Котельная установка

Полезная модель относится к котлостроению и предназначена для повышения эффективности котельной установки, работающей на тяжелых сортах 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. Обусловлено это тем, что в малых по объему топках судовых котлов крупные частицы тяжелого жидкого топлива не успевают полностью сгореть. Например, время, необходимое для полного сгорания капли топлива размером 0,3-0,5 мм, составляет 0,5-1 с, а фактическое время нахождения этой капли в топке не превышает 0,2-0,3 с (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 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, 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, кроме того, топливная система котла содержит перегреватель топлива, причем вход перегревателя топлива подключен к выходу фильтра тонкой очистки, а выход соединен с входом топливной форсунки котла (см. патент на полезную модель №182397«Котельная установка» по заявке №2017140307. Заявл. 15.11.2017: Опубл. 15.08.2018, Бюл. №23, авторы Чичурин А.Г., Шураев О.П., Храмов М.Ю., см. также патент на полезную модель №138869 «Котельная установка» по заявке №2013136000 от 30 июля 2013 г., авторы Чичурин А.Г., Садеков М.Х.). В подобных котельных установках для приготовления водотопливной эмульсии кроме нефтеостатков могут применяться тяжелые сорта топлива, например, мазут. Кроме того, они, как правило, оснащаются газоанализаторами для измерения состава дымовых газов в газоходе котла.
Данная полезная модель позволяет сжигать практически любые виды тяжелых топлив, в том числе и разного рода нефтеостатки, путем приготовления на их основе водотопливной эмульсии (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). Водотопливная эмульсия представляет собой смесь тяжелых сортов топлива с водой в определенной пропорции, подвергнутая тщательному перемешиванию. Перед подачей на форсунку водотопливная эмульсия подогревается до температуры, при которой обеспечивается заданная вязкость.
Эффект от применения водотопливной эмульсии заключается в том, что после распыливания топлива форсункой капли топлива начинают прогреваться и вместе с ним прогреваются частицы воды, находящиеся в капле топлива. При нагреве частиц воды в капле топлива до температуры кипения начинается процесс их испарения, давление паров растет и в какой-то момент времени пары воды вырываются наружу капли топлива, что ведет к разрыву капли топлива на более мелкие части. А это ведет к улучшению процесса испарения топлива. При этом улучшается смесеобразование, так как пары воды обеспечивают лучшее перемешивание топлива. Наличие воды также улучшает процесс сгорания углеводородов в составе топлива, что ведет к снижению нагарообразования. Все это ведет, к уменьшению времени сгорания, и, следовательно, более качественному сгоранию топлива в топке котла, что повышает эффективность котельной установки (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 наличие установки водотопливной эмульсии ведет к существенному усложнению и удорожанию котельной установки. Кроме того, поскольку для приготовления водотопливной эмульсии необходимы эмульгаторы, то она приготавливается в основном на основе тяжелых сортов топлива, в которых имеются природные эмульгаторы. В легких сортах топлива эмульгаторы практически отсутствуют и для приготовления водотопливной эмульсии на их основе необходимо применять искусственные эмульгаторы. При этом возможно расслоение водотопливной эмульсии, что может привести к обрыву пламени, то есть к отказу котла. Кроме того, здесь необходимы существенные энергетические затраты на приготовление водотопливной эмульсии (см., например, Ю.П. Пахомов, Ю.П. Коробков, Д.В. Дмитриевский, Г.Л. Васильев Топливо и топливные системы судовых дизелей. Изд «РК консулы», 2003., 496 с., стр. 52-60 и 223-240, а также Сомов В.А., Ищук Ю.Г. Судовые многотопливные двигатели. - Л.: Судостроение, 1984. - 240 с., стр. 156-179).
Указанные выше факторы ведут к тому, что введение установки водотопливной эмульсии ведет к повышению стоимости котельной установки и увеличению затрат на ее обслуживание и эксплуатацию.
