ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОТЕЛ, СПОСОБ РАБОТЫ И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ
INDUSTRIAL POWER BOILER, METHOD OF OPERATION AND CONTROL SYSTEM

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к энергетике и может быть использовано при разработке и эксплуатации котельной техники, например энерготехнологических котлов.
Более детально настоящее изобретение относится к энерготехнологическим котлам для сжигания топлива с образованием продуктов сгорания, которые используются для определенной технологической линии производства, например, технологической линии сернокислого производства.
ИЗВЕСТНЫЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно, что энерготехнологические котлы используются для сжигания топлива с образованием продуктов сгорания, которые в свою очередь являются сырьем, используемым в технологической линии, например технологической линии сернокислого производства.
Так, известен энерготехнологический котел, который включает,
а) по меньшей мере, одну горелку, к которой примыкает, по меньшей мере, один патрубок подвода топлива и, по меньшей мере, один патрубок подвода воздуха,
b) по меньшей мере, одну топочную камеру, к которой примыкает упомянутая горелка,
c) по меньшей мере, одну камеру дожигания, в которой расположена, по меньшей мере, одна поверхность нагрева, при этом к нижней части упомянутой камеры дожигания примыкает упомянутая топочная камера и, по меньшей мере, один патрубок подачи воздуха в камеру дожигания, а к верхней части камеры дожигания примыкает, по меньшей мере, один патрубок отвода продуктов сгорания, предназначенный для отвода первого потока продуктов сгорания из камеры дожигания в патрубок отвода продуктов сгорания,
d) по меньшей мере, один байпас для отвода второго потока продуктов сгорания из упомянутой камеры дожигания в упомянутый патрубок отвода продуктов сгорания.
Конструктивной особенностью вышеупомянутого энерготехнологического котла является то, что байпас примыкает к камере дожигания и к патрубку отвода продуктов сгорания в зоне примыкания упомянутого патрубка отвода продуктов сгорания к камере дожигания. При этом в байпасе установлен регулятор подачи продуктов сгорания. Например, к энерготехнологическим котлам, в которых байпас примыкает к камере дожигания и к патрубку отвода продуктов сгорания, можно отнести энерготехнологические котлы типа КС-200 ВТКУ (см. «Котлы утилизаторы и энерготехнологические», «Вища школа», Киев, 1983 г., стр.53-57 с.).
Недостатками известного энерготехнологического котла являются:
- большая металлоемкость байпаса;
- большая температурная нагрузка на байпас, который работает при температурных нагрузках 1000-1200°С;
- низкая эффективность работы энерготехнологического котла при переменных нагрузках, особенно при максимальных и минимальных нагрузках;
- низкая эффективность работы энерготехнологического котла, связанная с поддержанием заданного состава, температуры и объема продуктов сгорания, которые отходят из патрубка отвода продуктов сгорания энерготехнологического котла далее по технологической линии;
- низкая надежность работы регулятора подачи продуктов сгорания, расположенного в байпасе, связанная с тем, что байпас работает при температурных нагрузках 1000-1200°С;
- ограниченный диапазон нагрузок на энерготехнологический котел в пределах 70-100%.
Так же, например, известен энерготехнологический котел (тип СЭТА-Ц-100-1, см. «Паровые котлы на отходящих газах», под. ред. А.П.Воинов, «Вища школа», Киев, 1983 г., стр.130-134 с.), который содержит,
a) по меньшей мере, одну горелку, к которой примыкает, по меньшей мере, один патрубок подвода топлива и, по меньшей мере, один патрубок подвода воздуха,
b) по меньшей мере, одну топочную камеру к которой примыкает упомянутая горелка,
c) по меньшей мере, одну камеру дожигания, в которой расположена, по меньшей мере, одна поверхность нагрева, при этом к нижней части упомянутой камеры дожигания примыкает упомянутая топочная камера и, по меньшей мере, один патрубок подачи воздуха в камеру дожигания, а к верхней части камеры дожигания примыкает, по меньшей мере, один патрубок отвода продуктов сгорания, предназначенный для отвода первого потока продуктов сгорания из камеры дожигания в патрубок отвода продуктов сгорания,
d) по меньшей мере, один байпас для отвода второго потока продуктов сгорания из упомянутой камеры дожигания в упомянутый патрубок отвода продуктов сгорания.
Конструктивной особенностью вышеуказанного энерготехнологического котла является то, что байпас расположен в камере дожигания в зоне расположения поверхности нагрева. При этом байпас представляет собой трубу, выполненную из дорогого титанового сплава для работы байпаса при температурах 1000-1200°С. Регулятор подачи продуктов сгорания представляет собой клапан, к которому примыкает штанга, с помощью которой осуществляется работа регулятора подачи продуктов сгорания, расположенного в байпасе.
Недостатками известного энерготехнологического котла являются:
- большие затраты, связанные с использованием дорогостоящих материалов при производстве байпаса;
- низкая надежность работы регулятора подачи продуктов сгорания, расположенного в байпасе, которая связана с тем, что байпас работает при высоких температурах 1000-1200°С;
- низкая эффективность работы энерготехнологического котла при изменяемых нагрузках, особенно при максимальных и минимальных нагрузках;
- низкая эффективность работы энерготехнологического котла, связанная с поддержанием заданного состава, температуры и объема продуктов сгорания, которые отходят от патрубка отвода продуктов сгорания энерготехнологического котла по технологической линии производства;
- ограниченный диапазон нагрузок на энерготехнологический котел в пределах 75-100%.
