Комплексная котельная установка

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано как теплогенерирующая установка для получения водяного пара и нагрева сетевой воды в системах теплоснабжения.

Известен вихревой парогенератор, содержащий топку, выполненную в виде шарообразного корпуса, снабженного патрубком выхода пара, расположенную под ним водяную рубашку, снабженную патрубком входа питательной воды, и расположенную по центральной оси корпуса горелку, получение пара в котором осуществляется путем непосредственного контакта нагретой питательной воды с продуктами сгорания топлива [А. с. СССР № №885699, МПК F 22 В 27/12, 29/06, 1981].

Недостатками известного устройства являются необходимость проведения процесса горения при давлении равном давлению пара, что обусловливает повышенные требования к конструкционным материалам, увеличивает вес устройства и не позволяет получать пар с высокими технологическими параметрами, использование в качестве теплообменной поверхности водяной рубашки, что ограничивает площадь теплообменной поверхности и не позволяет увеличить производительность по пару и выполнение топки в виде шара, что затрудняет равномерный обогрев ее поверхности и в сумме снижает эффективность парогенератора.

Более близким к предлагаемому изобретению является контактный парогенератор, содержащий топку, состоящую из корпуса, внутри которого по окружности помещены экранные трубы, соединенные с верхним кольцевым коллектором, снабженным патрубком выхода питательной воды и нижним кольцевым коллектором, снабженным патрубком входа питательной воды, осесимметично которому устроена горелка, причем экранные трубы и корпус выгнуты таким образом, что полость образованная экранными трубами повторяет конфигурацию факела пламени, образующегося в результате горения топлива в горелке, эжектор, циклон и питательный насос, при этом топка соединена своим выходным отверстием, образованным кольцом верхнего коллектора с приемной камерой эжектора, диффузор которого соединен с тангенциальным патрубком циклона, патрубок выхода обратной воды которого соединен через трубопровод обратной воды, трубопровод питательной воды и питательный насос с патрубком входа питательной воды в нижний коллектор топки, а патрубок выхода горячей воды из верхнего коллектора соединен трубопроводом с соплом эжектора [Патент РФ № №2383815, МПК F 22 В 27/00, 2010].

Основными недостатками известного контактного парогенератора являются исполнение экранного пучка труб топки в виде одиночного факела, что создает опасность перегрева верхней зоны экранного пучка, снижает надежность и ограничивает производительность, необходимость для проведения процесса горения чистого водорода и кислорода, для чего требуется наличие источников этих компонентов, получение теплоносителя только в виде водяного пара, что ограничивает диапазон его использования, значительно увеличивает стоимость полученного теплоносителя и таким образом, снижает его эффективность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности и эффективности комплексной котельной установки.

Технический результат достигается комплексной котельной установкой, содержащей контактный парогенератор, состоящий из корпуса топки, внутри которого по эллиптическому периметру помещены экранные трубы, соединенные с верхним эллиптическим коллектором, снабженным патрубком выхода питательной воды и нижним эллиптическим коллектором, снабженным патрубком входа питательной воды, соединенным с питательным насосом, внутри нижнего эллиптического коллектора осесимметрично ему расположены горелки, экранные трубы и корпус топки выгнуты таким образом, что нижняя зона полости образованная экранными трубами повторяет конфигурацию факела пламени, образующегося в результате горения топлива в горелках, а верхняя часть экранных труб и корпуса топки направлены вертикально вверх, эжектор, приемная камера которого соединенной снизу с топкой, а диффузора соединен на выходе с циклоном, корпус которого снабжен входным тангенциальным патрубком, патрубками отвода парогазовой смеси и конденсата, соответственно, внутри которого помещена центральная труба, соединенная с патрубком выхода пара, причем патрубок отвода парогазовой смеси соединен с прямоугольным корпусом пластинчатого конденсатора, состоящего, из расположенных сверху–вниз пирамидального парового коллектора, снабженного паровым патрубком, соединенного снизу с теплообменным коробом, в котором устроены вертикальные теплообменные перегородки, выполненные из коррозионно-устойчивого материала, образующие вертикальные паровые и горизонтальные водные каналы, причем паровой коллектор соединен через паровые каналы сверху–вниз с газовым коллектором и пирамидальным днищем, снабженными газовым и конденсатным патрубками, а водные каналы соединены справа и слева с пирамидальными входным и выходным водяными коллекторами, соединенными с входным и выходным патрубками сетевой воды, газовый и конденсатный патрубки соединены с корпусом дегазатора, снабженного конденсатным патрубком, патрубком входа конденсата, патрубком входа влажного газа, соединенного с перфорированным распределителем, каплеотбойником и патрубком выхода очищенных газов, соединенным с вентилятором высокого давления, напорный патрубок которого снабжен коническим насадком.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемой комплексной котельной установки (КоКУ), на фиг. 2 - разрез топки контактного парогенератора, на фиг. 3-5 - разрезы пластинчатого конденсатора.

