Котельная установка

 

Использование: в области теплоэнергетики. Сущность изобретения: в котельной установке, содержащей котел 1, контактные тепломассообменные аппараты 2, 3 с орошающими устройствами 4, 5, поддонами 6, 7 и рабочими объемами 8, 9, регуляторы расхода 10, 11, датчик уровня 12 и датчики температуры 13, 14, поддон 7 подключен рециркуляционной линией к орошающему устройству 5 через регулятор расхода 15, соединенный с блоком управления (БУ), кроме того установка дополнительно содержит электролизер 16, подключенный к поддону 6 и рабочему объему 8 аппарата 2, и контактный теплообменный аппарат 17 с орошающим устройством 18 и поддоном 19. Кроме того котельная установка дополнительно содержит теплообменник 20, подключенный патрубками греющей среды к поддону 19 через регулятор расхода 21, соединенный с (БУ) и орошающему устройству 18. Кроме того, котельная установка содержит второй теплообменник 23, установленный на рециркуляционной линии аппарата 3. Кроме того, в качестве теплоносителя в контуре основных контактных аппаратов 2, 3 используются водные растворы солей щелочных и/или щелочноземельных металлов. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в котельных, работающих на газообразном топливе, и на газотурбинных установках.

Известна котельная установка, содержащая котел, контактные воздухонагреватель и экономайзер с орошающим устройством и поддонами, подогреватель воды горячего водоснабжения, установленный под орошающим устройством контактного экономайзера, поддон которого через регулятор расхода подключен к орошающему устройству контактного воздухоподогревателя, поддон которого подключен через регулятор расхода к орошающему устройству контактного экономайзера, датчик температуры сетевой воды, соединенный с регуляторами расхода (1).

Недостатком известной котельной установки является низкая ее эффективность работы вследствие значительной инерционности примененной системы регулирования.

Известна котельная установка, содержащая котел, установленные на воздуховоде дутьевого воздуха и газоходе контактные тепломассообменные аппараты с орошающими устройствами, поддонами и расположенными между ними рабочими объемами, регуляторы расхода, датчик уровня, установленный в поддоне контактного аппарата воздуховода и соединенный с регулятором расхода, расположенным на линии подключения поддона контактного аппарата воздуховода к орошающему устройству контактного аппарата газохода, датчики температуры, установленные в поддоне и за орошающим устройством по ходу воздуха контактного аппарата воздуховода и соединенные через блок управления с регулятором расхода, расположенным на линии подключения поддона контактного аппарата газохода к орошающему устройству контактного аппарата воздуховода (2).

Недостатками данной котельной установки является недостаточно высокие эффективность и надежность ее работы вследствие потерь теплоносителя (воды) с продуктами сгорания при отсутствии внешнего потребителя утилизированного тепла и при регулировании значительных расходов теплоносителя подаваемого на оросительные системы.

Целью изобретения является повышение эффективности и надежности работы котельной установки.

Поставленная цель достигается тем, что в котельной установке, содержащей котел, установленные на воздуховоде дутьевого воздуха и газоходе контактные тепломассообменные аппараты с орошающими устройствами, поддонами и, расположенными между ними, рабочими объемами, регуляторы расхода, датчик уровня, установленный в поддоне контактного аппарата воздуховода и соединенный с регулятором расхода, расположенным на линии подключения поддона контактного аппарата воздуховода к орошающему устройству контактного аппарата газохода, датчики температуры, установленные в поддоне и за орошающим устройством по ходу воздуха контактного аппарата воздуховода и соединенный через блок управления с регулятором расхода, расположенным на линии подключения поддона контактного аппарата газохода к орошающему устройству контактного аппарата воздуховода, поддон контактного аппарата газохода подключен рециркуляционной линией к своему орошающему устройству через регулятор расхода, соединенный с блоком управления, кроме того, установка дополнительно содержит электролизер, подключенный входным и выходным своими патрубками соответственно к поддону и рабочему объему контактного аппарата воздуховода, и контактный тепломассообменный аппарат с орошающим устройством и поддоном, причем входной и выходной газовые патрубки которого соответственно подключены к выходному и входному патрубкам контактного аппарата воздуховода, а орошающее устройство и поддон к источнику холодной воды и потребителю горячей воды.