Способ работы вышеуказанных энерготехнологических котлов заключается в том, что осуществляют:
a) подачу топлива и воздуха в, по меньшей мере, одну горелку,
b) сжигание упомянутого топлива и воздуха в, по меньшей мере, одной топочной камере, к которой примыкает упомянутая горелка, с образованием продуктов сгорания в упомянутой топочной камере,
c) отвод упомянутых продуктов сгорания из топочной камеры в, по меньшей мере, одну камеру дожигания,
d) подачу воздуха в продукты сгорания, находящиеся в упомянутой камере дожигания, с дальнейшим разделением продуктов сгорания на два потока,
e) подвод первого потока продуктов сгорания к, по меньшей мере, одной поверхности нагрева, с последующим отводом тепла от продуктов сгорания, после чего осуществляют отвод первого потока продуктов сгорания из упомянутой камеры дожигания в патрубок отвода продуктов сгорания,
f) отвод второго потока продуктов сгорания из камеры дожигания в, по меньшей мере, один байпас, с последующим отводом продуктов сгорания из упомянутого байпаса в упомянутый патрубок отвода продуктов сгорания,
g) контроль состава и температуры продуктов сгорания, находящихся в патрубке отвода продуктов сгорания.
Недостатком известного способа является то, что при использовании способа невозможно поддерживать стабильные значения состава и температуры продуктов сгорания, которые отходят от энерготехнологического котла далее по технологической линии.
Также недостатком известного способа являются низкая эффективность работы энерготехнологического котла при переменных нагрузках, особенно при максимальных и минимальных нагрузках, при этом диапазон нагрузок на энерготехнологический котел находится в пределах от 70 до 100%.
Недостатком известного способа является то, что в байпас поступают высокотемпературные продукты сгорания, что приводит к постоянной работе байпаса при высоких значениях температуры (1000-1200°С) и к уменьшению надежности работы байпаса и регулятора, который расположен в байпасе. Также работа байпаса при высоких значениях температуры приводит к увеличению затрат, связанных с разработкой и эксплуатацией байпаса.
Также недостатком является то, что использование известного способа приводит к низкой эффективности работы энерготехнологического котла при переменных нагрузках, особенно при максимальных и минимальных нагрузках на энерготехнологический котел.
Использование известного способа обеспечивает эффективную эксплуатацию энерготехнологического котла в пределах 70-100%.
Использование известного способа не обеспечивает регулирования температурной нагрузки на байпас.
При использовании энерготехнологических котлов известного уровня техники невозможно поддерживать постоянный состав и температуру продуктов сгорания, которые отходят от энерготехнологического котла.
Современные методы организации производства и логистики, учитывающие потребности рынка в производимом продукте, приводят к тому, что технологические линии постоянно работают при переменных нагрузках, поэтому известные энерготехнологические котлы, способы и системы их работы являются неэффективными.
СУТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является разработка способа работы энерготехнологического котла, использование которого обеспечит эффективную и надежную работу энерготехнологического котла при изменяющихся нагрузках на энерготехнологический котел, особенно при минимальных и максимальных нагрузках на энерготехнологический котел.
Также задачей настоящего изобретения является разработка энерготехнологического котла, использование которого обеспечит эффективную и надежную работу энерготехнологического котла особенно при минимальных и максимальных нагрузках на энерготехнологический котел.
Также задачей настоящего изобретения является разработка системы управления работой энерготехнологического котла, использование которой обеспечит эффективную и надежную работу энерготехнологического котла при изменяющихся нагрузках, особенно при минимальных и максимальных нагрузках.
Также задачей настоящего изобретения является разработка энерготехнологического котла, способа его работы и системы управления его работой, которые позволяют расширить диапазон значений нагрузок на энерготехнологический котел.
Также задачей настоящего изобретения является уменьшение температурной нагрузки на байпас и увеличение эффективности его эксплуатации.
Также задачей настоящего изобретения является регулирование температурной нагрузки на байпас.
Также задачей настоящего изобретения является расширение технических возможностей энерготехнологических котлов.
Другие задания и преимущества настоявшего изобретения будут рассмотрены ниже по мере изложения настоящего описания и рисунков.
СПОСОБ РАБОТЫ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОТЛА
Согласно настоящему изобретению, а именно способу работы энерготехнологического котла, осуществляют:
a) подачу топлива и воздуха в, по меньшей мере, одну горелку,
b) сжигание упомянутого топлива и воздуха в, по меньшей мере, одной топочной камере, к которой примыкает упомянутая горелка, с образованием продуктов сгорания в упомянутой топочной камере,
c) отвод упомянутых продуктов сгорания из топочной камеры в, по меньшей мере, одну камеру дожигания,
d) подачу воздуха в продукты сгорания, находящиеся в упомянутой камере дожигания, с дальнейшим разделением продуктов сгорания на два потока,
e) подвод первого потока продуктов сгорания к, по меньшей мере, одной поверхности нагрева с последующим отводом тепла от продуктов сгорания, после чего осуществляют отвод первого потока продуктов сгорания из упомянутой камеры дожигания в патрубок отвода продуктов сгорания,
f) отвод второго потока продуктов сгорания из камеры дожигания в, по меньшей мере, один байпас с последующим отводом продуктов сгорания из упомянутого байпаса в упомянутый патрубок отвода продуктов сгорания,
g) контроль состава и температуры продуктов сгорания, находящихся в патрубке отвода продуктов сгорания,
согласно заявляемому изобретению
h) дополнительно осуществляют подачу воздуха в упомянутый второй поток продуктов сгорания, который отводят из камеры дожигания в байпас.
