Котельная установка

Полезная модель относится к судовым котельным установкам и предназначена для повышения эффективности утилизации нефтесодержащих вод.
Известна полезная модель устройства на судах для очистки нефтесодержащих вод, содержащая сборный танк, танки отстаивания, фильтры грубой, тонкой очистки и систему контроля (см., например, Справочник судового механика по теплотехнике / И.Ф. Кошелев, А.П. Пимошенко, Г.А. Попов, В.Я. Тарасов. - Л: Судостроение, 1987, - 480. с; стр. 412-413). Нефтесодержащие воды из сборного танка выдаются в танки отстаивания. В процессе отстаивания происходит отделение нефтепродуктов от воды, они поднимаются вверх, а вода опускается в нижнюю часть танка, откуда подается на фильтры грубой и точной очистки и далее на систему контроля. Для ускорения процесса отстаивания обычно применяется подогрев. При допустимой концентрации нефтепродуктов в очищенной воде она может сбрасываться за борт, а в противном случае происходит ее дальнейшая обработка. Здесь процесс очистки нефтесодержащих вод протекает достаточно медленно и требует значительных затрат энергии.
Известна полезная модель устройства для очистки нефтесодержащих вод в виде нефтеводяных сепараторов типа СК, СКМ, УСКГ, сепараторы типа ОВ и др. (см., например, Справочник судового механика по теплотехнике/ И.Ф. Кошелев, А.П. Пимошенко, Г.А. Попов, В.Я. Тарасов. - Л: Судостроение, 1987, - 480 с.; стр. 414-419). Подобные сепарационные установки дорогие, занимают значительное место в машинном отделении, требуют квалифицированного обслуживания и ремонта, поэтому их установка не всегда целесообразна.
Известна полезная модель инсинератора, который может быть применен для утилизации нефтесодержащих вод (см., например, Эксплуатация судовых вспомогательных механизмов, систем и устройств: учеб. пособие / А.М. . - Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2014. - 178 с.: с. 161-168, а также Судовой механик. Справочник в 3-х томах под ред. А.А. Фока -Ростов н/Д.: Феникс. 2010. - 1032 с. Том 2, раздел Судовые инсинераторы.). Однако в данных устройствах утилизируют, как правило, нефтесодержащие воды с высоким содержанием нефтеостатков и для обеспечения работы инсинератора требуется определенный расход топлива, обычно, дизельного.
Также известна полезная модель котельной установки, предназначенной для утилизации нефтесодержащих вод (см. патент на полезную модель №138869 «Котельная установка» по заявке №2013136000 от 30 июля 2013 г., авторы Чичурин А.Г., Садеков М.Х.). Котельная установка включает котел с топливной форсункой и газоходом, а также топливную система котла, содержащую последовательно соединенные переключатель вида топлива, топливный насос, фильтр грубой очистки, подогреватель топлива, фильтр тонкой очистки, причем выход фильтра тонкой очистки соединен с входом топливной форсунки, а также последовательно соединенные цистерну нефтеостатков и систему приготовления водотопливной эмульсии, расходную цистерну, при этом один вход переключателя вида топлива подключен к расходной цистерне, а другой к выходу системы приготовления водотопливной эмульсии, котел также содержит форсунку нефтесодержащих вод, а топливная система котла систему нефтесодержащих вод, включающую последовательно соединенные цистерну нефтесодержащих вод, фильтр грубой очистки, насос, фильтр тонкой очистки, причем выход фильтра тонкой очистки подключен к входу форсунки нефтесодержащих вод котла.
Данная полезная модель обеспечивает утилизацию нефтесодержащих вод, путем их сжигания в топке котла. Для этого, в установившемся режиме работы в топку котла одновременно с топливом, выдаваемым на топливную форсунку, на форсунку нефтесодержащих вод выдается содержимое цистерны нефтесодержащих вод в определенной пропорции к топливу. Расход нефтесодержащих вод, выдаваемых на форсунку нефтесодержащих вод, регулируется путем изменения подачи насоса системы нефтесодержащих вод, из условия обеспечения нормального процесса горения в топке котла. Этот расход будет зависеть от содержания нефтепродуктов в воде и при их малом содержании обычно не превышает 10…15% от расхода 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). Нефтесодержащие воды, поступая на форсунку нефтесодержащих вод, распыливаются в топке котла, нагреваются до температуры кипения воды и испаряются. При этом нефтепродукты из состава нефтесодержащих вод сгорают, а вода превращается в пар и вместе с продуктами сгорания уходит в газоход.