Поставленная цель достигается тем, что котельная установка дополнительно содержит теплообменник подключенный патрубками греющей среды к поддону через регулятор расхода, соединенный с блоком управления, и орошающему устройству дополнительного контактного аппарата, входным патрубком нагреваемой среды подключен к источнику холодного теплоносителя (воды), а выходным патрубком нагретого теплоносителя (воды) через регулятор температуры к его потребителю.

Поставленная цель достигается тем, что котельная установка содержит второй теплообменник, установленный на рециркуляционной линии контактного аппарата газохода, причем входной и выходной патрубки нагреваемой среды подключены соответственно к выходному патрубку нагретого теплоносителя первого теплообменника и регулятору температуры.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве теплоносителя в контуре основных контактных аппаратов используются водные растворы солей щелочных и/или щелочноземельных металлов.

На чертежах фиг. 1, 2, 3 изображены принципиальные схемы предлагаемых модификаций котельных установок.

Котельная установка (фиг.1) содержит котел 1, установленные на воздуховоде дутьевого воздуха и газоходе контактные тепломассообменные аппараты 2, 3 с орошающими устройствами 4, 5, поддонами 6, 7 и расположенными между ними рабочими объемами 8, 9, регуляторы расхода 10, 11, датчик уровня 12, установленный в поддоне 6 контактного аппарата 2 и соединенный с регулятором расхода 10, расположенным на линии подключения поддона 6 контактного аппарата 2 к орошающему устройству 5 контактного аппарата 3, датчики температуры 13, 14, установленные в поддоне 6 и за орошающим устройством 4 по ходу дутьевого воздуха контактного аппарата 2 и соединенные через блок управления (БУ) с регулятором расхода 11, расположенным на линии подключения поддона 7 контактного аппарат 3 к орошающему устройству 4 контактного аппарата 2.

Поддон 7 контактного аппарата 3 подключен к своему орошающему устройству 5 через регулятор расхода 15, соединенный с блоком управления.

Котельная установка дополнительно содержит электролизер 16, подключенный входным и выходным своими патрубками соответственно к поддону 6 и рабочему объему 8 контактного аппарата 2 воздуховода, и контактный тепломассообменный аппарат 17 с орошающим устройством 18 и поддоном 19, причем входной и выходной газовые патрубки которого соответственно подключены к выходному и входному патрубкам контактного аппарат 2 воздуховода, а орошающее устройство 18 и поддон 19 к источнику холодной воды и потребителю горячей воды.

Котельная установка (фиг.2) дополнительно содержит теплообменник 20, подключенный патрубками греющей среды к поддону 19 через регулятор расхода 21, соединенный с блоком управления (БУ), и орошающему устройству 18 контактного аппарата 17, входным патрубком нагреваемой среды подключен к источнику холодного теплоносителя (воды), а выходным патрубком нагретого теплоносителя (воды) через регулятор температуры 22 к его потребителю.

Котельная установка (фиг.3) содержит второй теплообменник 23, установленный на рециркуляционной линии контактного аппарата 3 газохода, а его входной и выходной патрубки нагреваемой среды подключены соответственно к выходному патрубку нагретого теплоносителя теплообменника 20 и регулятору температуры 22.

На воздуховоде до контактного аппарата 2 по ходу воздуха установлен дутьевой вентилятор 24.

На линиях выхода теплоносителей из поддонов 6, 7 и 19 установлены насосы 25, 26 и 27. На линии горячей воды из поддона 19, кроме того, установлен регулятор расхода 28, соединенный с датчиком уровня 20, установленном в поддоне 19 контактного аппарата 17.

В качестве теплоносителя в контуре основных контактных аппаратов 2 и 3 используются водные растворы солей щелочных и/или щелочноземельных металлов.

Работа котельной установки осуществляется следующим образом.

