КОТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к котлостроению и может быть использована при проектировании и изготовлении котельных установок, содержащих водогрейные газотрубные котлы, в том числе судовых и предназначена для повышения их эффективности.
Известна полезная модель котельной установки, включающая водогрейный газотрубный котел с жаровой трубой, дымогарными трубами, газоходом и топливной форсункой (см., например, Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы: Учебное пособие. - 2-е изд. перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1988. 296 с. ил. стр. 13-16), а также топливную система котла, содержащую расходную цистерну дизельного топлива, фильтр грубой очистки, топливный насос и фильтр тонкой очистки, (см., например, Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы: Учебное пособие. - 2-е изд. перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1988. 296 с. ил. стр. 23, 24).
Основным недостатком такой полезной модели высокая стоимость ее эксплуатации, обусловленная дороговизной применяемого в ней дизельного топлива.
Известна полезная модель котельной установки, отличающаяся от рассмотренной выше тем, что в топливной системе котла вместо расходной дизельного топлива имеется расходная цистерна моторного топлива и дополнительно введены подогреватели моторного топлива (см., например, Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы: Учебное пособие. - 2-е изд. перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1988. 296 с. ил. стр. 23, 24).
В данной полезной модели применяется более дешевое моторное топливо. Однако при этом проявляются следующие недостатки полезной модели.
Так как молекулы моторного топлива по размерам значительно превосходят молекулы дизельного топлива (см., например, учебник «Общая химия», Коровин Н.В.; рек. Мин-вом общ. и проф. образования РФ по техн. спец., М: Высш. школа, 1998. - 559 с, стр. 425-427 и стр. 443-444), то испаряемость моторного топлива существенно меньше чем дизельного. Кроме того, вследствие больших размеров, молекулы моторного топлива требуют значительно большего времени для полного окисления по сравнению с молекулами дизельного топлива. В результате действия обоих указанных выше факторов повышается доля несгоревшего топлива, то есть появляется химический недожог.
Кроме того, при применении моторного топлива в подобных полезных моделях, как правило, отмечается повышенное нагарообразование, загрязнение теплообменника поверхностей, что ведет к снижению эффективности котельной установки (см., например, Енин В.И., Денисенко Н.И., Костылев И.И. Судовые котельные установки: Учебник для вузов. М.: Транспорт, 1993, 216 с. стр. 36-38).
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является полезная модель котельной установки, включающая водогрейный газотрубный котел с жаровой трубой, дымогарными трубами, дымником и топливной форсункой (см., например, Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы: Учебное пособие. - 2-е изд. перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1988. 296 с. ил. стр. 13-16), также котельная установка содержит топливную система котла, содержащую последовательно соединенные расходную цистерну дизельного топлива, переключатель вида топлива, фильтр грубой очистки, топливный насос, подогреватель топлива, фильтр тонкой очистки, выход которого является выходом топливной системы котла и соединен с форсункой котла, кроме того топливная система котла включает расходную цистерну моторного топлива, выход которой подключен ко второму входу переключателя вида топлива (см., например, книгу «Эксплуатация судовых котельных установок»: Учебн. для высш. инж. мор. уч-щ/ В.М. Федоренко, В.М. Залетов, Р.И. Руденко, И.Г. Беляев. - М. Транспорт, 1991-272 с, стр. 14).
В данной полезной модели обычно дизельное топливо используется в качестве вспомогательного - для розжига котла и вывода его на рабочий режим. Далее осуществляется перевод котла на более дешевое моторное топливо, которое является основным топливом для котла. При работе на моторном топливе проявляются все основные недостатки рассмотренные выше: химический недожог, повышенное нагарообразование и загрязнение теплообменных поверхностей. Указанные недостатки ведут к снижению эффективности котельной установки в целом.
Задачей полезной модели является повышение эффективности котельной установки с водогрейным газотрубным котлом, путем улучшения процесса сгорания топлива в топке котла.
Задача полезной модели достигается тем, что в котельную установку, включающую водогрейный газотрубный котел с жаровой трубой, дымогарными трубами, дымником и топливной форсункой, а также топливную систему котла, содержащую последовательно соединенные расходную цистерну дизельного топлива, переключатель вида топлива, фильтр грубой очистки, топливный насос, подогреватель топлива, фильтр тонкой очистки, выход которого является выходом топливной системы котла и соединен с форсункой котла, кроме того топливная система котла включает расходную цистерну моторного топлива, выход которой подключен ко второму входу переключателя вида топлива, дополнительно введены последовательно соединенные пароводяной коллектор, насос и в жаровую трубу нагревательный элемент, выход которого подключен к пароводяному коллектору, также введены последовательно соединенные клапан выдачи пара, вход которого подключен к паровому пространству пароводяного коллектора и клапан подачи пара на форсунку, выход которого соединен с входом топливной форсунки, а также внешний клапан, вход которого подключен к выходу клапана выдачи пара.
