Котельная установка

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

Известен аналог - котельная установка (см. патент РФ, №2620619, БИ №16, 2017), содержащая паровой котел с топкой и барабаном, пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель, конденсационный поверхностный теплообменник, установленный в байпасном газоходе, основной газоход, дымосос, сборник конденсата водяных паров продуктов сгорания с гидравлическим затвором и сепарационное устройство-каплеуловитель, в качестве топлива используется природный газ. Данная котельная установка принята за прототип.

К причине, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании известной котельной установки, принятой за прототип, относится то, что при работе известной котельной установки не осуществляется непрерывное регулирование расхода и температуры предварительно подогретого в конденсационном поверхностном теплообменнике воздуха перед подачей его в воздухоподогреватель котла. В процессе работы котельной установки температура предварительно подогретого в конденсационном поверхностном теплообменнике воздуха может изменяться. Так при понижении температуры атмосферного воздуха температура предварительно подогретого воздуха будет снижаться, что приведет к низкотемпературной коррозии теплообменной поверхности воздухоподогревателя котла и снижению надежности работы котельной установки. Кроме того, при изменении паропроизводительности котельной установки необходимо изменять расход воздуха, подаваемого на горение в топку котла, и соответственно расход воздуха, подаваемого для предварительного подогрева в конденсационный поверхностный теплообменник. Таким образом, в процессе работы котельной установки необходимо осуществлять непрерывное регулирование расхода и температуры воздуха, подаваемого для предварительного подогрева в конденсационный поверхностный теплообменник.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для повышения надежности котельной установки целесообразно осуществлять непрерывный контроль и поддерживать на заданном уровне в соответствии с режимом работы котельной установки расход и температуру предварительно подогреваемого в конденсационном поверхностном теплообменнике воздуха. Для этого предлагается установить в котельной установке регулятор расхода воздуха, подаваемого для предварительного подогрева в конденсационный поверхностный теплообменник, связанный с датчиком расхода природного газа на котел и регулирующим органом, установленным на трубопроводе подвода воздуха в конденсационный поверхностный теплообменник, и регулятор расхода уходящих продуктов сгорания, подаваемых по байпасному газоходу в конденсационный поверхностный теплообменник, связанный с датчиком температуры подогретого в конденсационном поверхностном теплообменнике воздуха и регулирующим органом, установленным в байпасном газоходе перед конденсационным поверхностным теплообменником.

Технический результат - повышение надежности котельной установки.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что известная котельная установка содержит паровой котел с топкой и барабаном, пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель, конденсационный поверхностный теплообменник, установленный в байпасном газоходе, основной газоход, дымосос, сборник конденсата водяных паров продуктов сгорания с гидравлическим затвором и сепарационное устройство-каплеуловитель, в качестве топлива используется природный газ, особенность котельной установки заключается в том, что котельная установка дополнительно снабжена регулятором расхода воздуха, подаваемого для предварительного подогрева в конденсационный поверхностный теплообменник, связанным с датчиком расхода природного газа на котел и регулирующим органом, установленным на трубопроводе подвода воздуха в конденсационный поверхностный теплообменник, и регулятором расхода уходящих продуктов сгорания, подаваемых по байпасному газоходу в конденсационный поверхностный теплообменник, связанным с датчиком температуры подогретого в конденсационном поверхностном теплообменнике воздуха и регулирующим органом, установленным в байпасном газоходе перед конденсационным поверхностным теплообменником.

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, установленный в байпасном газоходе 7, основной газоход 8, дымосос 9, регулятор 10 расхода воздуха, подаваемого для предварительного подогрева в конденсационный поверхностный теплообменник 6, связанный с датчиком 11 расхода природного газа на котел и регулирующим органом 12, установленным на трубопроводе 13 подвода воздуха в конденсационный поверхностный теплообменник 6, регулятор 14 расхода уходящих продуктов сгорания в конденсационный поверхностный теплообменник 6, связанный с датчиком 15 температуры подогретого в конденсационном поверхностном теплообменнике 6 воздуха и регулирующим органом 16 расхода уходящих продуктов сгорания, установленным в байпасном газоходе 7. В байпасном газоходе 7 дополнительно установлены сборник 17 конденсата водяных паров продуктов сгорания с гидравлическим затвором 18 и сепарационное устройство-каплеуловитель 19.

Работа котельной установки осуществляется следующим образом.

В топку котла 1 подают топливо (природный газ) и воздух, питательную воду подогревают в водяном экономайзере 4 и направляют в барабан 2. В топке котла 1 в процессе сжигания природного газа образуются продукты сгорания и вырабатывается водяной пар, который выделяется в барабане 2. Из барабана 2 котла водяной пар направляют в пароперегреватель 3, где его перегревают до заданной температуры и отводят потребителю (не показан).

