КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к области конструкции устройств для получения тепловой энергии на тепловых электростанциях в виде перегретого пара путем сжигания углеводородного топлива в камерных топках энергетических паровых котлов. Полезная модель может быть использована в огнетехнических технологиях с использованием печей для повышения их эксплуатационной надежности и предотвращения опасных выбросов окислов азота в атмосферу.
Известна котельная установка, содержащая топку с экранной испарительной поверхностью, в которой на фронтальной стене установлены горелки первого и второго ярусов, барабан, горизонтальный газоход, в котором размещен пароперегреватель, ступени которого соединены с первым и вторым межступенчатыми пароохладителями, опускной газоход, экономайзер, регулятор температуры перегрева пара, регуляторы подачи топлива первого и второго ярусов, регуляторы подачи воздуха первого и второго ярусов, которые соединены с регуляторами подачи смеси топлива и воздуха, соответственно первого и второго ярусов, которые соединены, в свою очередь, с регулятором температуры перегрева пара, систему контроля температуры перегретого пара, включающую основной датчик температуры перегрева пара, соединенный электрической связью с первым и вторым межступенчатыми пароохладителями, и дополнительный датчик температуры перегрева пара, соединенный электрической связью с регулятором перегрева пара, при этом каждая горелка первого и второго ярусов выполнена с возможностью регулирования и управления теплопроизводительностью в зависимости от температуры перегретого пара и имеет возможность раздельной подачи топлива и раздельной подачи воздуха (патент на полезную модель RU №112343 U1, МПК F22B 35/00, 10.01.2012).
Недостатки известной котельной установки:
1. При быстром наборе паропроизводительности котла происходит резкое повышение температуры факела и возрастает интенсивность образования окислов азота.
2. При переходе на сжигание топлива с высшей теплотой сгорания невозможно быстро отрегулировать количество подаваемого топлива для предотвращения образования окислов азота в автоматическом режиме.
Задачей полезной модели является разработка котельной установки, в которой устранены указанные недостатки прототипа.
Технический результат, заключающийся в предотвращении образования окислов азота в топке при работе на форсированных режимах и при переходе на сжигание высококалорийного топлива, достигается тем, что в котельной установке, содержащей топку с экранной испарительной поверхностью, в которой на фронтальной стене установлены горелки первого и второго ярусов, барабан, горизонтальный газоход, в котором размещен пароперегреватель, ступени которого соединены с первым и вторым межступенчатыми пароохладителями, опускной газоход, экономайзер, регулятор температуры перегрева пара, регуляторы подачи топлива первого и второго ярусов, регуляторы подачи воздуха первого и второго ярусов, которые соединены с регуляторами подачи смеси топлива и воздуха, соответственно первого и второго ярусов, которые соединены, в свою очередь, с регулятором температуры перегрева пара, систему контроля температуры перегретого пара, включающую основной датчик температуры перегрева пара, соединенный электрической связью с первым и вторым межступенчатыми пароохладителями, и дополнительный датчик температуры перегрева пара, соединенный электрической связью с регулятором температуры перегрева пара, при этом каждая горелка первого и второго ярусов выполнена с возможностью регулирования и управления теплопроизводительностью в зависимости от температуры перегретого пара и имеет возможность раздельной подачи топлива и раздельной подачи воздуха, согласно настоящей полезной модели, на трубопроводе подачи топлива расположен автоматический калориметр со встроенным процессором, соединенный с регуляторами подачи топлива первого яруса и регуляторами подачи топлива второго яруса, и соединенный электрической связью с регулятором температуры перегрева пара, а в опускном газоходе после экономайзера установлен автоматический газоанализатор, соединенный электрической связью с регулятором температуры перегрева пара, при этом количество подаваемого топлива и воздуха к каждой горелке производится автоматически путем передачи электрического сигнала на регуляторы топлива и воздуха перед каждой горелкой в соответствии с теплотой сгорания, определяемой автоматическим калориметром и количества образующихся окислов азота, определяемых автоматическим газоанализатором.
Таким образом, технический результат достигается путем применения автоматического калориметра со встроенным процессором, соединенного с регуляторами подачи топлива первого яруса и регуляторами подачи топлива второго яруса и соединенного электрической связью с регулятором температуры перегрева пара, а также путем применения автоматического газоанализатора для обнаружения и измерения количества окислов азота, установленного в опускном газоходе после экономайзера и соединенного электрической связью с регулятором температуры перегрева пара.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично показано продольное сечение предлагаемой котельной установки с ее основными элементами и их функциональными связями; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1 (горизонтальное сечение экранированной топки на уровне горелок первого яруса); на фиг. 3 показан вид Б на фиг. 1 (вид фронтальной стенки экранированной топки на уровне горелок первого и второго ярусов).
Цифрами на чертежах обозначены следующие позиции:
1 - топка;
2 - горелки первого яруса;
3 - горелки второго яруса;
4 - экранная испарительная поверхность;
5 - барабан;
6 - горизонтальный газоход;
7, 8, 9, 10 - соответственно первая, вторая, третья, четвертая ступени пароперегревателя;
11, 12 - соответственно первый и второй межступенчатые пароохладители;
13 - основной датчик температуры перегрева пара;
14 - опускной газоход;
15 - экономайзер;
16 - дополнительный датчик температуры перегрева пара;
17 - регулятор температуры перегрева пара;
18 - регулятор подачи смеси топлива и воздуха второго яруса (регулятор количества и качества смеси топлива и воздуха горелок второго яруса);
19 - регулятор подачи воздуха второго яруса (задвижка с электроприводом для подачи воздуха в горелки второго яруса);
20 - регулятор подачи топлива второго яруса (задвижка с электроприводом для подачи топлива в горелки второго яруса);
21 - регулятор подачи смеси топлива и воздуха первого яруса (регулятор количества и качества смеси топлива и воздуха горелок первого яруса);
22 - регулятор подачи воздуха первого яруса (задвижка с электроприводом для подачи воздуха в горелки первого яруса);
23 - регулятор подачи топлива первого яруса (задвижка с электроприводом для подачи топлива в горелки первого яруса);
24 - автоматический калориметр со встроенным процессором;
25 - автоматический газоанализатор.
