стальные трубчатые змеевики. При этом, при размещении соединенных со смежными настенными секциями пароперегревателя секций пароперегревателей по верхней поверхности габарита зоны конвективного газохода, последние могут быть выполнены в виде горизонтальных секций пароперегревателей, расположенных наклонно, с образованием обратного V-образного контура. Увеличение поверхности теплообмена повышает скорость прогрева при одновременном уменьшении сажеобразования, способствуя тем самым повышению эффективности эксплуатации котла.

Согласно заявленной полезной модели, котел несмотря на эффективность конструкции в противодействии сажеобразованию и формированию иных отложений на стенах газохода, дополнительно снабжен паровой системой очистки от сажи. В частности, все поверхности нагрева можно очистить с помощью вращающихся паровых сажеобдувателей, предпочтительно, установленных по два на каждом ребре поверхности теплообмена. При этом, экономайзер оснащен водяными противосажевыми фурмами. Степень загрязнения поверхностей осуществляется посредством контроля разности температур поверхностей нагрева осуществляемой как визуально, так и в автоматическом режиме, например, с помощью подключения систем контроля котла к распределенной системе управления котлоагрегатом, которая регулирует интервалы контроля сажеобразования, в том числе зависящие от качества топлива.

Как известно, водотрубные котлы очень чувствительны к взвешенным частицам в сетевой воде, которые легко отлагаются в гибах экранных труб, вызывая перегрев трубы и ее разрушение. Поэтому необходимым условием надежной эксплуатации водотрубного котла является антикоррозийная защита элементов конструкции. С этой целью, например, осуществляют тщательную щелочную промывку тепловых сетей перед началом отопительного сезона, а также установка шламоотделителя в виде грязевика перед сетевым насосом. Однако, после щелочения котла внутренние поверхности труб котла остаются весьма уязвимыми для коррозии. В связи с этим, согласно заявленной полезной модели, сразу же после щелочения наносят дополнительно защитную оксидную пленку на внутренние поверхности труб котла. Эта оксидная пленка является магнетитовым слоем и эффективно защищает от коррозии компоненты из углеродистой стали на протяжении всего срока службы котла.

Для обеспечения наилучшей защиты от коррозии магнетитовый слой должен быть тонким и плотным. Этого можно достичь только посредством правильного нанесения магнетита при соответствующих химических условиях.

При взаимодействии не содержащей свободного кислорода воды с внутренними поверхностями труб котла, изготовленных из углеродистой стали, вода вступает в реакцию с железом, образуя магнетитовый слой (Fe3O4) на металлических поверхностях.

Скорость распада Fe(OH)2 до Fe3O4 зависит от температуры следующим образом:

- При температуре воды около 100°C магнетит образуется очень медленно.

- При повышенной температуре образование магнетита ускоряется, а при температуре 200-240°C скорость образования Fe3O4 является оптимальной.

- При температуре >250°C образование магнетита происходит очень быстро.

- Под паром, когда внутренняя поверхность трубы котла находится в контакте с паром, образование магнетита происходит мгновенно в соответствии с формулой реакции:

3Fe+4H2O→Fe=+4Н

Если вода содержит свободный кислород, Fe(OH)2 незамедлительно окисляется до FeOOH (так называемая ржавчина). При повышенной температуре, когда температура воды составляет >200°C, ржавчина под действием температуры разлагается до гематита (Fe2O3), который не дает эффективной защиты углеродистой стали от коррозии.

Во время формирования магнетитового слоя вода должна быть насколько возможно нейтральной (значение рН воды котла находится в диапазоне 6-8), для формирования магнетитового слоя состоящим из очень мелких кристаллов магнетита. Благодаря этому оксидная пленка будет очень тонкой и плотной. В этом случае ненормальный рост слоя магнетита будет невозможен и оксидная пленка будет эффективно защищать компоненты от коррозии во время эксплуатации котла, увеличивая тем самым срок службы котла, а также время наработки его на отказ и повысит при этом эффективность теплообмена оборудования, согласно заявленной полезной модели.

Трубопровод для подачи питательной воды в паровой барабан, соединяющий экономайзер со входом барабана может быть снабжен форсунками для равномерного нагрева воды и смешения химических веществ, подаваемых непосредственно в паровой котел, и расположен у основания парового барабана, а экономайзер выполнен в виде пакета из гладких труб с их коридорным расположением, а также стальных оребренных труб.

Экономайзер в составе конструкции парового котла, согласно заявленной полезной модели, используют для предварительного подогрева питательной воды за счет тепла дымовых газов в используют. Обычно их устанавливают непосредственно за испарительной поверхностью нагрева котла перед воздухоподогревателем. Подогрев питательной воды, поступающей в паровой котел, дает возможность сократить размеры его парообразующей поверхности и повысить КПД котла.

По конструкции экономайзеры подразделяют на змеевиковые и петлевые, по типу поверхности нагрева - на гладкотрубные, плавниковые, игольчатые и ребристые. Наиболее предпочтительными, в составе заявленной конструкции являются гладкотрубные экономайзеры из-за простоты изготовления, эксплуатации и ремонта.