Как следует из вышесказанного, одним из этапов, который должны пройти нефтесодержащие воды в процессе утилизации - это их нагрев в топке котла до температуры кипения, что требует определенных затрат теплоты, выделяющейся в топке котла при сгорании топлива.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является полезная модель котельной установки, предназначенной для утилизации нефтесодержащих вод (см. Патент на полезную модель «Котельная установка» №173977 по заявке №2016146926 от 29 ноября 1916 г., авторы: Чичурин А.Г., Шураев О.П., Храмов М.Ю.)
Котельная установка включает котел с топливной форсункой и газоходом, а также топливную систему котла, содержащую последовательно соединенные переключатель вида топлива, топливный насос, фильтр грубой очистки, подогреватель топлива, фильтр тонкой очистки, причем выход фильтра тонкой очистки соединен с входом топливной форсунки, а также последовательно соединенные цистерну нефтеостатков и систему приготовления водотопливной эмульсии, расходную цистерну, при этом один вход переключателя вида топлива подключен к расходной цистерне, а другой к выходу системы приготовления водотопливной эмульсии, котел также содержит форсунку нефтесодержащих вод, а в топливную систему котла входит система нефтесодержащих вод, включающая последовательно соединенные цистерну нефтесодержащих вод, фильтр грубой очистки, насос, фильтр тонкой очистки и подогреватель нефтесодержащих вод, вход которого соединен с выходом фильтра тонкой очистки, а выход подключен к входу форсунки нефтесодержащих вод котла.
В данной полезной модели нефтесодержащие воды перед подачей на форсунку нефтесодержащих вод подогреваются до температуры, близкой к температуре кипения воды (90…99°С). В результате утилизируемые нефтесодержащие воды после распыления в топке котла практически сразу испаряются, то есть нет затрат теплоты в топке котла на нагрев нефтесодержащих вод до кипения. Поэтому появляется возможность увеличить количество подаваемых нефтесодержащих вод в топку котла для утилизации, то есть повышается эффективность утилизации нефтесодержащих вод.
Однако, здесь имеются значительные затраты на испарение нефтесодержащих вод подаваемых 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 эффективности утилизации нефтесодержащих вод сжиганием в топке котла, путем их перегрева перед подачей в топку котла.
Поставленная задача полезной модели достигается тем, что в известной котельной установке включающей котел с топливной форсункой и газоходом, а также топливную система котла, содержащую последовательно соединенные переключатель вида топлива, топливный насос, фильтр грубой очистки, подогреватель топлива, фильтр тонкой очистки, причем выход фильтра тонкой очистки соединен с входом топливной форсунки, а также последовательно соединенные цистерну нефтеостатков и систему приготовления водотопливной эмульсии, расходную цистерну, при этом один вход переключателя вида топлива подключен к расходной цистерне, а другой к выходу системы приготовления водотопливной эмульсии, котел также содержит форсунку нефтесодержащих вод, а в топливную систему котла входит система нефтесодержащих вод, включающая последовательно соединенные цистерну нефтесодержащих вод, фильтр грубой очистки, насос, фильтр тонкой очистки, подогреватель нефтесодержащих вод, дополнительно введен в систему нефтесодержащих вод перегреватель нефтесодержащих вод, вход которого соединен с выходом подогревателя нефтесодержащих вод а выход подключен к входу форсунки нефтесодержащих вод котла.
Существо заявляемой полезной модели заключается в следующем.
В известной полезной модели нефтесодержащие воды перед подачей на форсунку нефтесодержащих вод подогреваются до температуры, близкой к температуре кипения воды (90...99°С). В результате утилизируемые нефтесодержащие воды после распыления в топке котла практически сразу начинают испаряться. Однако на испарение требуется весьма значительная энергия.
В заявляемой полезной модели предлагается нагревать нефтесодержащие воды 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 составе нефтесодержащие воды не происходит. Давление в топке котла близко к атмосферному, поэтому после попадания порции нефтесодержащих вод в топку, вода в ее составе оказывается перегретой. При этом часть воды в составе нефтесодержащих вод 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 утилизацию нефтесодержащих вод. Поэтому, появляется возможность увеличить количество подаваемых нефтесодержащих вод в топку котла для утилизации, то есть повышается эффективность утилизации нефтесодержащих вод.
Таким образом, в заявляемой полезной модели после впрыска нефтесодержащих вод в топку котла уменьшаются затраты теплоты, необходимые на испарение воды в составе впрыснутой порции нефтесодержащей воды, что ведет к повышению эффективности утилизации нефтесодержащих вод сжиганием в топке котла
При этом у заявляемой полезной модели появляются новые свойства, заключающиеся в применении перегрева воды в составе нефтесодержащей воды, не совпадающие со свойствами, проявляемыми отличительными признаками в известных решениях и не равные сумме этих свойств, обеспечивающее достижение нового положительного эффекта - повышение эффективности утилизации нефтесодержащих вод сжиганием в топке котла.
