RU200660U1

RU200660U1 - Boiler plant

Info

Publication number: RU200660U1
Application number: RU2020118542U
Authority: RU
Inventors: Александр Геннадьевич Чичурин; Олег Петрович Шураев
Priority date: 2020-05-26
Filing date: 2020-05-26
Publication date: 2020-11-03

Abstract

Полезная модель относится к котлостроению и предназначена для повышения эффективности котельной установки, применяющей в качестве топлива тяжелые сорта топлива. Может быть использована при проектировании и изготовлении котлов, в том числе судовых.Котельная установка включает котел с газоходом, к которому подключен газоанализатор, а также топливную система котла, содержащую последовательно соединенные переключатель вида топлива, топливный насос, фильтр грубой очистки, подогреватель топлива, фильтр тонкой очистки, а также цистерну нефтеостатков и расходную цистерну, при этом один вход переключателя вида топлива подключен к расходной цистерне, а другой к цистерне нефтеостатков, кроме того, содержит последовательно соединенные цистерну пресной воды, насос, регулируемый клапан и подогреватель воды, а котел содержит двухканальную форсунку, первый канал которой подключен к выходу фильтра тонкой очистки, а также перегреватель воды, вход которого соединен с выходом подогревателя воды, а выход подключен ко второму входу двухканальной форсунки.The utility model relates to boiler construction and is designed to improve the efficiency of a boiler plant using heavy fuels as fuel. It can be used in the design and manufacture of boilers, including marine boilers. The boiler plant includes a boiler with a flue to which a gas analyzer is connected, as well as a boiler fuel system containing a series-connected fuel type switch, a fuel pump, a coarse filter, a fuel heater, a filter fine cleaning, as well as an oil residual tank and a service tank, while one input of the fuel type switch is connected to the service tank, and the other to the oil residual tank, in addition, it contains a series-connected fresh water tank, a pump, an adjustable valve and a water heater, and the boiler contains a two-channel nozzle, the first channel of which is connected to the output of the fine filter, as well as a water superheater, the input of which is connected to the output of the water heater, and the output is connected to the second input of the two-channel nozzle.

Description

Полезная модель относится к котлостроению и предназначена для повышения эффективности котельной установки, применяющей в качестве топлива тяжелые сорта топлива. Может быть использована при проектировании и изготовлении котлов, в том числе судовых.The utility model relates to boiler construction and is designed to improve the efficiency of a boiler plant using heavy fuels as fuel. It can be used in the design and manufacture of boilers, including ship boilers.

Одним из направлений повышения эффективности котельной установки является интенсификация процесса сгорания тяжелых сортов топлива. Сжигание тяжелого жидкого топлива в топках котлов с использованием традиционных методов и оборудования приводит к неполному выгоранию топлива и, как следствие, к усилению загрязнения поверхностей нагрева (см., например, Енин В.И., Денисенко Н.И., Костылев И.И. Судовые котельные установки: учеб. для вузов. М.: Транспорт, 1993, 216 с., п. 3.3).One of the ways to increase the efficiency of a boiler plant is to intensify the combustion of heavy grades of fuel. Combustion of heavy liquid fuel in boiler furnaces using traditional methods and equipment leads to incomplete fuel burnout and, as a consequence, to increased contamination of heating surfaces (see, for example, Enin V.I., Denisenko N.I., Kostylev I.I. . Marine boiler plants: textbook for universities. M .: Transport, 1993, p. 216, p. 3.3).

Известна полезная модель котельной установки, в которой для повышения интенсификации процесса сгорания тяжелых сортов топлива применяется процесс создания мономассы путем гомогенизации топлива, (см., например, Енин В.И., Денисенко Н.И., Костылев И.И. Судовые котельные установки: учеб. для вузов. М.: Транспорт, 1993, 216 с., п. 3.3). Однако, реализация данной модели ведет к значительному удорожанию котельной установки. При этом повышение эффективности незначительно.A useful model of a boiler plant is known, in which the process of creating monomass by homogenizing fuel is used to increase the intensification of the combustion process of heavy grades of fuel (see, for example, Enin V.I., Denisenko N.I., Kostylev I.I. : textbook for universities. M .: Transport, 1993, p. 216, p. 3.3). However, the implementation of this model leads to a significant increase in the cost of the boiler plant. At the same time, the increase in efficiency is insignificant.