В частном варианте реализации способа на основании данных о составе и температуре продуктов сгорания, находящихся в патрубке отвода продуктов сгорания, а также на основании данных о расходе топлива и воздуха, которые подают в горелку, определяют расход воздуха подаваемый в продукты сгорания, находящиеся в камере дожигания и/или во второй поток продуктов сгорания, который отводят из камеры дожигания в байпас, а также на основании упомянутых данных определяют расход второго потока продуктов сгорания, который отводят из камеры дожигания в байпас.
Подача воздуха во второй поток продуктов сгорания позволяет уменьшить температурные нагрузки на байпас с 1200°С до 120°С и на регулятор отвода продуктов сгорания, установленный в байпасе, что повышает эффективность и надежность работы байпаса и всего энерготехнологического котла в целом, а также позволяет уменьшить металлоемкость байпаса, как результат уменьшения температурной нагрузки на байпас. Также уменьшение температурной нагрузки на байпас приводит к расширению диапазона эффективных нагрузок на энерготехнологический котел от 50 до 110%.
Также подача воздуха во второй поток продуктов сгорания и в камеру дожигания позволяет регулировать температурные нагрузки на энерготехнологический котел и позволяет поддерживать необходимые значения состава и температуры продуктов сгорания, которые находятся в патрубке отвода продуктов сгорания.
Также подача воздуха во второй поток продуктов сгорания обеспечивает эффективную работу энерготехнологического котла при максимальных и минимальных нагрузках в пределах 50-110%, поскольку при минимальных нагрузках подача воздуха во второй поток продуктов сгорания обеспечивает отвод необходимого количества продуктов сгорания от энерготехнологического котла, что необходимо для технологической линии, например для технологического сернокислого производства.
Определение на основании данных состава и температуры продуктов сгорания, которые отводят в патрубок отвода продуктов сгорания, а также на основании данных расхода топлива и воздуха, которые поступают в горелку, расхода воздуха подаваемого в продукты сгорания которые поступают в камеру дожигания и/или во второй поток продуктов сгорания, который отводят из камеры дожигания в байпас, а также определение второго потока продуктов сгорания, который отводят из камеры дожигания в байпас, позволяет оптимизировать температурные нагрузки на поверхности нагрева при максимальной нагрузке работы энерготехнологического котла, а также позволяет стабилизировать и адаптивно регулировать состав продуктов сгорания, которые отводят в патрубок отвода продуктов сгорания и позволяет регулировать температуру в байпасе.
Регулирование расхода воздуха, который подают в продукты сгорания, находящиеся в камере дожигания, и во второй поток продуктов сгорания позволяет поддерживать стабильные температурные нагрузки на поверхности нагрева, что особенно актуально при минимальной нагрузке на энерготехнологический котел, а также позволит расширить рабочий диапазон нагрузок на энерготехнологический котел.
ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОТЕЛ
Также в соответствии с настоящим изобретением, а именно энерготехнологическим котлом, который включает:
a) по меньшей мере, одну горелку, к которой примыкает, по меньшей мере, один патрубок подвода топлива и, по меньшей мере, один патрубок подвода воздуха,
b) по меньшей мере, одну топочную камеру, к которой примыкает упомянутая горелка,
c) по меньшей мере, одну камеру дожигания, в которой расположена, по меньшей мере, одна поверхность нагрева, при этом к нижней части упомянутой камеры дожигания примыкает упомянутая топочная камера и, по меньшей мере, один патрубок подачи воздуха в камеру дожигания, а к верхней части камеры дожигания примыкает, по меньшей мере, один патрубок отвода продуктов сгорания, предназначенный для отвода первого потока продуктов сгорания из камеры дожигания в патрубок отвода продуктов сгорания,
d) по меньшей мере, один байпас для отвода второго потока продуктов сгорания из упомянутой камеры дожигания в упомянутый патрубок отвода продуктов сгорания, согласно заявляемому изобретению,
е) энерготехнологический котел содержит, по меньшей мере, один дополнительный патрубок подачи воздуха во второй поток продуктов сгорания, который отводится из камеры дожигания в упомянутый байпас.
В частном варианте выполнения энерготехнологического котла байпас расположен в камере дожигания, а именно в зоне расположения поверхностей нагрева.
В частном варианте выполнения энерготехнологического котла байпас примыкает к камере дожигания и к патрубку отвода продуктов сгорания в зоне примыкания патрубка отвода продуктов сгорания и камеры дожигания.
Наличие дополнительного патрубка подачи воздуха, примыкающего к байпасу, обеспечивает подачу воздуха во второй поток продуктов сгорания, который отходит из камеры дожигания в байпас. Это позволяет уменьшить температурные нагрузки на байпас с 1200°С до 120°С и на регулятор подачи продуктов сгорания, установленный в байпасе, а также позволяет регулировать температуру, состав и объем продуктов сгорания.
Также наличие дополнительного патрубка подачи воздуха в камеру дожигания обеспечивает подачу воздуха во второй поток продуктов сгорания, что позволяет обеспечить эффективную работу энерготехнологического котла при максимальных и минимальных нагрузках, поскольку при минимальных нагрузках подача воздуха во вторую часть продуктов сгорания обеспечивает необходимый объем отвода продуктов сгорания от энерготехнологического котла по технологической линии, например, по технологической линии сернокислого производства, а также это позволяет расширить рабочий диапазон нагрузок энерготехнологического котла в пределах 50-110%.