Задачей полезной модели является снижению стоимости котельной установки путем организации впрыска в топку котла одновременно и топлива и воды без получения водотопливной эмульсии.
Поставленная задача полезной модели достигается тем, что известной полезной модели котельной установки, включающей 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 цистерны нефтеостатков, дополнительно введены последовательно соединенные цистерна пресной воды, насос и регулируемый клапан, а в котел введена двухканальная форсунка, первый канал которой подключен к выходу фильтра тонкой очистки, а второй к выходу регулируемого клапана.
Существо заявляемой полезной модели заключается в следующем. При применении предложенной полезной модели, на двухканальную форсунку в первый канал подается топливо из фильтра тонкой очистки. Топливо распыливается соплами форсунки по объему топки котла, испаряется, смешивается с воздухом и сгорает. После того, как котельная установка прогреется, во второй канал двухканальной форсунки начинает подаваться пресная вода, которая также распыливается в топке котла. Причем конусы распыла топлива и воды накладываются друг на друга. Количество впрыскиваемой воды, также как и при применении водотопливной эмульсии не должно превышать 15-20% и регулируется на основе данных газоанализатора по температуре и составу дымовых газов котла. В результате впрыснутая в камеру сгорания вода нагревается и испаряется. При этом улучшается смесеобразование, так как пары воды обеспечивают лучшее перемешивание топлива. Наличие паров воды также улучшает процесс сгорания углеводородов в составе топлива, что ведет к снижению нагарообразования. Все это ведет, к уменьшению времени сгорания, и более качественному сгоранию, топлива, в топке котла, что повышает эффективность котельной установки (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.). Таким образом, здесь происходят почти все те же процессы, что и при применении водотопливной эмульсии, что ведет к достижению положительного эффекта, практически такого же, как и при применении водотопливной эмульсии.
Однако здесь отсутствует сама установка водотопливной эмульсии, что ведет к существенному упрощению и удешевлению котельной установки, снижаются эксплуатационные расходы на котельную установку, так как отсутствуют затраты на приготовление водотопливной эмульсии. При этом отсутствует эффект расслоения водотопливной эмульсии, что ведет к снижению вероятности выхода из строя топливной аппаратуры котельная установка. Кроме того, предлагаемая полезная модель может применяться не только при использовании тяжелых, но и легких сортов топлива, так как здесь отсутствует необходимость в эмульгаторах.
В результате, у заявляемой полезной модели при отсутствии установки водотопливной эмульсии достигается практически тот же положительный эффект, что и при применении водотопливной эмульсии. Указанные выше факторы ведут к снижению стоимости котельной установки (так как в ней отсутствует дорогостоящая установка водотопливной эмульсии) и уменьшению затрат на обслуживание и эксплуатацию котельной установки.
Таким образом, у заявляемой полезной модели появляется новое свойство, заключающееся в организации впрыска в топку котла одновременно и топлива и воды без предварительного перемешивания обеспечивающее достижение нового положительного эффекта - снижение стоимости котельной установки по сравнению с прототипом. Кроме того, при применении данной полезной модели проявляется дополнительный положительный эффект - уменьшаются затраты на обслуживание и эксплуатацию котельной установки, а также появляется возможность ее применения не только при использовании тяжелых, но и легких сортов топлива.
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 система 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 цистерне 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 второй - к выходу регулируемого клапана 13.
Осуществление полезной модели.
Заявляемая полезная модель работает следующим образом.