КоКУ содержит контактный парогенератор 1, состоящий из корпуса топки 2, внутри которого по эллиптическому периметру помещены экранные трубы 3, соединенные с верхним эллиптическим коллектором 4, снабженным патрубком выхода питательной воды 5 и нижним эллиптическим коллектором 6, снабженным патрубком входа питательной воды 7, соединенным с питательным насосом 8, внутри нижнего эллиптического коллектора 6 осесимметрично ему расположены горелки 9, экранные трубы 3 и корпус 2 выгнуты таким образом, что нижняя зона полости образованная экранными трубами 3 повторяет конфигурацию факела пламени, образующегося в результате горения топлива в горелках 9, а верхняя зона экранных труб 3 и корпуса топки 2 направлены вертикально вверх, эжектор 10, состоящий из приемной камеры 11 с патрубком 12 и соплом 13, смесительной камеры 14 и диффузора 15, приемная камера 11 и диффузор 15 которого соединены снизу с топкой 2 и с циклоном 16, соответственно, корпус циклона 16 снабжен входным тангенциальным патрубком 17, патрубками отвода парогазовой смеси 18 и конденсата 19, соответственно, внутри которого помещена центральная труба 20, соединенная с патрубком выхода пара 21, причем патрубок отвода парогазовой смеси 18 соединен с прямоугольным корпусом пластинчатого конденсатора 22, состоящего, из расположенных сверху–вниз пирамидального парового коллектора 23, снабженного паровым патрубком 24, соединенного снизу с теплообменным коробом 25, в котором устроены вертикальные теплообменные перегородки 26, выполненные из коррозионно-устойчивого материала (например, из армированного малощелочного стекла), образующие вертикальные паровые 27 и горизонтальные водные каналы 28, причем паровой коллектор 23 соединен через паровые каналы 27 сверху–вниз с газовым коллектором 29 и пирамидальным днищем 30, снабженными газовым и конденсатным патрубками 31 и 32, соответственно, а водные каналы 28 соединены справа и слева с пирамидальными входным и выходным водяными коллекторами 33 и 34, соединенными с входным и выходным патрубками сетевой воды 35 и 36, соответственно, газовый и конденсатный патрубки 31 и 32 соединены с корпусом дегазатора 37, снабженного конденсатным патрубком 38, патрубком входа конденсата 39, патрубком входа влажного газа 40, соединенного с перфорированным распределителем 41, каплеотбойником 42 и патрубком выхода очищенных газов 43, соединенным с вентилятором высокого давления 44, напорный патрубок которого снабжен коническим насадком 45.