Согласно заявленному решению полезной модели, котлоагрегат содержит горелку топочной мощностью 6,4 МВт, предназначенную для совместного и раздельного сжигания попутного газа, с содержанием в составе сероводорода до 9%, и сырой нефти, с содержанием серы до 9%.

Работа горелки является автоматической, включая запуск и останов. Автоматика горелки реализована с на базе контроллера управления горением Lamtec FMS.

Диапазон регулирования горелки составляет 1:3 на попутном газе и 1:3 на сырой нефти. Регулирование мощности - модулироемое, в соответствии с заданными управляющими кривыми.

Горелка снабжена клапанными блоками для подачи попутного газа, сырой нефти, распыляющего вещества и запального газа к горелке.

В качестве запального газа может быть применен попутный газ или пропан-бутановая смесь. При этом, запальник представляет собой запальную горелку, работающую на попутном газе, либо пропан-бутановой смеси. На задней части запальника имеется коробка трансформатора зажигания и электрических подключений. В конструкцию запальника входит смесительная камера для перемешивания запального газа с воздухом, и штуцеры для подключения газа и воздуха.

Горение основного факела контролируется при помощи ультрафиолетового датчика. Труба подключения датчика УФ, находящаяся на передней стенке горелки, снабжена подводом охлаждающего воздуха. Охлаждающий воздух предохраняет ультрафиолетовый датчик от загрязнения и нагрева.

Запальное пламя контролируется при помощи стержневого ионизатора, имеющегося в запальнике.

Работой горелки управляет логический контроллер Lamtec FMS, от которого, в том числе, производится пуск, нормальный и аварийный останов горелки.

Система автоматического управления горелкой включает в себя необходимые управляющие устройства, а так же панель для локального управления и настройки горелки. На панели отображаются режимы работы горелки и сигнализации. Управление работой горелки и регулирование ее мощности осуществляется автоматически во всех режимах нагрузки котла. Горелка может работать как на одном, так и одновременно на обоих видах топлива.

Горелка снабжена переключателями режима работы и выбора топлива, где последний имеет 4 положения, соответствующих предустановленным режимам работы горелки в определенных условиях подачи топлива.:

- положение «1» - ПОПУТНЫЙ ГАЗ - работа на попутном газе;

- положение «2» - СЫРАЯ НЕФТЬ - работа на сырой нефти;

- положение «3» - ПОПУТНЫЙ ГАЗ + СЫРАЯ НЕФТЬ - совместное сжигание попутного газа и сырой нефти, попутный газ является основным топливом;

- положение «4» - СЫРАЯ НЕФТЬ + ПОПУТНЫЙ ГАЗ - совместное сжигание попутного газа и сырой нефти, сырая нефть является основным топливом.

Работа горелки в любом из вышеуказанных режимов осуществляется в следующем порядке. определяется отсутствие блокировок по выбранному режиму, а также иным общим для всех режимов событиям. Осуществляется запуск вентилятора воздуха на горение, продувка с переходом расхода воздуха в режим розжига, осуществляется тест на герметичность отсечных клапанов и запускается розжиг запального газа и запуск выбранного режим работы в соответствии с выбранным топливом. При этом, при совместном сжигании двух топлив розжиг горелки и выход на минимальную мощность осуществляется на одном из выбранных топлив. Второе топливо включается путем переключения выключателя управления. Совместное сжигание осуществляется по принципу «основного топлива» - одно из топлив является ведущим и по нему ведется регулирование. Соотношение топлив регулируется сигналом совместного сжигания (4…20 мА) от системы автоматики либо от контроллера. Алгоритмы запуска каждого из топлив аналогичны работе горелки в соло-режиме.

Отключение топлив при штатном останове горелки производится по очереди. При аварийном останове все запорные клапаны немедленно перекрываются.

Таким образом, заявленное решение котлоагрегата с двутопливной горелкой обеспечивает расширение арсенала известных технических средств в данной области техники и повышает эксплуатационные возможности котлоагрегата, при одновременном повышении его эффективности и срока службы.

В наиболее предпочтительном варианте осуществления заявленной полезной модели котел выполнен компактным, с внешними габаритами соответствующими внутренним габаритам морского контейнера, а также может быть выполнен модульным, состоящим из сборочных единиц полной заводской готовности, соединенных между собой при помощи разъемных фланцев.

Таким образом, решение парового водотрубного котла барабанного типа, согласно заявленному решению, обеспечивает повышение стабильности эксплуатационных и технических параметров тепловой производительности котла при существенном увеличении срока службы и времени наработки на отказ, комфортности обслуживания и легкости транспортировки и может быть применен в широком спектре конструкций энергетических установок и станций и обладает расширенными эксплуатационными возможностями, обеспечивающими повышенную надежность и простоту эксплуатации.

Все элементы конструкции неразрывно связаны друг с другом как конструктивно, так и функционально. Достижение заявленного технического результата возможно только при наличии в конструкции устройства всей совокупности вышеуказанных существенных признаков.