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РАБОТОЙ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОТЛА
Так, в соответствии с настоящим изобретением, а именно системой управления работой энерготехнологического котла, которая характеризуется:
a) наличием, по меньшей мере, одного датчика температуры, расположенного в патрубке отвода продуктов сгорания,
b) наличием, по меньшей мере, одного газоанализатора, расположенного в упомянутом патрубке отвода продуктов сгорания,
c) наличием, по меньшей мере, одного блока управления, соединенного на входе с датчиком температуры, газоанализатором, регулятором подачи воздуха, расположенным в патрубке подвода воздуха в горелку, примыкающую к топочной камере, и регулятором подачи топлива, расположенным в патрубке подвода топлива в упомянутую горелку, а на выходе упомянутый блок управления соединен с, по меньшей мере, одним регулятором подачи воздуха, расположенным в патрубке подачи воздуха в топочную камеру, по меньшей мере, одним регулятором подачи продуктов сгорания, расположенным в байпасе для отвода второго потока продуктов сгорания из топочной камеры в патрубок отвода продуктов сгорания и с, по меньшей мере, одним регулятором дополнительной подачи воздуха, расположенным в дополнительном патрубке подачи воздуха в упомянутый байпас,
d) при этом блок управления, на основании полученных данных о температуре и составе продуктов сгорания, а также данных о расходе топлива и воздуха, которые поступают в горелку, определяет расход воздуха, подаваемого в продукты сгорания, находящиеся в камере дожигания и/или во второй поток продуктов сгорания,
e) также на основании упомянутых данных блок управления определяет расход второго потока продуктов сгорания, который отводится из топочной камеры в байпас,
f) после чего блок управления осуществляет выработку команды управления о расходе воздуха, подаваемого в продукты сгорания, находящиеся в топочной камере и/или в продукты сгорания второго потока продуктов сгорания и/или осуществляет выработку команды управления о расходе упомянутого второго потока продуктов сгорания,
g) при этом блок управления подает упомянутую команду управления о расходе воздуха в упомянутый регулятор подачи воздуха, расположенный в патрубке подачи воздуха в топочную камеру и/или в упомянутый регулятор дополнительной подачи воздуха, расположенный в дополнительном патрубке подачи воздуха в байпас,
h) также команду управления о расходе второго потока продуктов сгорания блок управления подает в упомянутый регулятор подачи продуктов сгорания, расположенный в байпасе.
Выработка блоком управления команды управления расходом воздуха, который подают в продукты сгорания, находящиеся в камере дожигания и во второй поток продуктов сгорания, обеспечивает оперативный адаптивный переход энерготехнологического котла к оптимальному режиму его работы при изменяющихся нагрузках. Выработка команды управления расхода второго потока продуктов сгорания, который отводится из камеры дожигания в байпас, позволяет расширить диапазон нагрузок на энерготехнологический котел и позволяет увеличить эффективность работы энерготехнологического котла за счет определения оптимального количества тепла, которое подводят к поверхности нагрева.
Также использование настоящего изобретения позволяет уменьшить температурные нагрузки на байпас с 1200°С до 120°С во время его работы и на регулятор отвода продуктов сгорания, установленный в байпасе, что увеличивает эффективность и надежность роботы всего энерготехнологического котла в целом.
Также использование настоящего изобретения позволяет обеспечить эффективную работу энерготехнологического котла при максимальных и минимальных нагрузках, поскольку при минимальных нагрузках подача воздуха во второй поток продуктов сгорания обеспечивает отвод необходимого количества продуктов сгорания от энерготехнологического котла, что необходимо для технологической линии, например для технологической линии сернокислого производства. Также поддержание заданного объема продуктов сгорания, которые отводят от энерготехнологического котла, способствует его эффективной работе.
Также регулирование подачи воздуха в камеру дожигания и во второй поток продуктов сгорания обеспечивает поддержание стабильного состава и температуры продуктов сгорания, которые отходят от энерготехнологического котла по технологической линии.
Также регулирование подачи воздуха в камеру дожигания и во второй поток продуктов сгорания обеспечивает поддержание стабильного состава и температуры продуктов сгорания, которые отходят от энерготехнологического котла. Регулирование и контроль состава продуктов сгорания, которые отходят от энерготехнологического котла важен для технологической линии сернокислого производства.
Также преимуществом настоящего изобретения является то, что в зависимости от особенностей топлива, которое подают в горелку, образуются продукты сгорания разного состава, однако в соответствии с настоящим изобретением появляется возможность изменения и поддержания необходимого состава продуктов сгорания, которые отходят от энерготехнологического котла.
Также регулирование подачи воздуха в камеру дожигания и во второй поток продуктов сгорания, а также регулирование расхода второго потока продуктов сгорания обеспечивает поддержание заданной тепловой нагрузки на поверхности нагрева, что приводит к эффективной работе энерготехнологического котла и эффективной и длительной работе поверхностей нагрева.
Также регулирование подачи воздуха в камеру дожигания и во второй поток продуктов сгорания, а также регулирование расхода второго потока продуктов сгорания обеспечивает расширение диапазона рабочих нагрузок на энерготехнологический котел с 70-100% до 50-110%.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
При рассмотрении примеров осуществления настоящего изобретения используется узкая терминология. Однако настоящее изобретение не ограничивается принятыми терминами и следует иметь ввиду, что каждый такой термин охватывает все эквивалентные элементы, которые работают аналогичным образом и используются для решения тех же самых задач. Так, настоящее изобретение изображено на следующих фигурах:
Фиг.1 - схема энерготехнологического котла (первый вариант компоновки).
Фиг.2 - схема управления работой энерготехнологического котла, изображенного на фиг.1.
Фиг.3 - схема энерготехнологического котла (второй вариант компоновки).
Фиг.4 - схема управления работой энерготехнологического котла, изображенного на фиг.3.
Фиг.5 - график температуры продуктов сгорания, находящихся в патрубке отвода продуктов сгорания.
Фиг.6 - график температурной нагрузки на байпас.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 изображен первый вариант выполнения энерготехнологического котла, содержащего горелку 1, примыкающую к топочной камере 2. При этом к горелке 1 примыкает патрубок подвода топлива 3 и патрубок подвода воздуха 4, который также подключен к воздушному коллектору 5.