Назначение элементов и узлов котельной установки следующее.
Топка 1 с горелками 2 и 3 служит для сжигания топлива, поступающего через регуляторы 20 и 23 (задвижки с электроприводом). В горелки 2 и 3 подается также подогретый воздух через регуляторы 19 и 22 (задвижки с электроприводом).
Экранная трубная испарительная поверхность 4 генерирует внутри труб пароводяную смесь, которая поступает в барабан 5 для сепарирования. В барабан 5 также поступает вода из экономайзера 15, расположенного в опускном газоходе 14.
Из барабана 5 в пароперегреватель пар подается последовательно в первую ступень 7, затем во вторую ступень 8, и далее, в третью 9 и четвертую 10 ступени пароперегревателя, после которых образуется перегретый пар, поступающий на паровую турбину. Ступени перегрева пара 7, 8, 9 и 10 размещены в горизонтальном газоходе 6.
Для контроля и последующего регулирования температуры перегрева применяются датчики 13 и 16 температуры перегрева пара. Для исключения повышения температуры сверх допустимой применяются межступенчатые впрыскивающие пароохладители 11 и 12, срабатывающие на основании электрического сигнала с датчика 13.
Датчик 16 служит для интегрального регулирования температуры продуктов сгорания в горизонтальном газоходе 6 путем изменения количества топлива и воздуха, поступающего на горелки 2 и 3, соответственно первого и второго ярусов.
При повышении температуры перегретого пара электрический сигнал с датчика 16 поступает на регулятор 17 температуры перегрева пара, от которого по программе, заложенной в ЭВМ, передаются два электрических сигнала. Один из них идет на регулятор 18 количества и качества смеси топлива и воздуха на горелки 3 второго яруса, которые имеют раздельное управление регуляторами 19 (задвижками с электроприводом) для подачи воздуха и регуляторами 20 (задвижками с электроприводом) для подачи топлива. Второй сигнал идет на регулятор 21 количества и качества смеси топлива и воздуха на горелки 2 первого яруса, которые имеют раздельное управление регуляторами 22 (задвижками с электроприводом) для подачи воздуха и регуляторами 23 (задвижками с электроприводом) для подачи топлива.
Предлагаемая котельная установка отличается тем, что она дополнительно содержит автоматический калориметр 24 со встроенным процессором и автоматический газоанализатор 25, при этом автоматический калориметр 24 подключен к регулятору 17 температуры перегрева пара и соединен с регуляторами 23 подачи топлива первого яруса и регуляторами 20 подачи топлива второго яруса, а автоматический газоанализатор 25 установлен в опускном газоходе 14 после экономайзера 15 и подключен к регулятору 17 температуры перегрева пара.
Автоматический калориметр 24 со встроенным процессором (на фиг.1 процессор позицией не обозначен) размещен на трубопроводе подачи топлива перед регуляторами 20 и 23 для подачи топлива к горелкам (на фиг. 1, 2, 3 трубопроводы подачи топлива позициями не обозначены) и служит для измерения и регистрации теплоты сгорания топлива и передачи по электрической связи значения теплоты сгорания топлива на регулятор 17 температуры перегрева пара.
Автоматический газоанализатор 25 размещен в опускном газоходе 14 после экономайзера 15 по ходу движения продуктов сгорания и служит для регистрации наличия окислов азота и выработки опережающего электрического сигнала о наличии окислов азота и передачи сигнала по электрической связи в блок сравнения (на фиг. 1 блок сравнения позицией не обозначен) регулятора 17 температуры перегрева пара.
В отличительной части заявляемая полезная модель работает следующим образом.
При резком повышении паропроизводительности котельной установки по программе ЭВМ, заложенной в регулятор 17 температуры перегрева пара, задается количество подаваемого топлива в соответствии с теплотой сгорания, измеренной автоматическим калориметром 24, и в соответствии с теплотой сгорания задается количество воздуха в горелки 2 и 3, соответственно первого и второго ярусов. Увеличивается температура факела до значений, при которых начинают образовываться окислы азота.
Малые образования окислов азота обнаруживаются автоматическим газоанализатором 25. Значения этих количеств окислов азота, преобразованные в электрические сигналы, поступают с опережением к блоку сравнения регулятора 17 температуры перегрева пара, в который также поступает электрический сигнал от датчика 16. Величина сигналов с автоматического калориметра 24 и автоматического газоанализатора 25 сравнивается с заложенным в компьютерной программе допустимыми значениями окислов азота, которые могут быть выброшены в атмосферу.
При превышении допустимого значения окислов азота, измеренных автоматическим газоанализатором 25, количество подаваемого топлива и воздуха на горелки 2 и 3 уменьшается с помощью регуляторов 18 и 21 и регуляторов 19, 20, 22, 23 (задвижек с электроприводами) по сигналу с блока сравнения регулятора 17 температуры перегрева пара. Снижение значения величины температуры факела предотвращает образование окислов азота.
Таким образом, использование предлагаемой полезной модели позволит предотвратить образование окислов азота в топке при работе на форсированных режимах и при переходе на сжигание высококалорийного топлива.