КоКУ работает следующим образом. Питательный насос 8, создающий высокое давление Р₁, через патрубок 7 и нижний эллиптический коллектор 6 подает питательную воду в экранные трубы 3, которые равномерно обогреваются от факелов из горелок 9. Из экранных труб вода, нагретая до температуры кипения, поступает в верхний эллиптический коллектор 4, откуда через патрубок 5 и соединенный с ним патрубок 12 эжектора 10, из сопла 13 струя питательной воды, нагретая до температуры кипения Т₁ при давлении Р₁ с большой скоростью, попадает в смесительную камеру 14, создавая в приемной камере 11 разрежение. В результате созданного разрежения продукты сгорания топлива (например, полученные при сгорании природного газа или мазута: оксиды углерода, оксиды азота, пары воды) при давлении Р₀ и высокой температуре Т_Т из топки 2 попадают в приемную камеру 11 и далее в смесительную камеру 14. В смесительной камере 14 давление воды снижается от Р₁ до Р₂, а давление дымовых газов, наоборот, повышается от Р₀ до Р₂, питательная вода смешивается и контактирует с продуктами сгорания из топки 2, интенсивно испаряясь, в результате снижения давления до Р₂ и скоростного теплообмена с продуктами сгорания, а образовавшаяся парогазовая смесь при давлении Р₂ и температуре Т₂ поступает в диффузор 15. В диффузоре 15 динамическое давление струи пара трансформируется в статическое, в результате чего давление паровоздушной смеси на выходе из диффузора 15 поднимается от Р₂ до Р₃, величина которого несколько меньше, чем Р₁, но значительно больше чем Р₂ и Р₀ [В. В. Харитонов и др. Вторичные теплоэнергоресурсы и охрана окружающей среды. – Минск: Выш. школа, 1988, с. 68]. Полученная парогазовая смесь через тангенциальный патрубок 17 поступает в циклон 16, где в результате вращения и воздействия центробежных сил на парогазовую смесь происходит ее деление на практически чистый водяной пар, собирающийся в верхней и средней зонах полости корпуса циклона 16, парогазовую смесь, которая за счет большей плотности составляющих ее газов собирается в нижней зоне полости корпуса циклона 16 и конденсата, который стекает в поддон циклона 16. В соответствии с этим водяной пар отбирается через центральную трубу 20 из патрубка 21 подается потребителю, из конденсатного патрубка 19 отводится конденсат на ХВО, а из патрубка 18 выводится парогазовая смесь в пластинчатый конденсатор 22, выполненный из коррозионно-устойчивого материала. В конденсаторе 22 парогазовая смесь отдает тепло при конденсации водяных паров, охлаждаясь при нагреве через перегородки 26 обратной сетевой водой, которая через патрубок 34 подается потребителю. Одновременно, в конденсаторе 22 при конденсации паров воды, снижении температуры и давления парогазовой смеси от Т₂ и Р₃ до Т_К и Р_К (температура Т_К ниже точки росы) происходит окисление монооксидов азота до диоксидов (при сжигании бессернистого природного газа) и поглощение диоксидов азота и частично диоксида углерода образовавшимся конденсатом. При этом, несконденсировавшиеся газы из парогазовой смеси (N₂, СО₂ и др.), в результате своей большей плотности по сравнению с парами воды, собираются в газовом коллекторе 29, а образовавшийся конденсат, насыщенный кислыми компонентами, стекает в поддон 30, откуда влажные газы и кислый конденсат через патрубки 31 и 32 поступают в дегазатор 37. В дегазаторе 37 влажные газы из перфорированного распределителя 41, проходя через слой конденсата, в основном освобождаются от несконденсировавшихся паров воды и оставшихся вредных компонентов, которые поглощаются кислым конденсатом, далее очищаются от уносимых капель конденсата в каплеотбойнике 42 и через патрубок 43 с давлением Р₄ близким к атмосферному поступают на всас вентилятора высокого давления 44, снабженного коническим насадком 45 и расположенного на верхней отметке (например, на крыше котельной). Из вентилятора 44 очищенные и охлажденные дымовые газы с давлением Р_В и температурой Т₄ через конический насадок 45 выбрасываются в виде факела в атмосферу.

Количество и параметры пара, получаемого в контактном парогенераторе 1, сетевой воды нагреваемой в пластинчатом конденсаторе 22, степень очистки дымовых газов после дегазатора 37 зависят от вида топлива, количества и давления воды на выходе из сопла 13, создаваемого питательным насосом 8, теплопроизводительности и количества горелок 9, площади поверхности экранных труб 2, теплового напряжения в топке 2, технологических параметров эжектора 10 и циклона 16. При этом, в результате изменения конструкции корпуса топки 2 и экранных труб 3 предотвращается перегрев их верхней части, что увеличивает надежность установки, а в результате смешения газообразных продуктов сгорания с питательной водой, в нем присутствуют пары питательной воды и пары воды, образовавшейся при сжигании топлива. Поэтому, при конденсации образовавшейся парогазовой смеси в конденсаторе 22 и дегазаторе 37 образуется количество конденсата большее, чем поступило питательной воды на величину конденсата от паров воды, образовавшейся при сжигании топлива, что обеспечивает повышение КПД, создает замкнутый цикл водоснабжения КоКУ и снижает выбросы вредных компонентов и парниковых газов в атмосферу, обеспечивая таким образом повышение эффективности установки.

Таким образом, предлагаемая КоКУ обеспечивает получение пара и горячей воды без хвостовых поверхностей и дымовой трубы с использованием технологических и конструктивных преимуществ конструкции контактного парогенератора, эжектора и циклона, с одновременной очисткой продуктов сгорания от вредных компонентов и автономной подпиткой системы водоснабжения котельной, что увеличивает ее надежность и эффективность.