На фиг. приведена структурная схема котельной установки.
Котельная установка, включает котел 1 с топливной форсункой 2 и газоходом 3, а также топливную система котла 4, содержащую последовательно соединенные переключатель вида топлива 9, топливный насос 8, фильтр грубой очистки 7, подогреватель топлива 6, фильтр тонкой очистки 5, причем выход фильтра тонкой очистки 5 соединен с входом топливной форсунки 2, а также последовательно соединенные цистерну нефтеостатков 12 и систему приготовления водотопливной эмульсии 11, расходную цистерну 10, при этом один вход переключателя вида топлива 9 подключен к расходной цистерне 10, а другой к выходу системы приготовления водотопливной эмульсии 11, котел 1 также содержит форсунку нефтесодержащих вод 13, а в топливную систему котла 4 входит система нефтесодержащих вод 14, включающая последовательно соединенные цистерну нефтесодержащих вод 18, фильтр грубой очистки 17 насос 16, фильтр тонкой очистки 15 и подогреватель нефтесодержащих вод 19, вход которого соединен с выходом фильтра тонкой очистки 15, а также перегреватель нефтесодержащих вод 20, вход которого соединен с выходом подогреватель нефтесодержащих вод 20, а выход подключен к входу форсунки нефтесодержащих вод 13 котла 1.
Котельная установка работает следующим образом.
Штатными режимами котельной установки являются работа на основном топливе, подаваемом из расходной цистерны 10 (переключатель вида топлива 9 в положении Б), или на водотопливной эмульсии, подаваемой из системы приготовления водотопливной эмульсии 11 (переключатель вида топлива 9 в положении А). Перевод котельной установки в режим сжигания нефтесодержащих вод допускается после того, как котел 1 достаточно прогреется в штатных режимах работы. Для этого включается насос 16.
В известной полезной модели нефтесодержащие воды из цистерны нефтесодержащих вод 18 насосом 16 через фильтр грубой очистки 17, фильтр тонкой очистки 15 системы нефтесодержащих вод 14 будут выдаваться на подогреватель нефтесодержащих вод 19 и далее на форсунку нефтесодержащих вод 13 котла 1. В подогревателе нефтесодержащих вод 19 производится подогрев нефтесодержащих вод до температуры близкой к температуре кипения воды (90…99°С). Нагретые нефтесодержащие воды до температуры, близкой к температуре кипения воды, поступая на форсунку нефтесодержащих вод 13, распыливаются в топке котла 1 и практически сразу же испаряются. В топке котла 1 нефтепродукты в составе нефтесодержащих вод сгорают, а вода из их состава, превращается в пар и вместе с продуктами сгорания уходит в газоход 3.
Однако, здесь имеются значительные затраты на испарение нефтесодержащих вод подаваемых 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 предлагается нагревать нефтесодержащие воды перед подачей в топку котла до температуры выше 100 С. Для этого нефтесодержащие воды с выхода подогревателя нефтесодержащих вод 19 подаются на перегреватель нефтесодержащих вод 20 и далее на форсунку нефтесодержащих вод 13. 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 нефтесодержащих вод 13 выше атмосферного, закипания воды в составе нефтесодержащих вод не происходит. Давление в топке котла 1 близко к атмосферному, поэтому после попадания порции нефтесодержащих вод в топку, вода в ее составе оказывается перегретой. При этом часть воды в составе нефтесодержащих вод 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 1 при сгорании топлива, на утилизацию нефтесодержащих вод. Поэтому, появляется возможность увеличить количество подаваемых нефтесодержащих вод в топку котла 1 для утилизации, то есть повышается эффективность утилизации нефтесодержащих вод.
Таким образом, в заявляемой полезной модели после впрыска нефтесодержащих вод в топку котла уменьшаются затраты теплоты, необходимые на испарение воды в составе впрыснутой порции нефтесодержащей воды, что ведет к повышению эффективности утилизации нефтесодержащих вод сжиганием в топке котла.
При этом у заявляемой полезной модели появляются новые свойства, заключающиеся в применении перегрева воды в составе нефтесодержащей воды, не совпадающие со свойствами, проявляемыми отличительными признаками в известных решениях и не равные сумме этих свойств, обеспечивающее достижение нового положительного эффекта - повышение эффективности утилизации нефтесодержащих вод сжиганием в топке котла.