Также энерготехнологический котел содержит камеру дожигания 6, в которой расположена поверхность нагрева 7. Байпас 8, примыкающий к камере дожигания 6 и патрубку отвода продуктов сгорания 9.
Также к нижней части камеры дожигания 6 примыкает патрубок подачи воздуха 10, который также подключен к воздушному коллектору 5.
Также энерготехнологический котел содержит дополнительный патрубок подачи воздуха 11 в байпас 8, при этом дополнительный патрубок подачи воздуха 11 подключен к воздушному коллектору 5.
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
Также энерготехнологический котел содержит регуляторы 12, 12, 12, 12 и 12. При этом регулятор подачи топлива 12 расположен в патрубке подвода топлива 3 в горелку 1. Регулятор подачи воздуха 12 расположен в парубке подвода воздуха 4 в горелку 1. Регулятор подачи продуктов сгорания 12 расположен в байпасе 8. Регулятор подачи воздуха 12 расположен в патрубке подачи воздуха 10 в камеру дожигания 6. Регулятор дополнительной подачи воздуха 12 расположен в дополнительном патрубке подачи воздуха 11 во второй поток продуктов сгорания, который отходит из камеры дожигания 6 в байпас 8.
Также на фиг.1 изображен датчик температуры 13 и газоанализатор 14, расположенные в патрубке отвода продуктов сгорания 9 в зоне примыкания патрубка отвода продуктов сгорания 9 к верхней части камеры дожигания 6.
При этом датчик температуры 13 и газоанализатор 14 подключены к входу блока управления 15.
1
2
Также на входе блок управления 15 соединен с регулятором подачи топлива 12 в горелку 1 и соединен с регулятором подачи воздуха 12 в горелку 1.
3
4
5
Также на выходе блок управления 15 соединен с регулятором подачи продуктов сгорания 12, расположенным в байпасе 8, и с регулятором подачи воздуха 12 в камеру дожигания бис регулятором дополнительной подачи воздуха 12 во второй поток продуктов сгорания, который отходит из камеры дожигания 6 в байпас 8.
На фиг.2 изображена схема управления работой энерготехнологического котла, изображенного на фиг.1.
Позицией 13 изображен датчик температуры, соединенный с входом блока управления, изображенного позицией 15. Данные о температуре продуктов сгорания, которые находятся в патрубке отвода продуктов сгорания 9, поступают на вход блока управления 15.
Позицией 14 изображен газоанализатор, соединенный с входом блока управления 15. Данные о составе продуктов сгорания, которые находятся в патрубке отвода продуктов сгорания 9, поступают на вход блока управления 15.
1
Позицией 12 изображен регулятор подачи топлива в горелку 1. Данные о расходе топлива, которое подается в горелку 1, поступают на вход блока управления 15.
2
Позицией 12 изображен регулятор подачи воздуха в горелку 1, соединенный с входом блока управления 15. Данные о расходе воздуха, который подается в горелку 1, поступают на вход блока управления 15.
3
3
Позицией 12 изображен регулятор подачи продуктов сгорания, находящийся в байпасе 8 и соединен с выходом блока управления 15. Данные о расходе второго потока продуктов сгорания поступают из блока управления 15 в регулятор подачи продуктов сгорания 12.
4
4
Позицией 12 изображен регулятор подачи воздуха в камеру дожигания 6, соединенный с выходом блока управления 15. Данные о расходе воздуха поступают в регулятор подачи воздуха 12 из блока управления 15.
5
5
Позицией 12 изображен регулятор подачи воздуха во второй поток продуктов сгорания, расположенный в патрубке дополнительной подачи воздуха 11 в байпас 8. При этом данные о расходе воздуха поступают в регулятор дополнительной подачи воздуха 11 из блока управления 15 в регулятор дополнительной подачи воздуха 12.
На фиг.3 изображен второй вариант выполнения энерготехнологического котла, в котором горелка 21 примыкает к топочной камере 22, при этом к горелке 21 примыкает патрубок подвода топлива 23 и патрубок подвода воздуха 24, который также подключен к воздушному коллектору 25.
Также энерготехнологический котел содержит камеру дожигания 26, в которой расположена поверхность нагрева 27 и байпас 28.
Также к нижней части камеры дожигания 26 примыкает патрубок подачи воздуха 30, который также подключен к воздушному коллектору 25.
Также энерготехнологический котел содержит дополнительный патрубок подачи воздуха 31 в байпас 28, при этом дополнительный патрубок подачи воздуха 31 подключен к воздушному коллектору 25.
Также энерготехнологический котел содержит дополнительный патрубок подачи воздуха 31 в байпас 28, при этом дополнительный патрубок подачи воздуха 31 подключен к воздушному коллектору 25 и примыкает к байпасу 28.
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
Также энерготехнологический котел содержит регуляторы 32, 32, 32, 32 и 32. При этом регулятор подачи топлива 32 расположен в патрубке подвода топлива 23 в горелку 21. Регулятор подачи воздуха 32 расположен в патрубке подвода воздуха 24 в горелку 21. Регулятор подачи продуктов сгорания 32 расположен в байпасе 28. Регулятор подачи воздуха 32 расположен в патрубке подачи воздуха 30 в камеру дожигания 26. Регулятор подачи воздуха 32 расположен в дополнительном патрубке подачи воздуха 31 во второй поток продуктов сгорания, который поступает из камеры дожигания 26 в байпас 28.
Также на фиг.3 изображен датчик температуры 33 и газоанализатор 34, расположенный в патрубке отвода продуктов сгорания 29 в зоне примыкания патрубка отвода продуктов сгорания 29 к верхней части камеры дожигания 26.