Продукты сгорания природного газа из топки котла 1 последовательно проходят пароперегреватель 3, водяной экономайзер 4, воздухоподогреватель 5, где охлаждаются до температуры 120-130°С. После воздухоподогревателя 5 общий поток уходящих продуктов сгорания разделяют на две части путем установки байпасного газохода 7. Первую часть продуктов сгорания (в расчетном режиме около 70-80%) отводят в основной газоход 8, а оставшееся количество уходящих продуктов сгорания (в расчетном режиме около 20-30%) по байпасному газоходу 7 направляется в конденсационный поверхностный теплообменник 6, в нагреваемый тракт которого подается атмосферный воздух. За расчетный режим принимается режим работы котельной установки при температуре наружного воздуха, равной средней температуре наиболее холодной пятидневки.

В конденсационном поверхностном теплообменнике 6 в процессе теплообмена уходящих продуктов сгорания и воздуха продукты сгорания охлаждают ниже точки росы, а воздух подогревают до температуры 20-30°С и направляют в воздухоподогреватель 5. При этом происходит конденсация части содержащихся в уходящих продуктах сгорания водяных паров и 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. Затем охлажденные ниже точки росы продукты сгорания проходят сепарационное устройство-каплеуловитель 19, где от продуктов сгорания отделяется капельная влага, и направляются в основной газоход 8, где смешиваются с неохлажденными продуктами сгорания и подогреваются. Общий поток уходящих продуктов сгорания в расчетном режиме при температуре наружного воздуха, равной средней температуре наиболее холодной пятидневке, при температуре 100-110°С дымососом 9 отводят в атмосферу.

Конденсат водяных паров, выделяющийся из уходящих продуктов сгорания в процессе их охлаждения ниже точки росы в конденсационном поверхностном теплообменнике 6 поступает в сборник 17, затем через гидравлический затвор 18 непрерывно отводится в бак чистых стоков (не показан) и полезно используется в котельной установке.

Расход воздуха на котел поддерживается на заданном уровне в зависимости от паропроизводительности котла, при этом температура воздуха на входе в воздухоподогреватель 5 при работе котла на природном газе равна 20-30°С. В процессе работы котельной установки осуществляется непрерывное измерение расхода природного газа датчиком 11. Сигнал от датчика 11 расхода природного газа на котел поступает на вход регулятор 10 расхода воздуха, подаваемого в конденсационный поверхностный теплообменник 6, выход которого соединен с регулирующим органом 12 расхода воздуха, установленным на трубопроводе 13. Кроме того, в процессе работы котельной установки осуществляется непрерывное измерение температуры воздуха на входе в воздухоподогреватель 5 датчиком 15. Сигнал от датчика 15 температуры подогретого в конденсационном поверхностном теплообменнике 6 воздуха поступает на вход регулятора 14 расхода уходящих продуктов сгорания в конденсационный поверхностный теплообменник 6, выход которого соединен с регулирующим органом 16 расхода уходящих продуктов сгорания, установленным в байпасном газоходе 7.

При возникновении ситуации, когда паропроизводительность котла и расход природного газа на котел отклоняются от заданного первоначального значения по сигналу от датчика 11 регулятором 10 вырабатывается командный сигнал на изменение расхода воздуха, подаваемого в конденсационный поверхностный теплообменник 6, то есть в воздухоподогреватель 5. Командный сигнал, вырабатываемый регулятором 10, воздействует на регулирующий орган 12, которым осуществляется изменение расхода воздуха, подаваемого по трубопроводу 13 в конденсационный поверхностный теплообменник 6. Новому значению расхода воздуха должна поддерживаться температура 20-30°С на входе в воздухоподогреватель 5. При изменении температуры подогретого в конденсационном поверхностном теплообменнике 6 воздуха регулятором 14 вырабатывается командный сигнал на изменение расхода уходящих продуктов сгорания в конденсационный поверхностный теплообменник 6. Командный сигнал, вырабатываемый регулятором 14, воздействует на регулирующий орган 16, которым осуществляется изменение расхода уходящих продуктов сгорания в конденсационный поверхностный теплообменник 6. Изменением расхода уходящих продуктов сгорания в конденсационный поверхностный теплообменник 6 достигается требуемое значение температуры воздуха на входе в воздухоподогреватель 5, значение которой непрерывно измеряется датчиком 15.

Таким образом, в процессе работы котельной установки будет осуществляться непрерывный контроль и поддерживаться на заданном уровне в соответствии с паропроизводительностью котла расход и температура воздуха на входе в воздухоподогреватель.

Снабжение котельной установки регулятором расхода воздуха, подаваемого для предварительного подогрева в конденсационный поверхностный теплообменник, связанным с датчиком расхода природного газа на котел и регулирующим органом, установленным на трубопроводе подвода воздуха в конденсационный поверхностный теплообменник, и регулятором расхода уходящих продуктов сгорания, подаваемых по байпасному газоходу в конденсационный поверхностный теплообменник, связанным с датчиком температуры подогретого в конденсационном поверхностном теплообменнике воздуха и регулирующим органом, установленным в байпасном газоходе перед конденсационным поверхностным теплообменником, позволяет осуществлять регулирование и поддерживать на заданном уровне в соответствии с режимом работы котельной установки расход и температуру предварительно подогреваемого в конденсационном поверхностном теплообменнике воздуха, что повышает надежность котельной установки.