Известна также полезная модель котельной установки, в которой для повышения интенсификации процесса сгорания тяжелых сортов топлива применяются горелки новых типов (см., например, Енин В.И., Денисенко Н.И., Костылев И.И. Судовые котельные установки: учеб. для вузов. М.: Транспорт, 1993, 216 с., п. 3.3). Однако "применение горелок новых типов обычно требует дополнительных капиталовложений и серьезных исследований. В то же время используемые форсунки и воздухонаправляющие устройства обеспечивают качественное сгорание стандартных топлив. Эти обстоятельства не стимулируют поиска новых конструктивных решений при проектировании горелок" (Енин В.И., Денисенко Н.И., Костылев И.И. Судовые котельные установки: учеб. для вузов. М.: Транспорт, 1993, 216 с., п. 3.3).A useful model of a boiler plant is also known, in which new types of burners are used to increase the intensification of the combustion of heavy grades of fuel (see, for example, Enin V.I., Denisenko N.I., Kostylev I.I. Marine boiler plants: textbook. for universities.M .: Transport, 1993, 216 p., p. 3.3). However, "the use of new types of burners usually requires additional investment and serious research. At the same time, the nozzles and air-guiding devices used ensure high-quality combustion of standard fuels. These circumstances do not stimulate the search for new design solutions in the design of burners" (Enin V.I., Denisenko N. .I., Kostylev II Ship boiler plants: textbook for universities. M .: Transport, 1993, 216 p., P. 3.3).

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является полезная модель котельной установки, которая включает котел с газоходом, к которому подключен газоанализатор, а также топливную система котла, содержащую последовательно соединенные переключатель вида топлива, топливный насос, фильтр грубой очистки, подогреватель топлива, фильтр тонкой очистки, а также цистерну нефтеостатков и расходную цистерну, при этом один вход переключателя вида топлива подключен к расходной цистерне, а другой к цистерне нефтеостатков, кроме того содержит последовательно соединенные цистерну пресной воды, насос и регулируемый клапан, а котел содержит двухканальную форсунку, первый канал которой подключен к выходу фильтра тонкой очистки, а также включает подогреватель воды, вход которого соединен с выходом регулируемого клапана, а выход подключен ко второму входу двухканальной форсунки (см. Котельная установка, Патент на полезную модель №193788. Заявка №2019121330. Заявл. 04.07.2019; Чичурин А.Г., Шураев О.П.).The closest in technical essence and the achieved result is a utility model of a boiler plant, which includes a boiler with a flue to which a gas analyzer is connected, as well as a boiler fuel system containing a series-connected fuel type switch, a fuel pump, a coarse filter, a fuel heater, a fine filter cleaning, as well as a tank of oil residues and a service tank, while one input of the fuel type switch is connected to the service tank, and the other to the tank of oil residues, in addition, it contains a series-connected fresh water tank, a pump and an adjustable valve, and the boiler contains a two-channel nozzle, the first channel which is connected to the outlet of the fine filter, and also includes a water heater, the inlet of which is connected to the outlet of the adjustable valve, and the outlet is connected to the second inlet of the two-channel nozzle (see Boiler plant, Patent for utility model No. 193788. Application No. 2019121330. Appl. 04.07 .2019; Chichuri A.G., Shuraev O.P.).