Уходящие продукты сгорания из котла 1 поступают в тепломассообменный аппарат 3, где при контакте с распыляемым навстречу им теплоносителем нагревают последний. Нагретый теплоноситель из поддона 7 насосом 26 подается на орошающее устройство 4 тепломассообменного аппарата 2, где, в результате контакта с потоком дутьевого воздуха, охлаждается, нагревая при этом дутьевой воздух, который одновременно и увлажняется за счет частичного переноса влаги из теплоносителя в воздух. Процесс переноса влаги осуществляется за счет разности парциальных давлений водяных паров над поверхностью падающих капель теплоносителя и в дутьевом воздухе. Регулирование расхода теплоносителя, при изменении нагрузки на котел 1, в линиях его подачи на оросительные системы осуществляется регуляторами расхода 10, 11, при этом управление работой регулятора расхода 10 осуществляется по импульсам датчика расхода 12, установленного в поддоне 6, а регулятор 11 управляется от блока управления (БУ), работающего по импульсам датчиков температуры 13 и 14 и обеспечивающему максимальную разность между температурой нагретого дутьевого воздуха и температурой охлажденного теплоносителя в поддоне 6.

Подключение поддона 7 через регулятор расхода 15 к своей оросительной системе 5 обеспечивает регулирование парциального давления водяных паров над поверхностью теплоносителя, поступающего в рабочий объем 9 аппарата 3, за счет изменения температуры теплоносителя поступающего на оросительную систему 5, в результате чего действующая система переноса влаги из продуктов сгорания к теплоносителю в аппарате 3 и от теплоносителя к дутьевому воздуху в аппарате 2 становится самоуравновешивающейся, т.е. количество влаги, забираемой дутьевым воздухом из теплоносителя, соответствует количеству влаги, забираемой теплоносителем из продуктов сгорания.

Вследствие того, что парциальное давление водяных паров над поверхностью водных растворов солей щелочных и щелочноземельных металлов ниже, чем над поверхностью воды, при равных температурах, и эта разница тем больше, чем выше концентрация соли в растворе, применение этих растворов в качестве теплоносителя позволяет достичь более высокой температуры их нагрева, чем обеспечивается нагрев дутьевого воздуха до более высоких температур, что дополнительно уменьшает расход топлива на котел 1, а также более высокое увлажнение дутьевого воздуха, что, в свою очередь, повышает степень подавления образования окислов азота в топке котла 1. Кроме того использование в качестве теплоносителя указанных растворов, во всех случаях обеспечивает устойчивое соответствие теплопереноса и массопереноса из продуктов сгорания в дутьевой воздух.

Наличие в схеме котельной установки электролизера 16 обеспечивает генерацию в растворе окислителя, например, гипохлорита, который, в свою очередь, обеспечивает доокисление окиси углерода и окислов азота, присутствующих в продуктах сгорания, до диоксидов. Двуокись азота, имеющая значительно большую растворимость в воде, чем моноокись азота, практически полностью переходит из продуктов сгорания в раствор теплоносителя и в электролизера 16, в конечном итоге, восстанавливается до молекулярного азота и частично может переходить в аммиак. Предложенная схема подключения электролизера 16, по сравнению со всеми известными, наиболее эффективна, так как поддержание расчетной концентрации в растворе всех рабочих компонентов обеспечивается в напорном электролизере при минимальном через него расходе теплоносителя, а отводимые вместе с раствором в рабочий объем 8 камеры 2 газообразные продукты электрохимических реакций, в том числе аммиак в конечном итоге дополнительно повышают эффективность работы котельной установки за счет некоторого уменьшения расхода топлива и частичной денитрификации продуктов сгорания непосредственно в топке котла 1.

Для обеспечения утилизации теплоты и конденсата водяных паров продуктов сгорания, с отводом последних внешним потребителям, котельная установка содержит дополнительный контактный аппарат 17, через который осуществляется рециркуляция нагретого и увлажненного дутьевого воздуха, при этом расход забираемого из атмосферы и подаваемого в топку котла дутьевого воздуха не изменяется.

В результате взаимного контакта двух теплоносителей в аппарате 17 жидкий теплоноситель (вода) нагревается, а дутьевой воздух охлаждается. Вследствие того, что дутьевой воздух на выходе из аппарата 2, а следовательно и на входе в аппаpат 17, имеет стопpоцентную относительную влажность, при охлаждении будет происходить интенсивная конденсация влаги на воздухе, в результате чего расход воды на выходе из поддона 19 будет больше, чем расход холодной воды, подаваемой на орошающее устройство 18, и, в зависимости от нагрузки на котельную установку, разность этих расходов будет изменяться. Поддержание уровня воды в поддоне 19 осуществляется с помощью регулятора расхода 28 и датчика уровня 29.