Существо заявляемой полезной модели заключается в следующем. Для улучшения процесса сгорания топлива в топке котла предлагается применять распыл топлива паром, то есть применять для распыливания топлива паромеханическую форсунку вместо традиционно применяемой механической форсунки. Паромеханические форсунки нашли широкое применение в паровых котлах (см., например, Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы: Учебное пособие. - 2-е изд. перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1988. 296 с. ил. стр. 59-65, см. также Енин В.И., Денисенко Н.И., Костылев И.И. Судовые котельные установки: Учебник для вузов. М.: Транспорт, 1993, 216 с. стр. 31-33) и обладают следующими основными достоинствами по сравнению с механическими форсунками.
Во-первых, они обеспечивают более лучшее распыливание топлива. При этом имеется возможность регулировки подачи топлива в широком диапазоне.
x
Во-вторых, вследствие наличия паров воды совместно с топливом в высокотемпературной области топки улучшается процесс сгорания моторного топлива, что ведет к повышению полноты его сгорания, то есть снижается величина химического недожога, а это ведет к снижению расхода топлива котлом. Кроме того наблюдается снижение нагарообразований, и очистка теплообменных поверхностей котельной установки. При этом наряду с указанными процессами снижается температура продуктов сгорания и содержание NO на выходе газохода котла, что улучшает экологические характеристики котла (см., например, Енин В.И., Денисенко Н.И., Костылев И.И. Судовые котельные установки: Учебник для вузов. М: Транспорт, 1993, 216 с. стр. 36-38).
Однако, несмотря на все преимущества, для применения паромеханических форсунок в водогрейном котле необходим пар, который отсутствует в данном котле.
В заявляемой полезной модели обеспечивается получение пара в котельной установке с водогрейным котлом и применение его для распыливания моторного топлива с помощью паромеханической форсунки. Для получения пара вода нагревается до кипения в нагревательном элементе, установленном в жаровой трубе котла, затем пар отделяется от воды в пароводяном коллекторе и полученный пар используется в паромеханической форсунке для распыливания топлива.
В результате в заявляемой полезной модели появляется возможность распыливания топлива паром, а это ведет к улучшению процесса сгорания топлива в топке котла. Кроме улучшения процесса сгорания топлива, дополнительно снижается расход топлива водогрейным котлом, и улучшаются экологические характеристики котла.
В конечном итоге обеспечение возможности распыливания топлива паром в водогрейном газотрубном котле ведет к повышению эффективности котельной установки.
Таким образом, у заявляемой полезной модели появляется новое свойство, заключающееся в получении пара в котельной установке с водогрейным котлом и обеспечении возможности распыливания топлива паром в топке водогрейного газотрубного котла, что ведет к улучшению процесса сгорания топлива, не совпадающее со свойствами, проявляемыми отличительными признаками в известных решениях и не равные сумме этих свойств, обеспечивающие достижение нового положительного эффекта - повышение эффективности котельной установки с водогрейным газотрубным котлом.
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 приведена схема котельной установки.
На фиг. 2 приведена схема получения и применения пара в водогрейном газотрубном котле.
На фиг. 3 показан нагревательный элемент, устанавливаемый в жаровую трубу.
Котельная установка включает водогрейный газотрубный котел 1 с жаровой трубой 2, дымогарными трубами 3, дымником 4 и топливной форсункой 5, а также топливную система котла 6, содержащую последовательно соединенные расходную цистерну дизельного топлива 7, переключатель вида топлива 9, фильтр грубой очистки 10, топливный насос 11, подогреватель топлива 12, фильтр тонкой очистки 13, выход которого является выходом топливной системы котла 6 и соединен с топливной форсункой 5, кроме того топливная система котла 6 включает расходную цистерну моторного топлива 8, выход которой подключен ко второму входу переключателя вида топлива 9, также в котельную установку входят последовательно соединенные пароводяной коллектор 14, насос 15 и нагревательный элемент 16 в жаровой трубе 2, выход которого подключен к пароводяному коллектору 14, а также последовательно соединенные клапан выдачи пара 17, вход которого подключен к паровому пространству пароводяного коллектора 14 и клапан подачи пара на форсунку 19, выход которого соединен с входом топливной форсунки 5 и внешний клапан 18, вход которого соединен с выходом клапана выдачи пара 17.
Нагревательный элемент 16 выполнен в виде пустотелой вставки, которая вставляется в жаровую трубу 2 котла 1. Нагревательный элемент выполнен по аналогии с подогревателем воды, разработанном в патенте на полезную модель №155587, приоритет от 30.12.2014 года «Газотрубный вспомогательный паровой котел», авторы Чичурин А.Г., Шураев О.П., Садеков М.Х.
Осуществление полезной модели.