Claims (18)

1     ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

1. Котлоагрегат, содержащий водотрубный паровой котел барабанного типа, содержащий, паровой барабан, с верхним расположением, сопряженный с топочной камерой с водяным охлаждением, снабженной на фронтальной торцевой части горелкой с горизонтальным развитием факела и трубной решеткой в тыльной части топочной камеры, соединенной с линиями подвода топлива и воздуха к горелке и сопряженными между собой теплообменниками в активной зоне конвективного газохода, при этом отличающегося от прототипа тем, что топочная камера и конвективный газоход расположены линейно, на одном уровне по нижнему основанию, с формообразованием зоны конвективного газохода с увеличенным поперечным сечением, близким к прямоугольному, по отношению к поперечному сечению топочной камеры, расположенной соосно по нижнему уровню, при этом барабан разнесен с топочной камерой и размещен продольно, вдоль верхнего бокового ребра ее габарита с образованием верхнего бокового ребра габарита котла в области топочной камеры, а теплообменники конвективного газохода выполнены секционными, и включают расположенные линейно по направлению от фронтальной торцевой части котла, по меньшей мере, одну секцию пароперегревателя и испарителя, вертикального настенного расположения, вдоль, по меньшей мере, одной из боковых сторон габарита котла в зоне конвективного газохода, при этом горелка выполнена двухтопливной, модулирующей и оснащена системой управления.

2 Котлоагрегат по п. 1 отличающийся тем, что дополнительно содержит экономайзер, установленный в тыльной части котла со стороны конвективного газохода, причем выход экономайзера соединен посредством трубопровода со входом барабана, а вход, содержит средства соединения с трубопроводом для подачи питательной воды.

3 Котлоагрегат по любому из п.п. 1 или 2 отличающийся тем, что трубы котла выполнены из углеродистой стали, внутренняя поверхность которых снабжена защитным антикоррозийным покрытием.

4 Котлоагрегат по п. 3 отличающийся тем, что антикоррозийное покрытие выполненное в виде магнетитового слоя.

5 Котлоагрегат по п. 3 отличающийся тем, что дополнительно снабжен системой очистки от сажи, содержащей вращающиеся паровые сажеобдуватели, установленные по два на каждом ребре поверхности нагрева.

6 Котлоагрегат по п. 1 отличающийся тем, что дополнительно снабжен горизонтальными секциями пароперегревателей, располагаемых по верхней поверхности габарита зоны конвективного газохода, соединенные со смежными вертикальными настенными секциями пароперегревателя.

7 Котлоагрегат по п. б отличающийся тем, что горизонтальные секции пароперегревателей расположены наклонно с образованием обратного V-образного контура.

8 Котлоагрегат по п. 2 отличающийся тем, что трубопровод для подачи питательной воды в паровой барабан, соединяющий экономайзер со входом барабана снабжен форсунками для равномерного нагрева воды и смешения химических веществ, подаваемых непосредственно в паровой котел, и расположен у основания парового барабана.

9 Котлоагрегат по п. 1 отличающийся тем, что снабжен лазом для обслуживания внутренней поверхности газохода, а также смотровым окном для визуального контроля процесса эксплуатации.

10 Котлоагрегат по п. 1 отличающийся тем, что топочная камеры выполнена удлиненной и составляет не мерее половины габарита котла в длину.

11 Котлоагрегат по п. 1 отличающийся тем, что горелка снабжена клапанными блоками для подачи попутного газа, сырой нефти, распыляющего вещества и запального газа к горелке для совместного и раздельного сжигания попутного газа и сырой нефти.

12 Котлоагрегат по п. 11 отличающийся тем, что горелка снабжена запальником, содержащим запальную горелку, снабженную смесительной камерой для перемешивания запального газа с воздухом, и штуцерами для подключения газа и воздуха.

13 Котлоагрегат по п. 12 отличающийся тем, что в качестве запального газа используют попутный газ.

14 Котлоагрегат по п. 12 отличающийся тем, что в качестве запального газа используют пропан-бутановую смесь.

15 Котлоагрегат по п. 11 отличающийся тем, что горелка снабжена системой управления, снабженной контроллером и переключателем выбора топлива, причем переключатель выбора топлива имеет четыре положения, каждый из которых предназначен для запуска предустановленного режима работы: работа на попутном газе; работа на сырой нефти; совместное сжигание попутного газа и сырой нефти, где попутный газ является основным топливом; совместное сжигание попутного газа и сырой нефти, где сырая нефть является основным топливом.

16 Котлоагрегат по любому из пп 1, 2, 4-15 отличающийся тем, что котел выполнен компактным с внешними габаритами соответствующими внутренним габаритам морского контейнера.

17 Котлоагрегат по по любому из пп 1,2, 4-15 отличающийся тем, что выполнен модульным, состоящим из сборочных единиц полной заводской готовности, соединенных между собой при помощи разъемных фланцев.

Images