На начальном этапе котельная установка работает на легких сортах топлива, например дизельном. Для этого переключатель вида топлива ставится в положение "А". При этом топливный насос 3 подает дизельное топливо из расходной цистерны 15 через фильтр грубой очистки 4 подогреватель топлива 5 фильтр тонкой очистки 6 на первый канал двухканальной форсунки 9. Топливо распыливается соплами форсунки по объему топки котла, испаряется, смешивается с воздухом и сгорает. После того, как котельная установка прогреется, можно переходить на режим сжигания тяжелых сортов топлива (или нефтеостатков), которые содержатся в цистерне нефтеостатков 1. Для этого переключатель вида топлива устанавливается в положение "Б". При этом тяжелое топливо топливным насосом 3 будет подаваться из цистерны нефтеостатков 1 через переключатель вида топлива 2, фильтр грубой очистки 4, подогреватель топлива 5 и фильтр тонкой очистки 6 на первый канал двухканальной форсунки 9. Топливо распыливается соплами форсунки по объему топки котла, испаряется, смешивается с воздухом. Одновременно также включается насос 12 и из цистерны пресной воды 11 вода насосом 12 будет подаваться через регулируемый клапан 13 на второй канал двухканальной форсунки. Количество впрыскиваемой воды, также как и при применении водотопливной эмульсии не должно превышать 15-20% и регулируется с помощью регулируемого клапана 13 на основе данных газоанализатора 10 по температуре и составу дымовых газов котла. Поступающая на форсунку 9 пресная вода, распыливается в топке котла 7. Причем конусы распыла топлива и воды накладываются друг на друга. В результате впрыснутая в топку котла 7 вода нагревается и испаряется. При этом улучшается смесеобразование, так как пары воды обеспечивают лучшее перемешивание топлива. Наличие паров воды также улучшает процесс сгорания углеводородов в составе топлива, что ведет к снижению нагарообразования. Все это ведет, к уменьшению времени сгорания, и, следовательно, более качественному сгоранию топлива в топке котла, что повышает эффективность котельной установки (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.). Таким образом, здесь происходят почти все те же процессы, что и при применении водотопливной эмульсии, что ведет к достижению положительного эффекта, практически такого же, что и при применении водотопливной эмульсии.
Однако здесь отсутствует сама установка водотопливной эмульсии, что ведет к существенному упрощению и удешевлению котельной установки, снижаются эксплуатационные расходы на котельную установку, так как отсутствуют затраты на приготовление водотопливной эмульсии. При этом отсутствует эффект расслоения водотопливной эмульсии, что ведет к снижению вероятности отказа котельной установки.
Предлагаемая полезная модель может применяться не только при использовании тяжелых, но и легких сортов топлива. Для этого, после включения котельной установки и ее прогреве при работе на дизельном топливе (переключатель 2 установлен в положение "А") включается насос 12 и из цистерны пресной воды 11 вода насосом 12 будет подаваться через регулируемый клапан 13 на второй канал двухканальной форсунки. Поступающая на форсунку 9 пресная вода распыливается в топке котла 7. Причем конусы распыла топлива и воды накладываются друг на друга. В результате впрыснутая в топку котла 7 вода нагревается и испаряется. При этом улучшается смесеобразование, так как пары воды обеспечивают лучшее перемешивание топлива. Наличие паров воды также улучшает процесс сгорания углеводородов в составе топлива, что ведет к снижению нагарообразования. Все это ведет, к уменьшению времени сгорания, и, следовательно, более качественному сгоранию дизельного топлива в топке котла.
В результате, у заявляемой полезной модели при отсутствии установки водотопливной эмульсии достигается практически тот же положительный эффект, что и при применении водотопливной эмульсии. Указанные выше факторы ведут к снижению стоимости котельной установки и уменьшению затрат на обслуживание и эксплуатацию котельной установки по сравнению с прототипом.
Таким образом, у заявляемой полезной модели появляется новое свойство, заключающееся в организации впрыска в топку котла одновременно и топлива и воды без предварительного перемешивания обеспечивающее достижение нового положительного эффекта - снижение стоимости котельной установки по сравнению с прототипом. Кроме того, при применении данной полезной модели проявляется дополнительный положительный эффект - уменьшаются затраты на обслуживание и эксплуатацию котельной установки, а также появляется возможность ее применения не только при использовании тяжелых, но и легких сортов топлива.