Котельная установка

Полезная модель относится к котлостроению и предназначена для повышения эффективности котельной установки, применяющей в качестве топлива тяжелые сорта топлива. Может быть использована при проектировании и изготовлении котлов, в том числе судовых.
Одним из направлений повышения эффективности котельной установки является интенсификация процесса сгорания тяжелых сортов топлива. Сжигание тяжелого жидкого топлива в топках котлов с использованием традиционных методов и оборудования приводит к неполному выгоранию топлива и, как следствие, к усилению загрязнения поверхностей нагрева (см., например, Енин В.И., Денисенко Н.И., Костылев И.И. Судовые котельные установки: учеб. для вузов. М.: Транспорт, 1993, 216 с., п. 3.3).
Известна полезная модель котельной установки, в которой для повышения интенсификации процесса сгорания тяжелых сортов топлива применяется процесс создания мономассы путем гомогенизации топлива, (см., например, Енин В.И., Денисенко Н.И., Костылев И.И. Судовые котельные установки: учеб. для вузов. М.: Транспорт, 1993, 216 с., п. 3.3). Однако, реализация данной модели ведет к значительному удорожанию котельной установки. При этом повышение эффективности незначительно.
Известна также полезная модель котельной установки, в которой для повышения интенсификации процесса сгорания тяжелых сортов топлива применяются горелки новых типов (см., например, Енин В.И., Денисенко Н.И., Костылев И.И. Судовые котельные установки: учеб. для вузов. М.: Транспорт, 1993, 216 с., п. 3.3). Однако "применение горелок новых типов обычно требует дополнительных капиталовложений и серьезных исследований. В то же время используемые форсунки и воздухонаправляющие устройства обеспечивают качественное сгорание стандартных топлив. Эти обстоятельства не стимулируют поиска новых конструктивных решений при проектировании горелок" (Енин В.И., Денисенко Н.И., Костылев И.И. Судовые котельные установки: учеб. для вузов. М.: Транспорт, 1993, 216 с., п. 3.3).
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является полезная модель котельной установки, которая включает котел с газоходом, к которому подключен газоанализатор, а также топливную система котла, содержащую последовательно соединенные переключатель вида топлива, топливный насос, фильтр грубой очистки, подогреватель топлива, фильтр тонкой очистки, а также цистерну нефтеостатков и расходную цистерну, при этом один вход переключателя вида топлива подключен к расходной цистерне, а другой к цистерне нефтеостатков, кроме того содержит последовательно соединенные цистерну пресной воды, насос и регулируемый клапан, а котел содержит двухканальную форсунку, первый канал которой подключен к выходу фильтра тонкой очистки, а также включает подогреватель воды, вход которого соединен с выходом регулируемого клапана, а выход подключен ко второму входу двухканальной форсунки (см. Котельная установка, Патент на полезную модель №193788. Заявка №2019121330. Заявл. 04.07.2019; Чичурин А.Г., Шураев О.П.).
В предлагаемой полезной модели вода перед подачей на двухканальную форсунку подогревается до температуры, близкой к температуре кипения воды (90…99°С). В результате вода после распыления в топке котла практически сразу начинает испаряться, то есть нет затрат теплоты в топке котла на нагрев воды до кипения. Поэтому увеличивается количество теплоты, идущей на нагрев полезных поверхностей нагрева котла, на величину пропорциональную затратам теплоты на нагрев впрыскиваемой в топку котла воды до температуры кипения, и, тем самым, повышается тепловая эффективность котельной установки.
Однако, здесь имеются значительные затраты на испарение воды, подаваемой в топку котла. Так, например, теплоемкость воды при 100°С равна 4.220 кДж/(кг⋅К), а удельная теплота парообразования 2256.8 кДж/кг (см., например, книгу Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи, М., «Энергия», 1973. 320 с. с ил., стр. 299-300). А это означает, что испарение 1 кг воды требует энергии более чем в 5 раз по сравнению с ее нагревом, например, от 0 до 100°С.
Задачей полезной модели является повышение тепловой эффективности котельной установки при впрыске в топку котла одновременно и топлива и воды без предварительного перемешивания путем перегрева воды перед подачей в топку котла.
Поставленная задача полезной модели достигается тем, что в известную полезную модель котельной установки, включающей котел с газоходом, к которому подключен газоанализатор, а также топливную систему котла, содержащую последовательно соединенные переключатель вида топлива, топливный насос, фильтр грубой очистки, подогреватель топлива, фильтр тонкой очистки, а также цистерну нефтеостатков и расходную цистерну, при этом один вход переключателя вида топлива подключен к расходной цистерне, а другой к цистерны нефтеостатков, кроме того содержит последовательно соединенные цистерну пресной воды, насос, регулируемый клапан и подогреватель воды, а котел содержит двухканальную форсунку, первый канал которой подключен к выходу фильтра тонкой очистки, дополнительно введен перегреватель воды, вход которого соединен с выходом подогревателя воды, а выход подключен ко второму входу двухканальной форсунки.
Существо заявляемой полезной модели заключается в следующем.
В известной полезной модели вода перед подачей на двухканальную форсунку подогревается до температуры, близкой к температуре кипения (90…99°С). В результате вода после распыления в топке котла практически сразу начинает испаряться, то есть нет затрат теплоты в топке котла на нагрев воды до кипения. Однако на испарение требуется весьма значительная энергия.