Запуск в работу котельной установки осуществляется на дизельном топливе. Для этого переключатель вида топлива 9 в топливной системе котла устанавливается в положение «А». При этом насос 11 забирает топливо из расходной цистерны дизельного топлива 7 и через переключатель вида топлива 9, фильтр грубой очистки 11 выдает его на подогреватель топлива 12 и далее через фильтр тонкой очистки 13 на выход топливной системы котла 6 и на топливную форсунку 5 котла 1. При этом подогреватель топлива 12 подогрев топлива не производит. Форсунка 5 распыливает, поступившее топливо в жаровой трубе, где и происходит его основное сгорание. Одновременно с этим происходит процесс прокачивания воды из водяного пространства пароводяного коллектора 14 через нагревательный элемент 16 жаровой трубы 2. Для этого насос 15 забирает воду из водяного пространства пароводяного коллектора 14, прогоняет ее через нагревательный элемент 16 в жаровой трубе 2 и выдает ее снова в водяное пространство пароводяного коллектора 14. Вода в пароводяном коллекторе 14 нагревается до кипения и появляется пар в паровом пространстве пароводяного коллектора 14. После этого переключатель вида топлива 9 устанавливается в положение «Б», включается подогреватель топлива 12 и моторное топливо, из расходной цистерны моторного топлива 8, будет подаваться на топливную форсунку котла 5 по той же схеме, что и дизельное топливо. При этом оно будет подогреваться в подогревателе топлива 12.
В результате этих операций произошел переход с дорогого дизельного топлива на более дешевое моторное топливо. Однако при использовании моторного топлива проявляются недостатки (присущие прототипу).
Так как молекулы моторного топлива по размерам значительно превосходят молекулы дизельного топлива (см., например, учебник «Общая химия», Коровин Н.В.; рек. Мин-вом общ. и проф. образования РФ по техн. спец., М.: Высш. школа, 1998. - 559 с, стр. 425-427 и стр. 443-444), то испаряемость моторного топлива существенно меньше чем дизельного. Кроме того, вследствие больших размеров, молекулы моторного топлива требуют значительно большего времени для полного окисления по сравнению с молекулами дизельного топлива. В результате действия обоих указанных выше факторов повышается доля несгоревшего топлива, то есть появляется химический недожог.
Кроме того, при применении моторного топлива, как правило, отмечается повышенное нагарообразование, загрязнение теплообменных поверхностей, что ведет к снижению эффективности котельной установки (см., например, Енин В.И., Денисенко Н.И., Костылев И.И. Судовые котельные установки: Учебник для вузов. М.: Транспорт, 1993, 216 с. стр. 36-38).
В предлагаемой полезной модели указанные недостатки устраняются на основе получения пара в водогрейном газотрубном котле и его применении для распыливания топлива. Для этого открываются клапан выдачи пара 17 и клапан подачи пара на форсунку 19. При этом пар из парового пространства пароводяного коллектора 14 через клапан выдачи пара 17 и клапан подачи пара на форсунку 19 будет выдаваться на топливную форсунку 5 для обеспечения распыливания топлива паром.
Процесс распыливания топлива паром широко применяется в паровых котлах (см., например, Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы: Учебное пособие. - 2-е изд. перераб. и доп.- Л.: Судостроение, 1988. 296 с, ил. стр. 59-65, см. также Енин В.И., Денисенко Н.И., Костылев И.И. Судовые котельные установки: Учебник для вузов. М.: Транспорт, 1993, 216 с. стр. 31-33) и обладает следующими основными достоинствами.
Во-первых, он обеспечивает более лучшее распыливание топлива. При этом имеется возможность регулировки подачи топлива в широком диапазоне.
x
Во-вторых, вследствие наличия паров воды совместно с топливом в высокотемпературной области топки улучшается процесс сгорания моторного топлива, что ведет к повышению полноты его сгорания, то есть снижается величина химического недожога, а это ведет к снижению расхода топлива котлом. Кроме того наблюдается снижение нагарообразований, и очистка теплообменных поверхностей котельной установки. При этом наряду с указанными процессами снижается температура продуктов сгорания и содержание NO на выходе газохода котла, что улучшает экологические характеристики котла (см., например, Енин В.И., Денисенко Н.И., Костылев И.И. Судовые котельные установки: Учебник для вузов. М.: Транспорт, 1993, 216 с. стр. 36-38).
Кроме того появляется возможность применять пар, получаемый в водогрейном котле и для других нужд. Для этих целей служит внешний клапан 18. Это также способствует повышению эффективности котельной установки с водогрейным газотрубным котлом.
Таким образом, у заявляемой полезной модели появляется новое свойство, заключающееся в получении пара в котельной установке с водогрейным котлом и обеспечении возможности распыливания топлива паром в топке водогрейного газотрубного котла, что ведет к улучшению процесса сгорания топлива, не совпадающее со свойствами, проявляемыми отличительными признаками в известных решениях и не равные сумме этих свойств, обеспечивающие достижение нового положительного эффекта - повышение эффективности котельной установки с водогрейным газотрубным котлом.