При этом датчик температуры 33 и газоанализатор 34 подключены к входу блока управления 35.
1
2
Также вход блока управления 35 соединен с регулятором подачи топлива 32 в горелку 21 и соединен с регулятором подачи воздуха 32 в горелку 21.
3
4
5
Также на выходе блок управления 35 соединен с регулятором подачи продуктов сгорания 32, расположенным в байпасе 28, с регулятором подачи воздуха 32 в камеру дожигания 26 и с регулятором дополнительной подачи воздуха 32 во второй поток продуктов сгорания, который отходит из камеры дожигания 26 в байпас 28.
На фиг.4 изображена схема управления работой энерготехнологического котла, изображенного на фиг.3.
Позицией 33 изображен датчик температуры, соединенный с входом блока управления, изображенного позицией 35. Данные о температуре продуктов сгорания, которые находятся в патрубке отвода продуктов сгорания 9, поступают на вход блока управления 35.
Позицией 34 изображен газоанализатор, соединенный с входом блока управления 35. Данные о составе продуктов сгорания, которые находятся в патрубке отвода продуктов сгорания 29, поступают на вход блока управления 35.
1
Позицией 32 изображен регулятор подачи топлива в горелку 21. Данные о расходе топлива, которое подается в горелку 21, поступают на вход блока управления 35.
2
Позицией 32 изображен регулятор подачи воздуха в горелку 21, соединенный на входе с блоком управления 35. Данные о расходе воздуха, который подается в горелку 21, поступают на вход блока управления 35.
3
3
3
Позицией 32 изображен регулятор подачи продуктов сгорания второго потока продуктов сгорания, который отходит из камеры дожигания 26 в байпас 28. При этом регулятор 32 соединен с выходом блока управления 35. Данные о расходе второго потока продуктов сгорания поступают на регулятор 32 из блока управления 35.
4
4
Позицией 32 изображен регулятор подачи воздуха в камеру дожигания 26, соединенный с входом блока управления 35. Данные о расходе воздуха поступают из блока управления 35 в регулятор подачи воздуха 32.
5
4
Позицией 32 изображен регулятор подачи воздуха в камеру дожигания 26, соединенный с выходом блока управления 35. Данные о расходе дополнительного количества воздуха на второй поток продуктов сгорания поступают из блока управления 35 в регулятор дополнительной подачи воздуха 32.
На фиг.5 изображены графики температуры продуктов сгорания, которые находятся в патрубке отвода продуктов сгорания линия А и линия В.
Линия А показывает значения температуры продуктов сгорания, которые находятся в патрубке отвода продуктов сгорания, при использовании заявляемого изобретения.
Линия В показывает значения температуры продуктов сгорания, которые находятся в патрубке отвода продуктов сгорания, при использовании энерготехнологического котла известного уровня техники.
На фиг.6 показан график температурной нагрузки на байпас линия С и линия D. Линия С показывает значения температурной нагрузки при использовании энерготехнологического котла известного уровня техники.
Линия D показывает значения температурной нагрузки при использовании энерготехнологического котла соответствующего заявляемому изобретению.
ПЕРВЫЙ ПРИМЕР РАБОТЫ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОТЛА
Энерготехнологический котел согласного первому варианту компоновки (см. фиг.1) работает следующим образом.
1
2
Осуществляли подачу топлива (серы) через патрубок подвода топлива 3 в горелку 1, при этом количество топлива, подаваемого в горелку 1, регулировалось с помощью регулятора подачи топлива 12 в горелку 1. Данные о количестве топлива, подаваемого в горелку 1, поступали в блок управления 15. Также осуществили подачу воздуха в горелку 1 через патрубок подвода воздуха 4, при этом регулирование количества воздуха, подаваемого в горелку 1, осуществлялось с помощью регулятора подачи воздуха 12 в горелку 1. Данные о количестве воздуха, подаваемого в горелку 1, поступали в блок управления 15.
В топочной камере 2 происходило сжигание топлива с образованием продуктов сгорания, которые отводились из топочной камеры 2 в камеру дожигания 6.
4
4
Через патрубок подачи воздуха 10 в камеру дожигания 6 осуществлялась подача воздуха в продукты сгорания, которые находились в камере дожигания 6. При этом регулирование количества воздуха, который подается в камеру дожигания 6, осуществлялось с помощью регулятора подачи воздуха 12. При этом данные о количестве воздуха, который подается в камеру дожигания 6, поступали в регулятор 12 из блока управления 15.
В камере дожигания 6 осуществлялось разделение продуктов сгорания на два потока продуктов сгорания.
Первый поток продуктов сгорания подводили к поверхности нагрева 7. В результате контакта продуктов сгорания первого потока с поверхностью нагрева 7 происходил теплообменный процесс, в результате которого продукты сгорания отдавали часть своего тепла поверхности нагрева 7. После чего первый поток продуктов сгорания отводили из камеры дожигания 6 в патрубок отвода продуктов сгорания 9.
3
Второй поток продуктов сгорания отводили из камеры дожигания 6 в байпас 8. При этом величина количества расхода второго потока продуктов сгорания регулировалась с помощью регулятора 12 (см. фиг.1) в который поступали данные из блока управления 15 о величине расхода второго потока продуктов сгорания. При этом осуществляли дополнительную подачу воздуха во второй поток продуктов сгорания.
5
Дополнительная подача воздуха во второй поток продуктов сгорания осуществлялась через дополнительный патрубок подачи воздуха 11, при этом регулирование количества воздуха, дополнительно подаваемого во второй поток продуктов сгорания, осуществлялось с помощью регулятора дополнительной подачи воздуха 12, в который поступали данные из блока управления 15 о величине количества воздуха, который дополнительно подается во второй поток продуктов сгорания.