Котельная установка (фиг.2) обеспечивает нагрев любого внешнего теплоносителя, не допускающего прямого контакта с дутьевым воздухом. Так, например, в теплообменнике 20 может осуществляться нагрев питьевой воды для системы горячего водоснабжения, при этом греющим теплоносителем будет служить конденсат водяных паров, рециркулирующий по замкнутому контуру 19-27-21-20-18-19. Избыток конденсирующейся в аппарате 17 влаги может, в первую очередь, быть использован для собственных нужд котельной. Регулятор расхода 21, работающий от (БУ), обеспечивает регулирование расхода рециркулирующего греющего теплоносителя в зависимости от колебания нагрузки на котле 1, а регулятор температуры 22 обеспечивает поддержание температуры нагреваемого теплоносителя путем изменения его расхода.

Котельная установка (фиг.3) обеспечивает, за счет использования второго теплообменника 23, более высокую температуру нагрева теплоносителя (воды) для внешнего потребителя утилизируемой из продуктов сгорания теплоты, вследствие более высокой температуры греющего теплоносителя в теплообменнике 23 по сравнению с теплообменником 20.

Схемы предложенных котельных установок является самоуравновешивающимися и обеспечивают высокую эффективность и надежность работы установок в автоматическом режиме, при этом обеспечивается осушение продуктов сгорания в результате снижения как абсолютной, так и относительной их влажности. Кроме того, схема включения контактного аппарата 17, выполняющего функции теплоутилизатора, по сравнению с традиционной установкой на газоходе, снижает габариты и металлоемкость самого аппарата (теплоутилизатора) за счет значительно меньших объемных расходов рециркулируемого влажного воздуха по сравнению с расходом продуктов сгорания.

Таким образом, предложенные технические решения обеспечивают максимальную эффективность работы котельных установок в части утилизации теплоты и конденсата водяных паров продуктов сгорания с одновременным исключением выбросов с ними в атмосферу окиси углерода, окислов азота и бензопирена.

Формула изобретения

1. Котельная установка, содержащая котел, на воздуховоде дутьевого воздуха и газоходе которого установлены контактные тепломассообменные аппараты с орошающими устройствами, поддонами и расположенными между ними рабочими объемами, причем поддон контактного аппарата воздуховода подключен к орошающему устройству контактного аппарата газохода и на линии подключения размещен регулятор расхода, соединенный с датчиком уровня, установленным в поддоне контактного аппарата воздуховода, а поддон контактного аппарата газохода подключен к орошающему устройству контактного аппарата воздуховода и на линии подключения размещен регулятор расхода, соединенный через блок управления с датчиками температуры, установленными в поддоне и за орошающим устройством по ходу воздуха контактного аппарата воздуховода, отличающаяся тем, что поддон контактного аппарата газохода подключен рециркуляционной линией к своему орошающему устройству через регулятор расхода, соединенный с блоком управления, кроме того, установка дополнительно содержит электролизер, подключенный входным и выходным своими патрубками соответственно к поддону и рабочему объему контактного аппарата воздуховода, и контактный тепломассообменный аппарат с орошающим устройством и поддоном, причем входной и выходной газовые патрубки которого соответственно подключены к выходному и входному патрубкам контактного аппарата воздуховода, а орошающее устройство и поддон к источнику холодной воды и потребителю горячей воды.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит теплообменник, подключенный патрубками греющей среды к поддону через регулятор расхода, соединенный с блоком управления, и орошающему устройству дополнительного контактного аппарата, входным патрубком нагреваемой среды подключен к источнику холодного теплоносителя (воды), а выходным патрубком нагретого теплоносителя (воды) через регулятор температуры к его потребителю.

3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что содержит второй теплообменник, установленный на рециркуляционной линии контактного аппарата газохода, причем входной и выходной патрубки нагреваемой среды которого подключены соответственно к выходному патрубку нагретого теплоносителя первого теплообменника и регулятору температуры.

4. Установка по пп. 1 3, отличающаяся тем, что в качестве теплоносителя в контуре основных контактных аппаратов используются водные растворы солей щелочных и/или щелочноземельных металлов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3