В предлагаемой полезной модели вода перед подачей на двухканальную форсунку подогревается до температуры, близкой к температуре кипения воды (90…99°С). В результате вода после распыления в топке котла практически сразу начинает испаряться, то есть нет затрат теплоты в топке котла на нагрев воды до кипения. Поэтому увеличивается количество теплоты, идущей на нагрев полезных поверхностей нагрева котла, на величину пропорциональную затратам теплоты на нагрев впрыскиваемой в топку котла воды до температуры кипения, и, тем самым, повышается тепловая эффективность котельной установки.In the proposed utility model, before being fed to a two-channel nozzle, water is heated to a temperature close to the boiling point of water (90 ... 99 ° C). As a result, water after spraying in the boiler furnace almost immediately begins to evaporate, that is, there is no heat consumption in the boiler furnace for heating water to boiling. Therefore, the amount of heat used to heat the useful heating surfaces of the boiler increases by an amount proportional to the cost of heat for heating the water injected into the boiler's furnace to the boiling point, and, thereby, the thermal efficiency of the boiler plant increases.

Однако, здесь имеются значительные затраты на испарение воды, подаваемой в топку котла. Так, например, теплоемкость воды при 100°С равна 4.220 кДж/(кг⋅К), а удельная теплота парообразования 2256.8 кДж/кг (см., например, книгу Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи, М., «Энергия», 1973. 320 с. с ил., стр. 299-300). А это означает, что испарение 1 кг воды требует энергии более чем в 5 раз по сравнению с ее нагревом, например, от 0 до 100°С.However, there are significant costs for the evaporation of water supplied to the boiler furnace. So, for example, the heat capacity of water at 100 ° C is equal to 4.220 kJ / (kg⋅K), and the specific heat of vaporization is 2256.8 kJ / kg (see, for example, the book Mikheev M.A., Mikheeva I.M., Fundamentals of heat transfer, M ., "Energy", 1973. 320 s. Ill., Pp. 299-300). This means that the evaporation of 1 kg of water requires energy more than 5 times compared to heating it, for example, from 0 to 100 ° C.

Задачей полезной модели является повышение тепловой эффективности котельной установки при впрыске в топку котла одновременно и топлива и воды без предварительного перемешивания путем перегрева воды перед подачей в топку котла.The task of the utility model is to increase the thermal efficiency of the boiler plant when both fuel and water are injected into the boiler furnace without preliminary mixing by overheating the water before being fed into the boiler furnace.

Поставленная задача полезной модели достигается тем, что в известную полезную модель котельной установки, включающей котел с газоходом, к которому подключен газоанализатор, а также топливную систему котла, содержащую последовательно соединенные переключатель вида топлива, топливный насос, фильтр грубой очистки, подогреватель топлива, фильтр тонкой очистки, а также цистерну нефтеостатков и расходную цистерну, при этом один вход переключателя вида топлива подключен к расходной цистерне, а другой к цистерны нефтеостатков, кроме того содержит последовательно соединенные цистерну пресной воды, насос, регулируемый клапан и подогреватель воды, а котел содержит двухканальную форсунку, первый канал которой подключен к выходу фильтра тонкой очистки, дополнительно введен перегреватель воды, вход которого соединен с выходом подогревателя воды, а выход подключен ко второму входу двухканальной форсунки.The stated objective of the utility model is achieved by the fact that the known utility model of a boiler plant, which includes a boiler with a flue to which a gas analyzer is connected, as well as a boiler fuel system containing a series-connected fuel type switch, a fuel pump, a coarse filter, a fuel heater, a fine filter cleaning, as well as an oil residual tank and a service tank, while one input of the fuel type switch is connected to the service tank, and the other to the oil residual tank, in addition, it contains a fresh water tank, a pump, an adjustable valve and a water heater, and the boiler contains a two-channel nozzle , the first channel of which is connected to the output of the fine filter, an additional water superheater is introduced, the input of which is connected to the output of the water heater, and the output is connected to the second input of the two-channel nozzle.

Существо заявляемой полезной модели заключается в следующем.The essence of the claimed utility model is as follows.

В известной полезной модели вода перед подачей на двухканальную форсунку подогревается до температуры, близкой к температуре кипения (90…99°С). В результате вода после распыления в топке котла практически сразу начинает испаряться, то есть нет затрат теплоты в топке котла на нагрев воды до кипения. Однако на испарение требуется весьма значительная энергия.In the known utility model, the water is heated to a temperature close to the boiling point (90 ... 99 ° C) before being fed to the two-channel nozzle. As a result, water after spraying in the boiler furnace almost immediately begins to evaporate, that is, there is no heat consumption in the boiler furnace for heating water to boiling. However, evaporation requires a significant amount of energy.