В патрубке отвода продуктов сгорания 9, в зоне примыкания патрубка отвода продуктов сгорания 9 к камере дожигания 6, осуществлялось смешение первого и второго потока продуктов сгорания, после чего продукты сгорания отводили далее по технологической линии. Температура и состав продуктов сгорания, которые отводили от энерготехнологического котла, контролировали с помощью датчика температуры 13 и газоанализатора 14, расположенных в патрубке отвода продуктов сгорания 9.
Данные о температуре и составе продуктов сгорания, которые находятся в патрубке отвода продуктов сгорания 9, поступали из датчика температуры 13 и газоанализатора 14 на вход блока управления 15 (см. фиг.2).
Блок управления 15, на основе температуры и состава продуктов сгорания, которые находятся в патрубке отвода продуктов сгорания 9, и данных о количестве топлива и воздуха, которые подаются в горелку 1, определяет расход воздуха, который подается в продукты сгорания, находящиеся в камере дожигания 6 и/или во второй поток продуктов сгорания, который отходит из камеры дожигания 6 в байпас 8.
При этом блок управления 15 подает упомянутую команду управления о расходе воздуха в регулятор подачи воздуха 124, расположенный в патрубке подачи воздуха 10 и в регулятор подачи воздуха 125, расположенный в дополнительном патрубке подачи воздуха 11.
ВТОРОЙ ПРИМЕР РАБОТЫ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОТЛА
Энерготехнологический котел согласно второму варианту компоновки (см. фиг.3) работает следующим образом.
1
2
Осуществляли подачу топлива (серы) через патрубок подвода топлива 23 в горелку 21, при этом количество топлива, которое подается в горелку 21, регулировалось с помощью регулятора подачи топлива 32 в горелку 21. Данные о количестве топлива, которое подается в горелку 21, поступали в блок управления 35. Также осуществили подачу воздуха в горелку 21 через патрубок подачи воздуха 24, при этом регулирование количества воздуха, подаваемого в горелку 21, осуществлялось с помощью регулятора подачи воздуха 32 в горелку 21. Данные о количестве воздуха, подаваемого в горелку 21, поступали в блок управления 35.
В топочной камере 22 осуществлялось сжигание топлива с образованием продуктов сгорания, которые отводились из топочной камеры 22 в камеру дожигания 26.
4
4
Через патрубок подачи воздуха 30 в камеру дожигания 26 осуществлялась подача воздуха в продукты сгорания, которые находились в камере дожигания 26. При этом регулирование количества воздуха, подаваемого в камеру дожигания 26, осуществлялось с помощью регулятора подачи воздуха 32. При этом данные о количестве воздуха, подаваемого в камеру дожигания 26, поступали в регулятор 32 из блока управления 35.
В камере дожигания 26 осуществлялось разделение продуктов сгорания на два потока продуктов сгорания.
Первый поток продуктов сгорания подводили к поверхности нагрева 27. В результате контакта продуктов сгорания первого потока с поверхностью нагрева 27 происходил теплообменный процесс, в результате которого продукты сгорания отдавали часть своего тепла поверхности нагрева 27. После чего первый поток продуктов сгорания отводили из камеры дожигания 6 в патрубок отвода продуктов сгорания 29.
3
Второй поток продуктов сгорания отводили из камеры дожигания 26 в байпас 28. При этом величина количества расхода второго потока продуктов сгорания регулировалась с помощью регулятора 32 (см. фиг.3), в который поступали данные из блока управления 35 о величине расхода второго потока продуктов сгорания. При этом осуществляли дополнительную подачу воздуха во второй поток продуктов сгорания.
5
Дополнительная подача воздуха во второй поток продуктов сгорания осуществлялась через дополнительный патрубок подачи воздуха 31, при этом регулирование количества воздуха, дополнительно подаваемого во второй поток продуктов сгорания, осуществлялось с помощью регулятора дополнительной подачи воздуха 32, в который поступали данные из блока управления 35 о величине количества воздуха, дополнительно подаваемого во второй поток продуктов сгорания.
В патрубке отвода продуктов сгорания 29, в зоне примыкания патрубка отвода продуктов сгорания 29 к камере дожигания 26, осуществлялось смешение первого и второго потока продуктов сгорания, после чего продукты сгорания отводили далее по технологической линии. Температура и состав продуктов сгорания, которые находились в патрубке продуктов сгорания 29, контролировали с помощью датчика температуры 33 и газоанализатора 34, расположенных в патрубке отвода продуктов сгорания 29.
Данные о температуре и составе продуктов сгорания, которые находились в патрубке отвода продуктов сгорания 29, поступали из датчика температуры 33 и газоанализатора 34 на вход блока управления 35 (см. фиг.4).
Блок управления 35, на основе данных о температуре и составе продуктов сгорания, которые находятся в патрубке отвода продуктов сгорания 29, и данных о количестве топлива и воздуха, которые подаются в горелку 21, определяет расход воздуха, подаваемый в продукты сгорания, которые находятся в камере дожигания 26 и/или во второй поток продуктов сгорания, который отходит из камеры дожигания 26 в байпас 28.
4
5
При этом блок управления 35 подает упомянутую команду управления о расходе воздуха в регулятор подачи воздуха 32, который расположен в патрубке подачи воздуха 30, и в регулятор подачи воздуха 32, который расположен в дополнительном патрубке подачи воздуха.
Также заявляемое изобретение прошло ряд испытаний, данные о которых приведены в приложениях.
Пример 1 использования заявляемого изобретения
Испытания проходили на энерготехнологическом котле, схема которого изображена на фиг.1.