В заявляемой полезной модели предлагается нагревать воду перед подачей в топку котла до температуры выше 100°С, при этом можно использовать как «бросовую» теплоту самого котла, так и судовых дизелей, которой, как правило, на судне достаточно много (см., например, Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы. - Л.: Судостроение, 1988, 296 с.; стр. 231-232). Поскольку давление в трубопроводе перед форсункой выше атмосферного, закипания воды в нем не происходит. Давление в топке котла близко к атмосферному, поэтому после попадания порции воды в топку, вода оказывается перегретой. При этом часть впрыснутой воды практически моментально превратится в пар, причем количество пара определится величиной перегрева воды относительно 100°С. Чем больше перегрев, тем больше образуется пара, (см., например, Павленко A.M., Климов Р.А. Особенности вскипания капель дисперсной фазы эмульсий при изменении температуры несущей среды. // Журнал «Металлургия, теплотехника», вып. 2(17), 2010, с. 149-156.). Это, в свою очередь, ведет к уменьшению затрат теплоты, выделяющейся в топке котла при сгорании топлива, на превращения в пар впрыснутой в топку котла воды. Поэтому увеличивается количество теплоты, идущей на нагрев полезных поверхностей нагрева котла, и в результате повышается тепловая эффективность котельной установки.
Краткое описание чертежей.
На Фиг. приведена схема отельной установки.
Котельная установка, включает котел 7 с газоходом 8, к которому подключен газоанализатор 10, а также топливную систему котла 14, содержащую последовательно соединенные переключатель вида топлива 2, топливный насос 3, фильтр грубой очистки 4, подогреватель топлива 5, фильтр тонкой очистки 6, а также цистерну нефтеостатков 1 и расходную цистерну 15, при этом один вход переключателя вида топлива 2 подключен к расходной цистерне 15, а другой к цистерны нефтеостатков 1, кроме того содержит последовательно соединенные цистерну пресной воды 11, насос 12 и регулируемый клапан 13, а котел 7 содержит двухканальную форсунку 9, первый канал которой подключен к выходу фильтра тонкой очистки 6, а также включает последовательно соединенные подогреватель воды 17, вход которого соединен с выходом регулируемого клапана 13 и перегреватель воды 16, выход которого подключен ко второму входу двухканальной форсунки 9.
Осуществление полезной модели.
Заявляемая полезная модель работает следующим образом В известной полезной модели (прототипе) в установившемся режиме работы в топку котла 7 одновременно с топливом, поступающим на первый канал двухканальной форсунки 9 из топливной системы котла 14, на второй канал двухканальной форсунки 9 подается пресная вода. Она подается насосом 12 из цистерны пресной воды 11 через регулируемый клапан 13 и подогреватель воды 17, где подогревается до температуры, близкой к температуре кипения воды (90…99°С). Вода, подогретая до температуры, близкой к температуре кипения, подается на второй канал двухканальной форсунки 9. В результате вода после распыления в топке котла 7 практически сразу начинает испаряться, то есть нет затрат теплоты в топке котла 7 на нагрев воды до кипения. Однако, здесь имеются значительные затраты на испарение воды подаваемой в топку котла. Так, например, теплоемкость воды при 100°С равна 4.220 кДж/(кг⋅К), а удельная теплота парообразования 2256.8 кДж/кг (см., например, книгу Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи, М., «Энергия», 1973. 320 с. с ил., стр. 299-300). А это означает, что испарение 1 кг воды требует энергии более чем в 5 раз по сравнению с ее нагревом, например, от 0 до 100°С.
В заявляемой полезной модели вода после подогревателя 17 поступает в перегреватель воды 16. На выходе подогревателя воды 17, температура воды близка к температуре кипения (90…99°С). В перегревателе воды 16 вода нагревается до температуры выше 100°С. При этом в подогревателе воды 17 и в перегревателе воды 16 можно использовать как «бросовую» теплоту самого котла, так и судовых дизелей, которой, как правило, на судне достаточно много (см., например, Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы. - Л.: Судостроение, 1988, 296 с.; стр. 231-232). Поскольку давление в трубопроводе перед форсункой 9 выше атмосферного, закипания воды в нем не происходит. Давление в топке котла 7 близко к атмосферному, поэтому после попадания порции воды в топку котла 7, вода оказывается перегретой. При этом часть впрыснутой воды практически моментально превратится в пар, причем количество пара определится величиной перегрева воды относительно 100°С. Чем больше перегрев, тем больше образуется пара, (см., например, Павленко A.M., Климов Р.А. Особенности вскипания капель дисперсной фазы эмульсий при изменении температуры несущей среды. // Журнал «Металлургия, теплотехника», вып. 2(17), 2010, с. 149-156.). Это, в свою очередь, ведет к уменьшению затрат теплоты, выделяющейся в топке котла 7 при сгорании топлива, на превращения в пар впрыснутой в топку котла воды. Поэтому увеличивается количество теплоты, идущей на нагрев полезных поверхностей нагрева котла 7, и в результате повышается тепловая эффективность котельной установки.
Таким образом, в заявляемой полезной модели после впрыска воды в топку котла 7 уменьшаются затраты теплоты, необходимые на испарение воды, что ведет к повышению тепловой эффективность котельной установки.
При этом у заявляемой полезной модели появляются новые свойства, заключающиеся в применении перегрева воды при впрыске в топку котла одновременно и топлива и воды без предварительного перемешивания, не совпадающие со свойствами, проявляемыми отличительными признаками в известных решениях и не равные сумме этих свойств, обеспечивающие достижение нового положительного эффекта - повышение тепловой эффективность котельной установки.