В заявляемой полезной модели предлагается нагревать воду перед подачей в топку котла до температуры выше 100°С, при этом можно использовать как «бросовую» теплоту самого котла, так и судовых дизелей, которой, как правило, на судне достаточно много (см., например, Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы. - Л.: Судостроение, 1988, 296 с.; стр. 231-232). Поскольку давление в трубопроводе перед форсункой выше атмосферного, закипания воды в нем не происходит. Давление в топке котла близко к атмосферному, поэтому после попадания порции воды в топку, вода оказывается перегретой. При этом часть впрыснутой воды практически моментально превратится в пар, причем количество пара определится величиной перегрева воды относительно 100°С. Чем больше перегрев, тем больше образуется пара, (см., например, Павленко A.M., Климов Р.А. Особенности вскипания капель дисперсной фазы эмульсий при изменении температуры несущей среды. // Журнал «Металлургия, теплотехника», вып. 2(17), 2010, с. 149-156.). Это, в свою очередь, ведет к уменьшению затрат теплоты, выделяющейся в топке котла при сгорании топлива, на превращения в пар впрыснутой в топку котла воды. Поэтому увеличивается количество теплоты, идущей на нагрев полезных поверхностей нагрева котла, и в результате повышается тепловая эффективность котельной установки.In the claimed utility model, it is proposed to heat water before feeding it into the boiler furnace to a temperature above 100 ° C, while it is possible to use both the "waste" heat of the boiler itself and marine diesel engines, of which, as a rule, there is a lot on the ship (see, for example , Khryapchenkov A.S.Ship auxiliary and utilization boilers. - L .: Sudostroenie, 1988, 296 p.; Pp. 231-232). Since the pressure in the pipeline in front of the nozzle is higher than atmospheric pressure, water does not boil in it. The pressure in the boiler furnace is close to atmospheric, therefore, after a portion of water enters the furnace, the water is overheated. In this case, part of the injected water will almost instantly turn into steam, and the amount of steam will be determined by the amount of water overheating relative to 100 ° C. The more overheating, the more steam is formed (see, for example, Pavlenko AM, Klimov R.A. Features of boiling of droplets of the dispersed phase of emulsions when the temperature of the carrier medium changes. // Journal of Metallurgy, Heat Engineering, issue 2 (17) , 2010, pp. 149-156.). This, in turn, leads to a decrease in the consumption of heat released in the boiler furnace during fuel combustion, for converting the water injected into the boiler furnace into steam. Therefore, the amount of heat used to heat the useful heating surfaces of the boiler increases, and as a result, the thermal efficiency of the boiler plant increases.

Краткое описание чертежей.Brief description of the drawings.

На Фиг. приведена схема отельной установки.FIG. the diagram of the hotel installation is shown.

Котельная установка, включает котел 7 с газоходом 8, к которому подключен газоанализатор 10, а также топливную систему котла 14, содержащую последовательно соединенные переключатель вида топлива 2, топливный насос 3, фильтр грубой очистки 4, подогреватель топлива 5, фильтр тонкой очистки 6, а также цистерну нефтеостатков 1 и расходную цистерну 15, при этом один вход переключателя вида топлива 2 подключен к расходной цистерне 15, а другой к цистерны нефтеостатков 1, кроме того содержит последовательно соединенные цистерну пресной воды 11, насос 12 и регулируемый клапан 13, а котел 7 содержит двухканальную форсунку 9, первый канал которой подключен к выходу фильтра тонкой очистки 6, а также включает последовательно соединенные подогреватель воды 17, вход которого соединен с выходом регулируемого клапана 13 и перегреватель воды 16, выход которого подключен ко второму входу двухканальной форсунки 9.The boiler plant includes a boiler 7 with a gas duct 8, to which a gas analyzer 10 is connected, as well as a fuel system of a boiler 14 containing a series-connected fuel type switch 2, a fuel pump 3, a coarse filter 4, a fuel heater 5, a fine filter 6, and also a tank of oil residues 1 and a service tank 15, while one input of the switch of the type of fuel 2 is connected to a service tank 15, and the other to a tank of oil residues 1, in addition it contains a series-connected fresh water tank 11, a pump 12 and an adjustable valve 13, and a boiler 7 contains a two-channel nozzle 9, the first channel of which is connected to the outlet of the fine filter 6, and also includes a series-connected water heater 17, the inlet of which is connected to the outlet of an adjustable valve 13 and a water superheater 16, the output of which is connected to the second inlet of a two-channel nozzle 9.

