RU2805186C1 - Котельная установка - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в котельных установках, работающих на природном газе. Котельная установка содержит паровой котел с топкой и барабаном, пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель, конденсационный поверхностный теплообменник, сборник конденсата водяных паров из уходящих продуктов сгорания с гидравлическим затвором и сепарационное устройство-каплеуловитель, последовательно установленные в газоходе после воздухоподогревателя по ходу уходящих продуктов сгорания. Рекуперативный теплообменник установлен в газоходе перед дымососом. Также котельная установка содержит расширитель непрерывной продувки, трубопровод непрерывного отвода продувочной воды из барабана котла в расширитель непрерывной продувки, паропровод отвода вторичного водяного пара из расширителя непрерывной продувки, водопровод подачи концентрата из расширителя непрерывной продувки в рекуперативный теплообменник и бак-резервуар сбора обессоленной воды, выделяющейся в конденсационном поверхностном теплообменнике из уходящих продуктов сгорания при их охлаждении ниже точки росы. Котельная установка дополнительно снабжена установленной в топке котла паровой форсункой, выполненной в форме сопла Лаваля, и паропроводом подвода вторичного водяного пара из расширителя непрерывной продувки к паровой форсунке для осуществления распыливания 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 реализации изобретения достигается уменьшение образования термических и топливных оксидов азота за счет снижения температуры продуктов сгорания и избытков кислорода в зоне активного горения органического топлива.

Description

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

Известен аналог – котельная установка (см. 2777998, БИ № 23, 2022), содержащая паровой котел с топкой и барабаном, пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель, конденсационный поверхностный теплообменник, сборник конденсата водяных паров из уходящих продуктов сгорания с гидравлическим затвором и сепарационное устройство-каплеуловитель, последовательно установленные в газоходе после воздухоподогревателя по ходу уходящих продуктов сгорания, рекуперативный теплообменник, установленный в газоходе перед дымососом, расширитель непрерывной продувки, трубопровод непрерывного отвода продувочной воды из барабана котла в расширитель непрерывной продувки, паропровод отвода вторичного водяного пара из расширителя непрерывной продувки, водопровод подачи концентрата из расширителя непрерывной продувки в рекуперативный теплообменник и бак-резервуар сбора обессоленной воды, выделяющейся в конденсационном поверхностном теплообменнике из уходящих продуктов сгорания при их охлаждении ниже точки росы, в качестве органического топлива используется природный газ. Данный аналог принят за прототип.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известной котельной установки, принятой за прототип, относится то, что известная 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 ºС 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 известная котельная установка содержит паровой котел с топкой и барабаном, пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель, конденсационный поверхностный теплообменник, сборник конденсата водяных паров из уходящих продуктов сгорания с гидравлическим затвором и сепарационное устройство-каплеуловитель, последовательно установленные в газоходе после воздухоподогревателя по ходу уходящих продуктов сгорания, рекуперативный теплообменник, установленный в газоходе перед дымососом, расширитель непрерывной продувки, трубопровод непрерывного отвода продувочной воды из барабана котла в расширитель непрерывной продувки, паропровод отвода вторичного водяного пара из расширителя непрерывной продувки, водопровод подачи концентрата из расширителя непрерывной продувки в рекуперативный теплообменник и бак-резервуар сбора обессоленной воды, выделяющейся в конденсационном поверхностном теплообменнике из уходящих продуктов сгорания при их охлаждении ниже точки росы, в качестве органического топлива используется природный газ. Особенность котельной установки заключается в том, что котельная установка дополнительно снабжена установленной в топке котла паровой форсункой, выполненной в форме сопла Лаваля, и паропроводом подвода вторичного водяного пара из расширителя непрерывной продувки к паровой форсунке для осуществления распыливания 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 с целью уменьшения образования термических и топливных оксидов азота за счет снижения температуры продуктов сгорания и избытков кислорода в зоне активного горения органического топлива.

На чертеже представлена схема котельной установки.

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.

Работа котельной установки осуществляется следующим образом.

В топку котла 1 подается органическое топливо и воздух, питательная вода подогревается в водяном экономайзере 4 и направляется 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 направляется в пароперегреватель 3, где перегревается до заданной температуры и отводится потребителю (на чертеже не показан). Из барабана 2 котла 1 по трубопроводу 13 отводится продувочная вода 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 отвода вторичного водяного пара из расширителя непрерывной продувки 14 отводится в паровую форсунку 16, расположенную в топке котла 1 и выполненную в форме сопла Лаваля. Посредством паровой форсунки 16, осуществляется 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, выходная часть форсунки 16 выполняется 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 направляется в рекуперативный теплообменник 11, где концентратом продувки осуществляется 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 охлаждаются ниже точки росы, а вода подогревается и направляется 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 отводятся в атмосферу.

Обессоленная вода, выделяющаяся из уходящих продуктов сгорания в процессе их охлаждения ниже точки росы в конденсационном поверхностном теплообменнике 6, направляется в сборник 7, из которого через гидравлический затвор 8 непрерывно отводится в бак–резервуар 18 сбора обессоленной воды.

Таким образом, снабжение котельной установки установленной в топке котла паровой форсункой, выполненной в форме сопла Лаваля, и паропроводом отвода вторичного водяного пара из расширителя непрерывной продувки к паровой форсунке, позволяет осуществлять распыливание в зону активного горения органического топлива образующегося в расширителе непрерывной продувки из продувочной воды вторичного водяного пара, что обусловливает уменьшение образования термических и топливных оксидов азота за счет снижения температуры продуктов сгорания и избытков кислорода в зоне активного горения органического топлива и повышает эффективность работы котельной установки.

Claims (1)

1. Котельная установка, содержащая паровой котел с топкой и барабаном, пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель, конденсационный поверхностный теплообменник, сборник конденсата водяных паров из уходящих продуктов сгорания с гидравлическим затвором и сепарационное устройство-каплеуловитель, последовательно установленные в газоходе после воздухоподогревателя по ходу уходящих продуктов сгорания, рекуперативный теплообменник, установленный в газоходе перед дымососом, расширитель непрерывной продувки, трубопровод непрерывного отвода продувочной воды из барабана котла в расширитель непрерывной продувки, паропровод отвода вторичного водяного пара из расширителя непрерывной продувки, водопровод подачи концентрата из расширителя непрерывной продувки в рекуперативный теплообменник и бак-резервуар сбора обессоленной воды, выделяющейся в конденсационном поверхностном теплообменнике из уходящих продуктов сгорания при их охлаждении ниже точки росы, в качестве органического топлива используется природный газ, отличающаяся тем, что котельная установка дополнительно снабжена установленной в топке котла паровой форсункой, выполненной в форме сопла Лаваля, и паропроводом подвода вторичного водяного пара из расширителя непрерывной продувки к паровой форсунке для осуществления распыливания 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 с целью уменьшения образования термических и топливных оксидов азота за счет снижения температуры продуктов сгорания и избытков кислорода в зоне активного горения органического топлива.