3
При 100% нагрузке на энерготехнологический котел соответствовало количество продуктов сгорания, которые отходили от энерготехнологического котла - 72000 нм/ч.
В таблице 1 приведены данные испытаний заявляемого изобретения, в ходе испытаний изменяли нагрузку на энерготехнологический котел в пределах от 50-110%, при использовании заявляемого изобретения осуществлялась стабилизация температуры (410°С) продуктов сгорания в патрубке отвода продуктов сгорания (линия В см. фиг.5), в тоже время при известном уровне техники температурный диапазон продуктов сгорания в патрубке отвода продуктов сгорания находился в пределах от 376 до 419°С (линия А, см. фиг.5 и таблицу 1). Также при использовании заявляемого изобретения рабочая температура продуктов сгорания в байпасе находилась в пределах от 120 до 608°С (линия D, см. фиг.6), в то же время в известном техническом решении рабочая температура продуктов сгорания в байпасе составляла от 1020 до 1205°С (линия С, см. фиг.6).
Также преимуществом настоящего изобретения является расширение диапазона рабочих нагрузок на энерготехнологический котел с 50 до 110% (известный уровень техники с 70 до 100%) от номинальной нагрузки. Таким образом, при предельных нагрузках 50% или 110% известные энерготехнологические котлы работают неэффективно, поскольку при повышении нагрузки падает КПД энерготехнологического котла. Таким образом, при использовании заявляемого изобретения, при нагрузке 50% количество пара составляет 22 т, в то же время в известном энерготехнологическом котле составляет 18 т (см. таблицу 2), а при нагрузке 110% количество пара составляет 48 т (при использовании заявляемого изобретения), в то же время при использовании энерготехнологических котлов известного уровня техники - 46 т, при этом следует отметить, что при нагрузке 110% происходит быстрый износ байпаса и в нем расположенного регулятора.
Из таблицы 3 видно, что количество продуктов сгорания, которые отходили от энерготехнологического котла, было одинаковым как при использовании заявляемого изобретения, так и при использовании известного технического решения.
2
2
Из таблицы 4 видно, что при использовании заявляемого изобретения при переменных нагрузках на энерготехнологический котел происходила стабилизация состава продуктов сгорания, которые отходили от энерготехнологического котла, и таким образом происходила стабилизация значений: SO и O.
Таблица 1
Нагрузка на энерготехноло-гический котел, %
Рабочая температура продуктов сгорания в камере дожигания °С
Рабочая температура продуктов сгорания в байпасе (Т<sub>1</sub>), °С
Температура продуктов сгорания в патрубке отвода продуктов сгорания (Т<sub>2</sub>),°С
Известный уровень техники
Заявляемое изобретение
Известный уровень техники
Заявляемое изобретение
Известный уровень техники
Заявляемое изобретение
1
2
3
4
5
6
7
50
1020
1100
1020
608
376
410
100
1180
1170
1180
120
410
410
110
1205
1210
1243
120
419
410
Таблица 2
Нагрузки на энерготехнологи-ческий котел, (Q) %
Количество продуктов сгорания второго потока продуктов сгорания, который отводили из камеры дожигания в байпас, нм<sup>3</sup>/ч
Количество продуктов сгорания первого потока продуктов сгорания, который подводили к поверхностям нагоева, нм<sup>3</sup>/ч
Количество перегретого пара, который производится энерготехнологическим котлом, т/ч
Известный уровень техники
Заявляемое изобретение
Известный уровень техники
Заявляемое изобретение
Известный уровень техники
Заявляемое изобретение
1
2
3
4
5
8
9
50
10000
4000
26000
29000
18
22
100
3200
3000
68800
61000
44
44
110
3200
3000
76000
68000
46
48
Таблица 3
Нагрузка на энерготехнологи-ческий котел, (Q) %
Количество воздуха, которое подается в камеру дожигания, нм<sup>3</sup>/ч
Количество воздуха, которое подается в байпас, нм<sup>3</sup>/ч
Количество продуктов сгорания, которые поступали в патрубок отвода продуктов сгорания, нм<sup>3</sup>/ч
Известный уровень техники
Заявляемое изобретение
Известный уровень техники
Заявляемое изобретение
Известный уровень техники
Заявляемое изобретение
1
2
3
4
5
8
9
50
36000
29000
-
3000
36000
36000
100
68800
61000
-
8000
72000
72000
110
76000
61000
-
9000
80000
80000
Таблица 4
Нагрузка на энерготехнологический котел, (Q)%
Состав продуктов сгорания, которые отходили в патрубок отвода продуктов сгорания
SO<sub>2</sub>, %
O<sub>2</sub>, %
NO<sub>x</sub>, ppm
Остальное, %
1
2
3
4
5
50
Известный уровень техники
12,7
8,3
102
79,0
Заявляемое изобретение
11,8
9,2
85
79,0
100
Известный уровень техники
11,8
9,2
101
79,0
Заявляемое изобретение
11,8
9,2
102
79,0
110
Известный уровень техники
11,4
9,7
120
79,0
Заявляемое изобретение
11,8
9,2
115
79,0
Техническим результатом настоящего изобретения является:
- уменьшение температурной нагрузки на байпас;
- уменьшение металлоемкости байпаса в результате уменьшения температурной нагрузки на байпас;
- расширение диапазона рабочих нагрузок на энерготехнологический котел;
- стабилизация температуры и состава продуктов сгорания, которые отходят от энерготехнологического котла;
- увеличение эффективности и надежности работы энерготехнологического котла;
- адаптивное регулирование состава и температуры продуктов сгорания, которые отходят от энерготехнологического котла.