Осуществление полезной модели.Implementation of the utility model.

Заявляемая полезная модель работает следующим образом В известной полезной модели (прототипе) в установившемся режиме работы в топку котла 7 одновременно с топливом, поступающим на первый канал двухканальной форсунки 9 из топливной системы котла 14, на второй канал двухканальной форсунки 9 подается пресная вода. Она подается насосом 12 из цистерны пресной воды 11 через регулируемый клапан 13 и подогреватель воды 17, где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения воды (90…99°С). Вода, подогретая до температуры, близкой к температуре кипения, подается на второй канал двухканальной форсунки 9. В результате вода после распыления в топке котла 7 практически сразу начинает испаряться, то есть нет затрат теплоты в топке котла 7 на нагрев воды до кипения. Однако, здесь имеются значительные затраты на испарение воды подаваемой в топку котла. Так, например, теплоемкость воды при 100°С равна 4.220 кДж/(кг⋅К), а удельная теплота парообразования 2256.8 кДж/кг (см., например, книгу Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи, М., «Энергия», 1973. 320 с. с ил., стр. 299-300). А это означает, что испарение 1 кг воды требует энергии более чем в 5 раз по сравнению с ее нагревом, например, от 0 до 100°С.The claimed utility model works as followsIn the known utility model (prototype), in a steady-state mode of operation, fresh water is supplied to the boiler furnace 7 simultaneously with the fuel supplied to the first channel of the two-channel nozzle 9 from the fuel system of the boiler 14, fresh water is supplied to the second channel of the two-channel nozzle 9. It is supplied by a pump 12 from a fresh water tank 11 through an adjustable valve 13 and a water heater 17, where it is heated to a temperature close to the boiling point of water (90 ... 99 ° C). Water heated to a temperature close to the boiling point is supplied to the second channel of the two-channel nozzle 9. As a result, the water after spraying in the boiler 7 firebox almost immediately begins to evaporate, that is, there is no heat consumption in the boiler 7 firebox for heating water to boiling. However, there are significant costs for the evaporation of water supplied to the boiler furnace. So, for example, the heat capacity of water at 100 ° C is equal to 4.220 kJ / (kg⋅K), and the specific heat of vaporization is 2256.8 kJ / kg (see, for example, the book Mikheev M.A., Mikheeva I.M., Fundamentals of heat transfer, M ., "Energy", 1973. 320 s. Ill., Pp. 299-300). This means that the evaporation of 1 kg of water requires energy more than 5 times compared to heating it, for example, from 0 to 100 ° C.

В заявляемой полезной модели вода после подогревателя 17 поступает в перегреватель воды 16. На выходе подогревателя воды 17, температура воды близка к температуре кипения (90…99°С). В перегревателе воды 16 вода нагревается до температуры выше 100°С. При этом в подогревателе воды 17 и в перегревателе воды 16 можно использовать как «бросовую» теплоту самого котла, так и судовых дизелей, которой, как правило, на судне достаточно много (см., например, Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы. - Л.: Судостроение, 1988, 296 с.; стр. 231-232). Поскольку давление в трубопроводе перед форсункой 9 выше атмосферного, закипания воды в нем не происходит. Давление в топке котла 7 близко к атмосферному, поэтому после попадания порции воды в топку котла 7, вода оказывается перегретой. При этом часть впрыснутой воды практически моментально превратится в пар, причем количество пара определится величиной перегрева воды относительно 100°С. Чем больше перегрев, тем больше образуется пара, (см., например, Павленко A.M., Климов Р.А. Особенности вскипания капель дисперсной фазы эмульсий при изменении температуры несущей среды. // Журнал «Металлургия, теплотехника», вып. 2(17), 2010, с. 149-156.). Это, в свою очередь, ведет к уменьшению затрат теплоты, выделяющейся в топке котла 7 при сгорании топлива, на превращения в пар впрыснутой в топку котла воды. Поэтому увеличивается количество теплоты, идущей на нагрев полезных поверхностей нагрева котла 7, и в результате повышается тепловая эффективность котельной установки.In the claimed utility model, the water after the heater 17 enters the water superheater 16. At the outlet of the water heater 17, the water temperature is close to the boiling point (90 ... 99 ° C). In the water superheater 16, the water is heated to a temperature above 100 ° C. At the same time, in the water heater 17 and in the water superheater 16, it is possible to use both the “waste” heat of the boiler itself and of marine diesel engines, which, as a rule, is quite a lot on the ship (see, for example, A.S. Khryapchenkov, Ship auxiliary and utilization boilers. - L .: Sudostroenie, 1988, 296 p.; pp. 231-232). Since the pressure in the pipeline in front of the nozzle 9 is higher than atmospheric pressure, water does not boil in it. The pressure in the boiler 7 is close to atmospheric pressure, therefore, after a portion of water enters the boiler 7, the water turns out to be overheated. In this case, part of the injected water will almost instantly turn into steam, and the amount of steam will be determined by the amount of water overheating relative to 100 ° C. The more overheating, the more steam is formed (see, for example, Pavlenko AM, Klimov R.A. Features of boiling of droplets of the dispersed phase of emulsions when the temperature of the carrier medium changes. // Journal of Metallurgy, Heat Engineering, issue 2 (17) , 2010, pp. 149-156.). This, in turn, leads to a decrease in the consumption of heat released in the furnace of the boiler 7 during fuel combustion, for converting the water injected into the furnace of the boiler into steam. Therefore, the amount of heat used to heat the useful heating surfaces of the boiler 7 increases, and as a result, the thermal efficiency of the boiler plant increases.

Таким образом, в заявляемой полезной модели после впрыска воды в топку котла 7 уменьшаются затраты теплоты, необходимые на испарение воды, что ведет к повышению тепловой эффективность котельной установки.Thus, in the claimed utility model, after the injection of water into the furnace of the boiler 7, the heat consumption required for the evaporation of water decreases, which leads to an increase in the thermal efficiency of the boiler plant.

При этом у заявляемой полезной модели появляются новые свойства, заключающиеся в применении перегрева воды при впрыске в топку котла одновременно и топлива и воды без предварительного перемешивания, не совпадающие со свойствами, проявляемыми отличительными признаками в известных решениях и не равные сумме этих свойств, обеспечивающие достижение нового положительного эффекта - повышение тепловой эффективность котельной установки.At the same time, the claimed utility model acquires new properties, which consist in the use of water overheating when injecting fuel and water into the boiler furnace simultaneously without preliminary mixing, which do not coincide with the properties shown by the distinctive features in the known solutions and are not equal to the sum of these properties, ensuring the achievement of a new positive effect - increasing the thermal efficiency of the boiler plant.

Claims

A boiler plant, including a boiler with a flue to which a gas analyzer is connected, as well as a boiler fuel system containing a series-connected fuel type switch, a fuel pump, a coarse filter, a fuel heater, a fine filter, as well as an oil residual tank and a service tank, while one input of the fuel type switch is connected to the service tank, and the other to the oil residue tank, in addition, it contains a series-connected fresh water tank, a pump, an adjustable valve and a water heater, and the boiler contains a two-channel nozzle, the first channel of which is connected to the output of the fine filter, characterized in that a water superheater is additionally introduced into it, the input of which is connected to the output of the water heater, and the output is connected to the second input of the two-channel nozzle.